Instructivo sobre practica de laboratorio sobre la ley de la inercia

Nivel de aplicación: diseñe un instructivo de práctica de laboratorio para un determinado
tema de Física.
LA PRIMERA LEY FUNDAMENTAL DEL MOVIMIENTO “LA LEY DE LA
INERCIA”
1. Introducción
Exploración de conocimientos previos a través de una Pregunta generadora:
¿Por qué los objetos pierden rapidez?
2. Objetivo de la práctica.
Reconocer en situaciones concretas y comprender a nivel práctico la primera ley de
Newton “la ley de la inercia” a través de una serie de planteamientos en los que el
alumno debe interpretar más allá de lo que se le imparte de manera conceptual sobre
las fuerzas que interactúan en los experimentos, a modo de que se internalice el
concepto de la ley de la inercia en situaciones reales.
3. Fundamentación Teórica
Conceptualización acerca del tema:
Antes de Galileo y Newton, mucha gente pensaba que los objetos perdían
rapidez debido a que tenían incorporada una tendencia natural para hacerlo.
Pero esas personas no estaban tomando en cuenta las múltiples fuerzas aquí en
la Tierra —por ejemplo, la fricción, la gravedad y la resistencia del aire— que
causan que los objetos cambien su velocidad. Si pudiéramos ver el movimiento
de un objeto en el espacio interestelar profundo, seríamos capaces de observar
las tendencias naturales de un objeto que está libre de cualquier influencia
externa.
En el espacio interestelar profundo observaríamos que, si un objeto tuviera
una velocidad, continuaría moviéndose con esa velocidad hasta que hubiera
alguna fuerza que causara un cambio en su movimiento. Del mismo modo, si un
objeto estuviera en reposo en el espacio interestelar, se mantendría en reposo
hasta que hubiera una fuerza que causara un cambio en su movimiento. La
idea de que los objetos solo cambian su velocidad debido a una fuerza, está
englobada en la primera ley de Newton.
Primera ley de Newton: un objeto en reposo permanece en reposo o, si está
en movimiento, permanece en movimiento a una velocidad constante, a menos
que una fuerza externa neta actúe sobre él. Observa el uso repetido del verbo
"permanece". Podemos pensar esta ley como la que preserva el estado actual
del movimiento. La primera ley de movimiento de Newton establece que debe
haber una causa —que es una fuerza externa neta— para que haya un cambio
en la velocidad, sea en magnitud o en dirección. Un objeto deslizándose a lo
largo de una mesa o del piso pierde rapidez debido a la fuerza neta de fricción
que actúa sobre él. Pero en una mesa de hockey de aire, donde el aire mantiene
el disco separado de la mesa, el disco continúa moviéndose aproximadamente
a velocidad constante hasta que una fuerza actúa sobre él, como cuando golpea
algún lado de la mesa.
¿Qué significa fuerza, fueza externa y fuerza neta?
Una fuerza es un empujón o un jalón ejercido sobre un objeto por otro
objeto. Las unidades de la fuerza FFF se llaman Newtons o simplemente
\text{N}Nstart text, N, end text.
Una fuerza externa es una fuerza que se origina desde fuera de un objeto, en
vez de ser una fuerza interna de un objeto. Por ejemplo, la fuerza de gravedad
que la Tierra ejerce sobre la Luna es una fuerza externa sobre la Luna. Sin
embargo, la fuerza de gravedad que el núcleo interno de la Luna ejerce sobre
sí misma es una fuerza interna. Las fuerzas internas dentro de un objeto no
pueden causar cambios en el movimiento total del objeto.
La fuerza neta, escrita como \Sigma FΣF\Sigma, F, sobre un objeto, es la
fuerza total sobre ese objeto. Si muchas fuerzas actúan sobre un objeto,
entonces la fuerza neta es la suma de todas las fuerzas. Pero ten cuidado, como
la fuerza FFF es un vector, para encontrar la fuerza neta \Sigma FΣF\Sigma,
F, las fuerzas deben ser sumadas como vectores usando suma de vectores.
En otras palabras, si a una caja de burritos congelados se le aplicara una
fuerza con una magnitud de 45 Newtons hacia la derecha y una fuerza con una
magnitud de 30 Newtons hacia la izquierda, la fuerza neta en la dirección
horizontal sería
Suponiendo que la derecha sea la dirección positiva.
La primera ley de Newton dice que si la fuerza neta sobre un objeto es cero
(ΣF=0), entonces ese objeto tendrá cero aceleraciones. Esto no necesariamente
significa que el objeto está en reposo, sino que la velocidad es constante; en
otras palabras, velocidad constante cero (en reposo) o velocidad constante
distinta de cero (moviéndose con una velocidad constante).
Para la caja de burritos congelados, si la fuerza hacia la derecha tuviera
una magnitud de 45 Newtons y la fuerza hacia la izquierda tuviera una
magnitud de 45 Newtons, la fuerza neta sería cero. La caja de burritos seguiría
moviéndose con velocidad constante, si comenzó con una velocidad antes de
que las fuerzas se aplicaran, o permanecería en reposo, si ya estaba en reposo
antes de que las fuerzas se aplicaran. (OpenStax, 2015)
4. Materiales e instrumentos
•
Hoja de papel bond
•
Carro de Hall o un carro de juguete que no oponga resistencia.
•
Tarjeta, DPI o alguna credencial
•
Moneda
•
Vaso de vidrio
5. Técnica operatoria
Experimento 1
•
Se procederá a colocar la hoja bond sobre el extremo de una mesa con uno de los
bordes sobresaliendo como se ilustra en el gráfico.
•
Se debe situar el carrito sobre la hoja
en el extremo de la mesa.
•
Se procederá a jalar el papel rápido
evitando que el carro caiga.
•
Los alumnos deberán de formular una
explicación acerca de lo ocurrido
basándose en lo que ya sabe acerca de
la primera ley de Newton.
Experimento 2
•
Lo primero a realizar es ubicar la tarjeta sobre un vaso
de vidrio.
•
Luego la moneda deberá de se colocada de manera
perpendicular sobre la tarjeta.
•
Se procederá a aplicarle una fuerza a la tarjeta a través
de un golpe.
•
Los alumnos observarán como al aplicarle una fuerza a
la tarjeta esta se desplaza, y la moneda cae por acción
de la gravedad, ante ello los alumnos deberán formular
una explicación a lo ocurrido basado en la primera ley
de Newton.
Para poder evidenciar los aprendizajes se propondrá un debate el cual tendrá
como finalidad determinar por qué razón los objetos o los elementos del
experimento reaccionaron de esa forma, a modo de evaluar si la práctica ha sido
enriquecedora y conocer acerca del nivel de asimilación tanto de conceptos como de
su aplicación acerca de la primera ley de Newton.
6. Conclusiones
Es interesante la forma en la que se puede abordar la primera ley de Newton
a través de una práctica de laboratorio, donde los alumnos a través de manipular
objetos de su entorno asimilen e internalicen los contenidos conceptuales para
construcción de su autoaprendizaje. A través de los dos experimentos realizados los
alumnos concluirán que los objetos a los que no se les aplica una fuerza
permanecerán en reposo, esto propiciará un aprendizaje significativo, es decir que
esta práctica de laboratorio propicia un aprendizaje más duradero.
Referencias Bibliográficas
OpenStaX, CNX (27 de julio de 2015). Física universitaria. Recuperado el (19 de
marzo de 2021) de http://cnx.org/contents/[email protected].