Haciendo predicciones
sobre fuerzas
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esta presentación.
Objetivos
-
Aplicar el concepto de fuerza en diversas situaciones
reales.
-
Responder preguntas, a modo de predicción o hipótesis,
a problemas en donde haya fuerzas responsables de
una acción.
-
Idear un método experimental o teórico para poner a
prueba la validez de una predicción o hipótesis.
-
Modificar una predicción o hipótesis cuando la evidencia
experimental lo justifica.
2
Cazando mitos
¡Qué les parece!, otra vez por aquí.
Pero ahora les tengo algunas preguntas para las cuales
espero que plantees una respuesta debidamente
argumentada.
Veamos la primera.
Un astronauta responde correctamente
acerca de cuál sería la trayectoria más
eficiente, en la que menos combustible
se consume, que debería tener una
nave espacial para viajar a la Luna,
tomarle fotos a su cara oculta, sin
alunizar, y luego volver a la Tierra.
¿Cuál fue la respuesta que dio el
astronauta?
Antes que plantee la respuesta
que dio el astronauta, en las
siguientes diapositivas se
entregará información que
contribuye a la comprensión del
problema.
Una vez entregada la información
se le solicitará que elabore la
respuesta que dio el astronauta.
La nave, en el espacio, se mueve …
Con los motores encendidos
todo el trayecto.
Con los motores apagados
todo el trayecto.
(presiona el botón con la afirmación correcta)
Una nave espacial cuando despega de la Tierra lo hace impulsado por un cohete que
¡Correcto!
quema mucho combustible
solo para salir de la troposfera.
La distancia
que
hay
la Tierra
la Lunaque
es, lo
aproximadamente,
384.000
km.
La nave,
una vez
que
seentre
desprende
delycohete
saca de las primeras
capas
de la
atmósfera,Es
yamucha
no estará
por el
roceelcon
el aire, por
lo necesitaría.
que se moverá con el
paraafectado
que la nave
lleve
combustible
que
impulso inicial.
Considera, además, que la nave debe regresar.
Avanzar
Haga clic para
avanzar
La Luna no está quieta
En efecto, la Luna en todo momento está girando en torno a la Tierra.
Esto se ha de considerar para
efectos de programar un viaje
desde la Tierra a la Luna.
Más aún si se considera que
la nave se moverá con los
motores apagados, es decir,
no podrá cambiar la dirección
de su trayectoria. Si quisiera
hacerlo debería encenderlos,
pero si lo hace deberá
devolverse sin llegar a la
Luna.
¿Cómo se soluciona el
problema observado en la
animación?
Escribe tu respuesta.
Compara tu respuesta
Avanzar
¿Hasta dónde llega el efecto
gravitatorio de la Tierra?
Hasta que se acaba la
atmósfera terrestre.
Más allá de la Luna.
Llega al infinito.
¡Correcto!
La fuerza de gravedad entre la Tierra y la nave, de masas M y m respectivamente,
cuando están separados una distancia R, es:
Mm Y, ésta expresión será nula, solo si el numerador de la fracción
que se muestra, que es la multiplicación de las masas, Mm, es
FG 2
cero. Pero esto es imposible.
R
Por lo tanto, el efecto gravitatorio de la Tierra no solo llega hasta donde está la
Luna, sino que se extiende mucho más allá.
Entonces, durante todo el viaje la nave estará afectada por el efecto
gravitatorio de la Tierra.
Lo mismo ocurre con la Luna, por lo que la nave cuando viaje
se verá afectada, gravitacionalmente, por la Tierra y la Luna en
forma simultánea.
Avanzar
Efecto combinado de la gravedad
de la Tierra y de la Luna
En el trayecto, desde la Tierra hacia la Luna, se pueden identificar tres lugares, respecto
a las fuerzas gravitacionales de ambos cuerpos sobre la nave:
- donde la fuerza que ejerce la Tierra es mayor que la que ejerce la Luna. Zona 1.
- donde la fuerza que ejerce la Tierra es igual a la que ejerce la Luna. Punto 0.
- donde la fuerza que ejerce la Tierra es menor que la que ejerce la Luna. Zona 2.
1
En el viaje de regreso, de la
Luna a la Tierra, ocurrirá lo
contrario.
0
Vea una explicación un poco
