el uso de demostraciones experimentales en la enseñanza de la física

El uso de demostracionesexperimentales en la

enseñanza de la Física

Prof. Hugo Medina GUZMÄNSección Física PUCP

Las demostraciones de aula

Las demostraciones, llamadas también experiencias de cátedra, son prácticas que lleva a cabo el profesor al inicio o intercaladas en la clase teórica. Normalmente, las demostraciones carecen de toma de datos y de tratamiento de los mismos, ya que tratan de dar a conocer un fenómeno físico, o ilustrar un aspecto de la teoría.

Las demostrativos de aula usando equipos sencillos, juguetes, magia que usa principios físicos y también con paradojas acompañadas de preguntas guías, algunas de controversia para suscitar el intercambio de opiniones entre los alumnos son ideales para introducir un tema nuevo.

Uso de equipos sencillos

Las demostraciones se pueden hacer con equipos sencillos, muchos de ellos preparados con materiales de desecho.

Uso de juguetes Hay juguetes que ofrecen un acercamiento para aprender los principios de la física. Los juguetes se pueden utilizar para demostrar principios sofisticados de lo básico a lo avanzado.

Uso de Modelos Mecánicos. Cuando los estudiantes realizan un experimento en la física atómica y nuclear, el énfasis es en entender qué está sucediendo en un nivel atómico o subatómico.

No pueden ver lo qué “realmente está sucediendo,” es interesante mostrarles situaciones análogas mediante modelos mecánicos o teóricos.

Uso de paradojas

Para el inicio de una discusión se puede mostrar una paradoja como es el caso del cono que sube bajando.

Uso de magia con principios físicos También es interesante usar efectos mágicos explicados con el uso de principios físicos, como por ejemplo el acto de romper una varilla de madera apoyada sobre copas de cristal, es un acto explicado con el principio de inercia.

Unidades

La medida legal era la longitud de los pies izquierdos de dieciséis hombres alineados tal como salen de la izquierda iglesia la mañana de domingo.

Cifras significativasCuente la historia del geólogo que se

detuvo para estudiar una formación inusual de rocas. Un granjero que estaba parado cerca comentó que esas rocas tenían una edad de cinco millones y tres años.

El geólogo preguntó al granjero cómo había llegado a esta cifra exacta. "bien," el granjero dijo, "un profesor de la universidad estuvo midiendo esas rocas y me dijo que tenían cinco millones de años. Eso fue hace tres años así que esas rocas deben ser de cinco millones y tres años de antigüedad"

Coger el billete

Sostén un billete en tu mano izquierda como se muestra, tu mano derecha lista para coger el billete, pero con los dedos y pulgar casi tocándose. Si sueltas el billete, encontraras que lo puedes coger con tu mano derecha antes que caiga al piso.

Explicación La distancia que ha caído la

regla depende de tu tiempo de reacción.Si no se tiene en cuenta el rozamiento con el aire, un cuerpo que cae libremente, partiendo del reposo, recorre una distancia vertical que viene dada por:

2

2

1gtd g

dt

2

FOTOGRAFÍAS ESTROBOSCOPICAS

Movimiento de proyectiles

• El lanzador de resorte demuestra la independencia del movimiento vertical y horizontal.

• Alternativamente, esto se puede demostrar con una regla y dos monedas

Primera Ley de Newton (INERCIA)

• Las botellas y el billete. Coloque una botella invertida sobre otra (boca a boca) con un billete entre ellos (puede ser una hoja de papel). Sujete en un extremo y del un golpe agudo en la posición de la flecha con un dedo, así quitando al billete sin derribar las botellas.

• ¡Practique primero!

¿Era magia o física? ¿Es decir porqué los platos seguían estando virtualmente inmóviles cuando el

mantel fue sacado rápidamente?Sujete ambos extremos del mantel y, sin la vacilación, tire del mantel hacia fuera debajo de los platos tan rápidamente como pueda.

La diferencia entre un huevo fresco y

un huevo hervido ¿Cuál es cuál?

La diferencia entre un huevo fresco y un huevo hervido puede ser determinada rápidamente haciendo girar los huevos.

Un huevo hervido se hace girar fácilmente.

Segunda ley de Newton En esta demostración, un modelo simple de

un satélite orbitando a la tierra consiste de una bola inmóvil grande y de una bola más pequeña en el extremo de una cuerda.

La bola y la cuerda se convierten en un

péndulo que cae hacia el centro del globo. Sin embargo, la bola viaja en una órbita alrededor del globo cuando se da una velocidad horizontal en la dirección correcta.

Aunque la bola pequeña procura bajar al centro de la bola más grande, su trayectoria de caída es circular debido a su velocidad horizontal.

Satélite orbitando

Cohete de globo

Salto Alto Estacionario

Algunas pulgas pueden saltar 150 veces su propia longitud. Comparativamente para un ser humano sería un salto de 300

metros. Una pulga rompió un record con un salto vertical de 1,20

metros..

Dos cosas dificultan a las criaturas pequeñas para que salten muy arriba.El primer problema es resistencia del aire. El segundo problema es que el músculo se mueve demasiado lento.

