Dynamics Unit Plan

Dinámica Planificación de Unidad
Física PSI
Objetivos
Equilibrio estático (primera ley)
1) Los alumnos deberán ser capaces de analizar situaciones en las cuales una partícula
permanece quieta o se mueve con velocidad constante, bajo la influencia de varias fuerzas.
La dinámica de una sola partícula (segunda ley)
2) Los alumnos deberán entender la relación entre la fuerza que actúa sobre un objeto y los
cambios resultantes en la velocidad del objeto, para que puedan:
(a) Calcular, para un objeto que se mueve en una dimensión, el cambio de velocidad
que resulta en una fuerza constante F que actúa sobre un intervalo de tiempo dado.
(b) Determinar, para un objeto que se mueve sobre un plano cuyo vector de velocidad
sufre un cambio en un intervalo de tiempo dado, la fuerza promedio que actuó sobre el
objeto.
3) Los alumnos deberían entender cómo la Segunda Ley de Newton se aplica a un objeto
sujeto a fuerzas tales como la gravedad, la fuerza de una cuerda, o las fuerzas de contacto, así
podrán:
(a) Dibujar un diagrama de cuerpo libre bien rotulado que muestre todas las fuerzas
reales que actúan sobre el objeto.
(b) Anotar el vector de la ecuación que resulta de aplicar la Segunda Ley de Newton al
objeto, y ubicar los componentes de esta ecuación a lo largo de los ejes apropiados.
4) Los alumnos deberán ser capaces de analizar situaciones donde un objeto que se mueve
con una aceleración específica bajo la influencia de una o más fuerzas para que puedan
determinar la magnitud y dirección de la fuerza neta, o de una de las fuerzas que componen la
fuerza neta, tal como el movimiento hacia arriba o abajo con aceleración constante.
5) Los alumnos deberán entender la importancia del coeficiente de fricción, para que puedan:
(a) Anotar la relación entre las fuerzas normales y de fricción sobre una superficie..
(b) Analizar situaciones en las cuales un objeto se mueve a lo largo de una superficie
inclinada rugosa o una superficie horizontal.
(c) Analizar bajo qué circunstancias un objeto comenzará a deslizarse, o calcular la
magnitud de la fuerza de fricción estática.
Sistemas de dos o más objetos (tercera ley)
6) Los alumnos deberán entender la Tercera Ley de Newton para que, dado un sistema,
puedan identificar los pares de fuerzas y los objetos sobre los cuales actúan, y establecer la
magnitud y dirección para cada fuerza.
7) Los alumnos deberán ser capaces de aplicar la Tercera Ley de Newton para analizar la
fuerza de contacto entre dos objetos que aceleran juntos a lo largo de una línea horizontal o
vertical, o entre superficies que se deslizan una sobre la otra.
8) Los alumnos deberán saber que la tensión es constante en un cordel liviano que pasa sobre
una polea sin masa y deberán ser capaces de usar este hecho en el análisis del movimiento de
un sistema de dos objetos unidos por un cordel.
9) Los alumnos deberían ser capaces de resolver problemas en los cuales la aplicación de la
Tercera Ley de Newton lleve a dos o tres ecuaciones lineales simultáneas que involucren
fuerzas o aceleraciones desconocidas.
Preguntas Esenciales
1. ¿Cómo se puede hacer acelerar un objeto?
2. ¿Cómo interactúan las fuerzas?
3. ¿Cómo responden los objetos a fuerzas múltiples que actúan sobre ellos?
Habilidades
Los alumnos serán capaces de:
1. Describir la inercia usando la Primera Ley de Newton.
2. Relacionar la fuerza, masa y aceleración usando la Segunda Ley de Newton.
3. Describir los marcos de referencia inercial.
4. Diferenciar entre peso y masa.
5. Describir el peso como una fuerza en término de masa y aceleración
gravitacional.
6. Describir la fuerza normal y comprender las condiciones en las que existe.
7. Identificar la fuerza de reacción dada una fuerza de acción (Tercera Ley de
Newton).
8. Determinar si una fuerza de fricción es cinética (en movimiento) o estática
(quieta).
9. Resolver problemas que incluyan la fricción estática y cinética.
10. Identificar y resolver la fuerza de tensión.
11. Dibujar diagramas de cuerpo libre.
12. Resolver problemas que incluyan fuerzas múltiples y aceleraciones no
restringidas a un eje de movimiento.
Contenido

Los alumnos deberán aplicar el concepto de inercia para determinar el
movimiento de un objeto que experimenta una fuerza neta y una fuerza neta de
cero.