más detallada. Haga clic aquí.
2
Avanzar
La nave cae sobre la Luna
Como la nave viaja con los motores apagados, cuando llegue a la zona en donde la fuerza
gravitacional de la Luna sobre la nave es mayor que la que le ejerce la Tierra, la nave
caerá sobre la Luna.
¿Qué opciones de caída hay?
Hay muchas, pero se destacarán las siguientes:
Nave
1.- La nave cae directamente sobre
la superficie de la Luna. Sería muy
probable que se destruyera.
Luna
2.- Que la gravedad lunar desvíe la
trayectoria de la nave y luego ésta
se escape.
3.- Que la nave quede en una órbita
alrededor de la Luna.
¿Cuál es la que más conviene en el
problema que se busca resolver?
Escriba su respuesta.
La respuesta
Un astronauta responde correctamente acerca de cuál sería la
trayectoria más eficiente, en la que menos combustible se
consume, que debería tener una nave espacial para viajar a la
Luna, tomarle fotos a su cara oculta, sin alunizar, y luego volver
a la Tierra.
¿Cuál fue la respuesta que dio el astronauta?
Con la información que se ha entregado en las diapositivas anteriores ahora
debes plantear la respuesta que debe haber dado el astronauta.
Debes hacer un dibujo de la trayectoria de la nave y explicarlo paso a paso.
Si es necesario, vuelve a
revisar las diapositivas
anteriores..
Compara tu respuesta
Avanzar
Segunda pregunta
Se dispone de dos libros con
muchas hojas, por ejemplo, dos
guías de teléfono.
Se ponen frente a frente los dos libros y
luego, con mucha paciencia, se intercalan
las hojas de ellos.
Una vez que se intercalaron todas las hojas,
se intenta separarlos tirándolas desde sus
respectivos lomos.
¿Se pueden separar con facilidad?
Acompañe su respuesta con una buena
explicación
Se sugiere que luego de
plantear una predicción
respecto a la pregunta
propuesta, se idee una
actividad práctica que la
corrobore o la modifique.
Aquí está el problema de los
libros
Haga clic para ver el problema.
Ahora que ha visto de qué se trata el problema, plantee una predicción al
respecto.
Aplicando las fuerzas en los lomos respectivos de los libros, como la
animación lo sugiere, ¿será fácil o difícil separar los libros una vez que
tienen mezcladas las hojas?
Una vez que plantee la predicción realice la actividad.
Para comparar su predicción con lo que realmente
ocurre, vea un video aquí.
Tercera pregunta
Realicemos una
predicción sobre el
roce estático.
Se dispone de un bloque de la forma de un ladrillo,
puede ser una caja de cartón o, mejor aún, un bloque
de madera.
Se debe disponer de una tabla, de 1 metro
aproximadamente, sobre la cual se coloca el bloque.
La caja tiene tres pares de caras, todas de diferente
tamaño.
Entonces, la caja o bloque se puede colocar de tres
formas posibles sobre la tabla.
La tabla se empieza a
inclinar con la caja, o
bloque, sobre ella, hasta que
empieza a deslizar.
¿Con cuál cara deslizará
cuando la tabla esté menos
inclinada y con cuál más?
Es necesario que realice
una actividad para validar, o
modificar, la predicción
realizada.
Los materiales
5 cm
10 cm
Trozo de madera
de las medidas que
se señalan, en
forma aproximada.
Regla de 40 cm
aproximadamente
20 cm
25 cm
100 cm
Tabla de aproximadamente las medidas que se señalan. Si
son otras medidas, cuide que al menos su ancho sea igual
a la medida del lado mayor del trozo de madera.
La actividad
¿Planteo su predicción?
SI
NO
Deposite el trozo de madera en algún
sector de la tabla que está horizontal.
Ubique la regla, en posición vertical, junto
al trozo de madera.
Levantar
lentamente la
tabla desde
Anote
el valor, observado en la regla, del
este
extremo,
Si aún
no hace su predicción, realícela y luego
continúe.
momento en que el trozo de madera
cuidando que
comienza a deslizar.
el otro
extremo no
Realice el procedimiento para cada una de
las 3 caras diferentes del trozo de madera.
se mueva.
¿Cómo estuvo su
predicción?
Compare su resultado
Avanzar
Resumen

