Variables y relaciones - Experimento con péndulo

Propuesta didáctica: Variables y relaciones - Experimento con
péndulo
Esta actividad está pensada como segundo experimento del año. Luego de
realizar algún experimento cualitativo y las dificultades que se presentan al tratar de
cuantificar una variable, instrumentos de medida, etc. Aunque también se puede
realizar en grupos pequeños (no más de tres) o en forma individual, dependiendo de las
características y posibilidades de los estudiantes, fuera del aula, como trabajo
domiciliario con seguimiento, disponiendo de unos minutos en las clases de práctico para
el mismo (ya que los materiales son muy accesibles).
El primer objetivo es trabajar el concepto de variable. Se presenta el dispositivo
(péndulo de laboratorio o algún elemento denso*1 que sujetamos en el extremo libre del
hilo*2) y se busca que los estudiantes encuentren todos los fenómenos medibles en este
sencillo dispositivo. (Fenómeno como objeto de la experiencia sensible).
En general, las variables que aparecen son: el largo del hilo, la masa de la
lenteja, la amplitud y el período. (Algunas veces también se propone la frecuencia o el
Peso de la lenteja. Éste último se puede aprovechar para comentar la relación P=m.g y
el significado de g ¿variable o constante? Podemos decretarla constante y trabjar con la
masa y dejar para luego este punto – también se puede separar el subgrupo en grupos y
que cada uno elija las variables que va a trabajar y al final comparar todos los
resultados).
Podemos comenzar entonces con las ideas de “control” y “dependencia” de las
variables. Llegamos a que la variable dependiente es el Período o la frecuencia y
entonces las otras serían las que controlaremos para encontrar las correspondientes
relaciones funcionales. Los estudiantes se sorprenden al encontrar que el período y la
frecuencia son independientes de la masa y de la amplitud.
Finalmente se puede realizar el gráfico del período en función de la longitud y
discutir sobre la rectificación de la curva obtenida con el objetivo de encontrar la
ecuación que describe el período en función de la longitud. En este punto aparece una
nueva oportunidad para trabajar el significado de g.
*1 – Una opción alternativa, para aquellos estudiantes lo deseen, como tarea
complementaria, es probar con elementos de baja densidad, como por ejemplo, una
pelotita de pin pon y encontrar la razón por la cual se sugiere que el elemento sea
denso.
*2 – Asimismo se puede trabajar con hilos o cadenas de diferentes características y ver lo
que ocurre.
Contenidos a trabajar en esta tarea:



Relación funcional (Con los procedimientos necesarios para encontrarla por
medios experimentales).
Leyes del Péndulo: 1) independencia de la masa; 2) isocronismo; 3) ley de las
longitudes. Relación Período, longitud y aceleración gravitatoria.
Aceleración gravitatoria.
Actividades propuestas:
1) Armar un péndulo y buscar todos los elementos que podemos medir y variar.
2) Discutir las características de los elementos que conforman el dispositivo.
3) Determinar las variables que podemos manipular directamente.
4) Realizar experimentos variando una de las magnitudes controlables por vez.
5) Anotar en cuadros de valores los resultados de los experimentos y realizar
comentarios sobre lo anotado, al pie mismos.
6) Realizar gráficos que permitan obtener las relaciones funcionales entre las
variables.
7) Obtener las relaciones funcionales que sea posible.
8) Producir un texto que de cuenta de todos los pasos seguidos y las conclusiones
obtenidas, organizado de tal forma que pueda servir de guía a un estudiante que
desconoce el experimento (este estudiante deberá ser capaz de reproducir el
experimento por su cuenta si así lo deseara y de aprender de las conclusiones
obtenidas por los compañeros que realizaron la guía).
9) Analizar las guías desde un punto de vista formal, asignando los nombres que
normalmente se utilizan, a cada elemento del informe realizado.
Texto a utilizar con los estudiantes:
Variables y relaciones - Experimento con péndulo.
Objetivo:
“Encontrar la relación funcional entre las variables disponibles en un
péndulo simple.”
Materiales:
 Objeto denso que se pueda sujetar de un hilo
 Un hilo delgado, resistente e inextensible.
 Soporte para sujetar el dispositivo.
 Instrumentos de medida (a determinar luego de encontrar las
variables que vamos a medir)
Procedimiento:
Sujetar el cuerpo denso de un extremo del hilo. Atar el extremo
libre del soporte. Separar el péndulo de su posición de equilibrio y realizar
una lista con las diferentes magnitudes que podemos medir.
Clasificar las variables de la lista según sean independientes o
dependientes. Para esto podemos consultar los siguientes sitios:
http://lafisicadelprofealejo.blogspot.com/2009/07/identificacion-devariables.html
http://books.google.com.uy/books?id=fovdRFMaoAC&pg=PA16&lpg=PA16&dq=F%C3%ADsica+Variable+independiente&source=b
l&ots=jKsznksOB3&sig=qobU_pVRST0NQUUqVWsZbH3vlOM&hl=es&sa=X&ei=
ORspUanONJPY9QSJzYDIBw&redir_esc=y#v=onepage&q=F%C3%ADsica%20Var
iable%20independiente&f=false
Organizarse para trabajar con la idea de “fijar” todas las variables
independientes menos una, para poder investigar la relación entre ésta y la
variable dependiente obtenida.
Realizar cuadros de valores y gráficos, cuando se considere necesario, como
apoyo a la búsqueda de las relaciones funcionales en estudio.
Trabajo a entregar:
Producir un texto en el que se relate la tarea realizada y las conclusiones
obtenidas, de modo que un estudiante que no conoce el experimento pueda
aprender el tema trabajado e incluso, reproducir el experimento si así lo
deseara.
Elementos a tener en cuenta:
a) Conceptos que debieron ser trabajados antes de proponer esta tarea
 Variable
 Densidad
 Longitud
 Masa
 Tiempo
 Relación funcional
b) Diversas posibilidades:
 Como ya se mencionó, se puede invitar a los estudiantes a investigar sobre
las características recomendables de los elementos del dispositivo.
 Asimismo, se puede realizar un experimento de características similares
con un sistema pesa-resorte posteriormente al experimento que
normalmente se realiza para encontrar la Ley de Hooke.
 Con respecto a los cálculos y gráficos: Lo más probable es que los
estudiantes realicen cuadros de valores y que debamos dar algunos pasos
para que realicen el gráfico que corresponda. Podemos empezar por
sugerir la obtención de una ecuación por ensayo y error, por ejemplo.
c) Importante:
 Brindar pistas e invitar a los estudiantes a utilizar diversas fuentes, sin
explicitar “lo que debe hacerse”.
 Siempre que se termina una tarea, en la que los estudiantes tienen libertad
para elegir nombres de variables, notación u otros elementos que pueden
hacerles más cercano el trabajo, se deberá indicar los nombres y las
notaciones que se utilizan corrientemente a fin de habilitarlos en la lectura
de textos y en la elaboración de trabajos que sean formalmente correctos.