Los alumnos manipularán y utilizarán algebraicamente las siguientes
ecuaciones:
F = ma
fk = k FN
fs < s FN
w = mg

Los alumnos resolverán problemas primero esbozando específicamente el
montaje, dibujando un diagrama de cuerpo libre, determinando las fuerzas
presentes, alineando los ejes de coordenadas, insertando los números en la
ecuación y finalmente llevando a cabo los cálculos con una calculadora
científica.

Los alumnos determinarán el peso de los objetos en entornos con aceleraciones
verticales y determinarán la diferencia entre el peso verdadero y el peso
aparente (fuerza normal).

Los alumnos aplicarán la Tercera Ley de Newton (para cada fuerza de acción,
hay una fuerza igual y opuesta de reacción) para determinar los pares
acción/reacción.

Los alumnos identificarán cuando debe ser considerada la fricción en un
problema y cuando puede ser ignorada, determinarán el tipo de fricción presente
y el punto en el cual la fricción estática es superada para convertirse en fricción
cinética.

Los alumnos identificarán todos los distintos tipos de fuerza presentes en un
problema. Dibujarán las magnitudes relativas y las direcciones de las fuerzas en
un diagrama de cuerpo libre y observarán la dirección de la aceleración.

Luego de dibujar un diagrama de cuerpo libre, los alumnos aplicarán la Segunda
Ley de Newton a un problema, determinando la fuerza neta que actúa sobre un
objeto. Resolverán las fuerzas netas y las fuerzas específicas del problema.

Los alumnos identificarán las siguientes fuerzas e ilustrarán las magnitudes
relativas y las direcciones cuando resuelvan un problema:
o Fuerza Aplicada
o Fuerza Normal
o Peso (Fuerza Gravitacional)
o Peso Aparente
o Tensión
o Fricción (Cinética y Estática)