El Saltador

• Se amolda en una forma muy especial que le permite guardar la energía potencial elástica y luego convertirla a energía cinética con un POP

Centro de Gravedad y Equilibrio

• Ilustrar La relación entre la posición del Centro de Gravedad y el equilibrio de un cuerpo.

• Tocar los pies con las manos sin doblar las rodillas es fácil para quien está en buena forma física. Más intenta hacerlo con el cuerpo junto a una pared.

La determinación del Centro de Gravedad de un objeto largo.

Centro de Gravedad de la escoba esta bien cerca del lado de la paja.  

LADO MAS LARGO: Torque = p D.LADO MAS CORTO: Torque = P d.

Como d es menor que D, vemos que P es mayor que p, ya que los torques son iguales. Esto es, el lado más corto pesa más.

El Huevo de Colón

El alambristaEl alambrista

El carrete caminante

La hélice mágica

La hélice mágica

¿Cuál es el secreto?

El giro de la hélice

EL CAMINAR Y EL MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE (MAS)

Es decir encontramos que e proceso de caminar el modelo del oscilador armónico forzado predice exactamente la frecuencia preferida del paso para el caminar normal que camina y que los brazos se balancean de tal manera que emparejen a los movimientos de la pierna.

ECUACION DE BERNOULLI

Tensión superficialMonedas que flotan

• Una gran demostración de tensión superficial se hace con monedas de aluminio que pueden hacerse flotar en agua. Simplemente use unas pinzas y suavemente baje la moneda en el agua y flotará en la superficie.

• Agregando una gota de detergente se disminuye la tensión superficial y las monedas se hunden.

INFLA UN GLOBO EN UNA BOTELLA

¡Utilice un banco plano del laboratorio y levántelo!

El vaso y la tarjeta

Llene un vaso de agua; deslice cuidadosamente una tarjeta para taparla y después déle vuelta sobre un fregadero, sosteniendo la tarjeta en lugar con su mano. Cuando el vaso esté invertido saque su mano. La tarjeta permanecerá allí, sosteniendo al agua del vaso porque la presión de aire debajo de la tarjeta es mayor que la presión del agua sobre ella.

Una variación del experimento clásico

• En una variación del experimento clásico anterior usted puede utilizar una pelota de ping pong en la boca de una botella de boca grande. Si la botella se llena de agua con la pelota en el extremo la botella se puede entonces voltearla; la presión de aire sostiene la pelota.

• ¡También trabaja absolutamente bien con un poco de aire en la botella.

• (por supuesto hay efectos de la tensión superficial.)

Bloques que derriten Hielo

LEVANTA AL CUBO DE HIELO

LA ARMONICA DE FRANKLIN

ONDA LONGITUDINAL EN UNA BARRA

La velocidad del sonido en varillas de metal y el

módulo de Young• El pulso generado por el golpe

del martillo viaja hacia adelante y hacia atrás en la barra, induciendo pulsos de voltaje en la bobina de la recolección.

• La señal, consiste en una serie de pulsos, se puede alimentar directamente en un osciloscopio. Un osciloscopio digital puede capturar la imagen y permitir guardar e imprimir las medidas.

ONDAS TRANSVERSALES

Ondas estacionarias en una cuerda

• Por un precio muy bajo se puede construir un dispositivo de ondas estacionarias que se puede utilizar para demostraciones de clase o en medidas cuantitativas.

 TUBO SONORO

Electrostática

Inicios

Máquinas electrostáticas

Carga eléctrica

Electroscopio Gigante

Pilas de Volta

Pilas en la actualidad

Arco Voltaico

En 1813 Humphrey Davy situó en los subterráneos del Instituto Real de Londres una batería de pilas de 2000 elementos con la cual realizó un experimento decisivo sobre el arco voltaico.

Horno por arco voltaico

Magnetismo

Campo magnético Terrestre

Electromagnetismo

Ley de Inducción de Faraday

Motor de Faraday

Versión moderna del motor de Faraday

Corrientes de inducción de Foucault

Fuerzas de atracción entre dos discos de aluminio que se solapan.

Cursos de las corrientes de inducción de Foucault en los dos discos de aluminio

Motor de C.A. Simple

EL ANILLO SALTADOR

Motor Eléctrico Síncrono

Movimiento de un imán en un tubo metálico

vertical

Sentido de la corriente inducida en

el tubo 

Movimiento de un imán en un tubo metálico

vertical

Fuerzas sobre el imán en su caidaCaída de un imán en un tubo usado como demostración de la ley de Lenz

Medición del tiempo de caída en tubos de cobre

diferentes

El imán  

NdFeB (Neodymium-Hierro-Boron) – el más poderoso imán permanente 'de tierras raras'. Esta formulación es relativamente moderna, llegó a estar comercialmente disponible en 1984. Los imanes de NdFeB tienen de 4 a 5 veces la energía de imanes de cerámica.

Medición del tiempo de caída en tubos de cobre

diferentes

Los tubos de cobre  

Tabla Características de los tubos de cobre

Tubo de cobre

LargoDiámetroexterior

Diámetrointerior

Espesor de pared

Separación de

aire 1 25 cm 40 mm 24 mm 8 mm

3mm

2 20,4 cm

29 mm 22 mm 3,5 mm 2 mm

MUCHAS GRACIAS POR SU

ATENCION