Para realizar una predicción, o elaborar una hipótesis, es
recomendable buscar y analizar la información disponible.

Para realizar una predicción o una hipótesis, es necesario
argumentarla, independientemente de que dichos argumentos sean
correctos o erróneos.

Es necesario poner a prueba la validez de la predicción o hipótesis
propuesta.

Hay que idear un procedimiento experimental, o teórico, para validar la
predicción o hipótesis.

Hay que estar dispuesto a modificar la predicción o hipótesis cuando la
evidencia experimental arroja un resultado diferente al propuesto.
Sugerencias

Explicación del vuelo a la Luna,
http://es.wikipedia.org/wiki/Vuelo_a_la_Luna.

Video, en youtube, sobre la separación de dos guías
telefónicas con sus hojas intercaladas.
http://www.youtube.com/watch?v=a3jmsbpwIOo

Documento sobre las fuerzas de roce:
http://www.hverdugo.cl/conceptos/conceptos/fuerza_
de_roce.pdf
Respuesta a diapositiva 5
Has clic para volver a la diapositiva
donde estabas.
Has clic para volver a la diapositiva
donde estabas.
La trayectoria de la nave
La nave cae sobre la
Tierra desde que su
influencia gravitatoria es
mayor que la de la Luna.
La nave desciende,
planeando, en la
Tierra.
La nave pasa por el lado
oscuro de la Luna, se
sacan las fotos.
El efecto gravitacional de la
Luna, desvía la trayectoria
de la nave y le sirve como
impulso para regresar a la
Tierra.
El efecto gravitacional de la
Luna es mayor que el de la
Tierra y empieza a desviar
su trayectoria.
La Luna se traslada
alrededor de la Tierra.
Inicia su trayecto
impulsado por un
cohete.
Se mueve hacia el
encuentro con la Luna, con
los motores apagados.
Se mueve inercialmente gracias al
impulso que le dieron los motores
encendidos del cohete.
La fuerza gravitacional sobre
la nave no es constante
Así es, la fuerza gravitacional de un cuerpo sobre otro aumenta si se acercan entre sí y
disminuye si se alejan.
La siguiente animación muestra, con vectores, cómo actúan las fuerzas de los cuerpos A
y B sobre otro que viaja desde A hasta B. Se ha supuesto que el cuerpo A es de mayor
masa que el B.
O
Si se observa con atención, hay un momento en que las dos fuerzas se igualan en O.
Al sumar ambas fuerzas se tiene que:
- Antes que se igualen, la fuerza que ejerce A es mayor que la que ejerce B. O sea, el
objeto va frenando.
- Después que se igualan, la fuerza que ejerce A es menor que la que ejerce B. Es decir,
el objeto acelera, aumentando su velocidad.
El cuerpo A puede ser la Tierra, el B la Luna y el objeto la nave.
Has clic para volver a la diapositiva donde
estabas.
Respuesta a la tercera pregunta
El roce estático, y el cinético, no depende del área de contacto entre los
cuerpos que están en fricción.
Por lo tanto, el bloque de madera debió empezar a caer con la tabla en la
misma inclinación en todos los casos.
Para que la tabla tenga la misma inclinación en cada caso, el bloque deberá
caer desde la misma altura en cada uno de ellos.
Si no le resultó así, intente una explicación que justifique la diferencia del
resultado y coméntela con el profesor y/o compañeros.
Has clic para volver a la diapositiva
donde estabas.
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