ESTÁNDAR
Entorno físico (Procesos físicos)
- Explico las fuerzas entre objetos como interacciones debidas a la carga eléctrica y a la masa.
Ciencia, tecnología y sociedad:
- Utilizo modelos biológicos, físicos y químicos para explicar la transformación y conservación de la energía.
- Identifico aplicaciones de diferentes modelos biológicos, químicos y físicos en procesos industriales y en el desarrollo tecnológico; analizo críticamente las implicaciones de sus usos.
COMPONENTE
- Entorno físico (Procesos físicos)
- Ciencia, tecnología y sociedad
INDICADOR DE DESEMPEÑO
De Conocimiento:
- Identifico en un gráfico las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, hallo su centro de masa y punto de equilibrio.
De Desempeño:
- Analizo y resuelvo situaciones problemas reales donde se analicen las fuerzas basadas en las leyes de Newton.
METODOLOGÍA/ SECUENCIA DIDÁCTICA
- Unidad didáctica
- Fuerza, masa, aceleración, fricción o roce, leyes de newton, usos actuales de las leyes de newton.
- Propósito
- Analizar situaciones problemas reales donde se consideren las fuerzas basadas en las leyes de Newton.
- Desarrollo cognitivo instruccional
Segunda Ley de Newton (ley de movimiento)
- Relación entre la aceleración y la fuerza
A partir de la primera ley de Newton, si un cuerpo se mueve con movimiento uniforme, es porque sobre él no está actuando una fuerza resultante. Con la segunda ley de Newton explicaremos la razón del movimiento uniformemente acelerado.
Consideremos un cuerpo de masa m inicialmente en reposo, sobre el cual ejercemos una fuerza constante F, producida por la acción de una banda de acucho estirada cierta longitud.
El cuerpo adquiere un movimiento uniformemente acelerado (a). Si se duplica la fuerza, colocando otra banda de caucho paralela a la primera y estirada la misma longitud, la aceleración será 2a. Lo mismo va a suceder, al triplicar la fuerza: se triplica la aceleración.
Con una banda la aceleración es a.
Con dos bandas la aceleración es 2a.
Con tres bandas la aceleración es 3a.
El siguiente gráfico de a contra F, ilustra la relación entre la aceleración y la fuerza. La gráfica permite concluir que la aceleración que experimenta un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza resultante y dirigida en la dirección de aplicación.
- Relación entre la aceleración y la masa
Si se mantiene la fuerza constante, pero se aplica sobre cuerpos de diferente masa, observamos que los cuerpos de mayor masa experimentan una aceleración menor, y los cuerpos de menor masa sufren una aceleración mayor. Eso significa que si un cuerpo de masa “m” sufre una aceleración “a” cuando sobre él actúa la fuerza “F”, un cuerpo de masa 2m, tendrá una aceleración a/2 cuando actúa sobre él la misma fuerza.
El siguiente gráfico de a contra m ilustra la relación que existe entre la aceleración y la masa:
Cuando sobre dos cuerpos de diferente masa actúa la misma fuerza, la aceleración que experimentan es inversamente proporcional a la masa:
m1a1=m2a2
Al tener en cuenta la relación entre la aceleración y la masa y la relación entre la aceleración y la fuerza se puede concluir la segunda ley de newton.
a=Fm
La aceleración que experimenta un cuerpo cuando sobre el actúa una fuerza resultante, es directamente proporcional a la fuerza, inversamente proporcional a la masa y dirigida a lo largo de la línea de acción de la fuerza.
- Desarrollo Metodológico
Para la resolución de problemas con las leyes de Newton, observa el siguiente video:
Fuerza y aceleración
1. Imagina que A sigue siendo un bloque de 1 Kg, pero que B es una pluma (o una moneda) con poca masa.
- En comparación con la aceleración del sistema en el punto 2 (Desarrollo Metodológico) de la guía anterior, aquí la aceleración, de (A + B) es (menor) (mayor) y la aceleración es (cercana a cero) (cercana a g).
- En este caso, la aceleración de B es (prácticamente la caída libre) (restringida).
2. Una bola rueda cuesta abajo por una rampa de pendiente uniforme.
- La aceleración es (decreciente) (constante) (creciente).
- Si la rampa tuviera más pendiente, la aceleración sería (mayor) (la misma) (menor).
- Cuando la bola llega y alcanza la parte más baja y sigue rodando por la superficie horizontal lisa (continúa acelerando) (no acelera).
3. Resuelva:
- Sobre un cuerpo cuya masa es 24 kg actúa una fuerza neta de 72 Newtons. ¿Qué aceleración adquiere el cuerpo?
- Una fuerza constante de 120 N actúa sobre un cuerpo que parte del reposo y adquiere una rapidez de 18 m/s en 3 segundos. Calcule la masa del cuerpo.
- Un cuerpo de 20 Kg de masa tiene rapidez de 25 m/s. Por la acción de una fuerza, se detiene en 5 s. Calcule la aceleración y la fuerza aplicada.