Los alumnos resolverán problemas del tipo de la máquina Atwood.
Actividades
ENFOQUE ACTUAL: Luego de una pequeña lección usando la pizarra SMART para
introducir conceptos, se preguntará a los alumnos sobre estos conceptos utilizando el
sistema de Respuesta de SMART. El docente demostrará las habilidades para la
resolución de problemas necesarias para el tema y nuevamente, los alumnos serán
interrogados utilizando el sistema de Respuesta de SMART. Los alumnos se reunirán
en pequeños grupos para completar los problemas. Luego algunos alumnos pasarán
a escribir sus propias soluciones en la pizarra y explicar el proceso de resolución del
problema. Si el tiempo lo permite, los alumnos comenzarán su tarea para el hogar en
pequeños grupos.
1. Introducción de los antecedentes de la Ley de Newton (las ideas de Aristóteles y
Galileo).
2. Introducción de la Primera Ley de Newton.
3. Introducción de la Segunda Ley de Newton y la idea de que las fuerzas son la
causa de las aceleraciones.
4. Demostración y ejemplo de resolución algebraica de problemas para cada
variable en la Segunda Ley de Newton. Los alumnos resuelven los problemas
usando la Segunda Ley de Newton.
5. Introducción del concepto de peso y de que la ecuación de peso es una
derivación de la Segunda Ley de Newton. Los alumnos resuelven problemas
usando la ecuación de peso.
6. Introducción de la fuerza normal y de los pares acción/reacción.
7. Demostración de cómo resolver problemas algebraicamente para cada variable
en la Segunda Ley de Newton. Demostración de ejemplos de problemas
resolviéndola.
8. Introducción a la fricción.
9. Demostración y ejemplo de resolución algebraica de problemas para cada
variable en ecuaciones de fricción. Los alumnos resuelven problemas usando
ecuaciones de fricción. Los alumnos comparan la fricción cinética y estática.
10. Laboratorio de Fricción
11. Introducción de Tensión.
12. Introducción al dibujo de diagramas de cuerpo libre. Los alumnos observan el
paso a paso para dibujar diagramas de cuerpo libre, y luego dibujan diagramas
de cuerpo libre en pequeños grupos e independientemente.
13. Laboratorio de Inercia
14. Se introduce a los alumnos a problemas de respuesta abierta, en varios pasos y
de nivel avanzado. Los procesos para resolver estos problemas son modelos.
Los alumnos trabajan en pequeños grupos o independientemente para resolver
los problemas.
15. Revisión de preguntas de opción múltiple para el examen.
Evaluaciones
ENFOQUE ACTUAL: Los alumnos deben ser evaluados en su formación usando el
sistema de Respuesta de SMART. A los alumnos se les darán algunas pruebas para el
hogar a intervalos regulares durante el curso de la unidad. A los alumnos se les dará
una prueba de unidad que contenga preguntas de opción múltiple de nivel avanzado y
preguntas de respuesta abierta.
Guía de Ritmo
Esto es solo una guía. El ritmo real está determinado por los resultados de su evaluación
formativa. Esta guía fue diseñada sobre períodos académicos de 41 minutos.
Esta guía debería ser usada para un ritmo completo. La segunda guía debería ser usada para
aquellos que avanzan a un 75% del ritmo completo.
Ritmo completo (incluye todas las diapositivas, tareas para el hogar, etc)
Día
1
2
3
4
5
6
Tópico
Aristóteles vs. Galileo,
1° Ley, y los marcos de
referencia inercial
2° Ley, Masa, unidades
de Fuerza
Prueba sobre la 2° Ley
de Newton, 3° Ley,
Fuerza Normal, Masa y
Peso
Prueba sobre Masa y
Peso, Diagrama de
Cuerpo Libre
Laboratorio de Inercia
Fricción Cinética
Trabajo en clase
N/A
Tarea para el hogar
Lee 1-4
# 1-9
# 10-19, Lee 4-8
# 20-25
# 26-31, Lee 8-15
# 32-34
# 35
# 46-54
# 42-45
# 36-37, # 55-62, Lee 15-17
7
8
9
10
Fricción Estática
Tensión y Peso
Aparente con
diagramas de Cuerpo
Libre
Prueba de Fricción
Cinética y Estática, ,
Tensión y Peso
Aparente (problemas
del ascensor 1 y 2)
Laboratorio de Fricción
# 63-70
# 38-41
# 71-74
# 42-45
# 77
# 78
Comenzar las preguntas de opción
múltiple, para ser entregado el día 14
# 76, 78
11
Problemas Generales # 75, 77
#75, 77,
12
Problemas Generales # 79, 81
# 80, 82
#79, 81
13
Recordatorio de la
# 83
# 84
Presentación
(Problemas Generales)
14
Revisión de las
preguntas de OM
15
Test
Ritmo Modificado (excluye preguntas, tópicos, etc, marcados con **)
Esta versión va de la Fricción Estática y algunos Problemas Generales al curso de nivel
avanzado.
Día
1
2
3
4
5
6
7
8
Tópico
Aristóteles vs. Galileo,
1° Ley, y marcos de
referencia inercial
2° Ley, Masa, unidades
de Fuerza
Prueba sobre la 2° Ley
de Newton, 3° Ley,
Fuerza Normal, Masa y
Peso
Prueba de Masa y
Peso, Diagramas de
Cuerpo Libre
Laboratorio de Inercia
Fricción Cinética
Tensión y Peso
Aparente con
diagramas de cuerpo
libre
Prueba de Fricción
Cinética y Estática ,
Tensión y Peso
Aparente (problema de
Trabajo en clase
N/A
Tarea para el hogar
Lee 1-4
# 1-9
# 10-19, Lee 4-8
# 20-25
# 26-31, Lee 8-15
# 32-34
# 35
# 46-54
# 38-41
# 42-45
# 36-37, # 55-62, Lee 15-17
# 42-45
# 77
# 78
9
10
11
12
13
ascensor 1 y 2)
Laboratorio de Fricción
Problemas Generales #75, 77,
Problemas Generales #79, 81
Revisión de OM
Prueba
# 75, 77
Comienzo del OM, a ser entregado el
día 14
# 76, 78
# 79, 81
# 80, 82