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7/24/2019 FM02 Fuerzas

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Fuerzas

Rosalind Driver et al

Descripcin de las fuerzas

El desarrollo de las ideas sobre las fuerzas se produce a menudo en el

contexto del aprendizaje sobre el movimiento horizontal o sobre la gravedad y la

cada libre En consecuencia gran parte de la investigacin sobre las ideas de los

alumnos respecto a las fuerzas se relaciona con estos campos.

Algunos estudios, incluido un estudio evolutivo de Piaget, han explorado las

ideas de los alumnos sobre las fuerzas mismas y cmo actan, y son el tema de

este captulo.

La comprensin por parte de los alumnos sobre la forma en que se trasmiten

las fuerzas a travs de slidos, lquidos y gases, subyace en sus ideas sobre las

experiencias prcticas con las fuerzas, dicha comprensin tambin forma la base de

sus ideas sobre la presin Los estudios no parecen habersecentrado en las ideas

sobre la transmisin de fuerzas pero se han hecho algunos trabajos respecto a las

ideas de los alumnos sobre la presin.

Se ha discutido mucho hasta qu punto los alumnos tienen una visin

generalizada y consistente de la existencia y el comportamiento de las fuerzas.

Muchos estudios sugieren que los grupos de alumnos tienen sistemas consistentesde creencias. Sin embargo, el trabajo de Finegold y Gorsky indica que los individuos

tienden a no adoptar los sistemas de creencias de forma consistente.

Las ideas de los alumnos sobre la naturaleza de las fuerzas se han

identificado a partir del muy importante bloque de investigacin sobre las ideas

respecto al movimiento. Se encontr que los alumnos ms jvenes, entre 7 y 9 aos,

pensaban en la fuerza en trminos de enfado o sensacin. Con todo, al mismo

tiempo, algunos alumnos de 7-8 aos tenan la visin de fuerza de los fsicos como

algo que acta para producir un cambio en el movimiento, aunque tendan a hablar

de que las fuerzas hacen andar a las cosas ms que pararse.

Los alumnos de forma natural aportan a su situacin de aprendizaje significa-

dos de la palabra fuerza y muchos estudios han informado de que la palabra

fuerza se asocia con coaccin u oponer resistencia. Las fuerzas se asocian con

frecuencia con seres vivos y Duit encontr alumnos que las asociaban con actividad

fsica y fortaleza muscular. Cuando los alumnos piensan en objetos inanimados que


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tienen o ejercen fuerzas, parecen centrarse en aquellos objetos que pueden hacer

que las cosas se muevan y por tanto se pueden considerar como agente y no

diferentes de los seres vivos. Los alumnos sugieren a veces, al describir la accin de

las fuerzas, que los objetos estn tratando de llevar a cabo una accin

determinada.

Muchos investigadores han encontrado que los alumnos asocian las fuerzas

slo con el movimiento, sin reconocer las fuerzas pasivas implicadas en

situaciones de equilibrio. Driver informa que los alumnos son reacios a aceptar la

presencia de fuerza donde no hay movimiento y un estudio con 1,000 estudiantes

noruegos de secundaria superior apoyaba este resultado, con un 50 por 100 de la

muestra que no reconoca tales fuerzas pasivas.

La investigacin muestra una opinin ampliamente sostenida segn la cual

dentro de un objeto que se mueve hay algo, que se llama a menudo fuerza.

Piensan que esta fuerza mantiene al objeto en movimiento y parece tener algo encomn con la cantidad de movimiento de los fsicos. Piensan que los objetos en

movimiento se paran cuando se acaba la fuerza de movimiento que hay en ellos,

algo parecido a que el combustible se agota.

Los estudios sobre las ideas de los alumnos respecto a la relacin entre

fuerzas y movimiento han identificado las siguientes ideas principales:

* si hay movimiento, hay una fuerza actuando;

* si no hay movimiento, entonces no hay fuerza actuando;

* no puede haber una fuerza sin movimiento;

* cuando un objeto se est moviendo, hay una fuerza en la direccin de su

movimiento;

* un objeto en movimiento se para cuando su fuerza se acaba;

* un objeto en movimiento tiene en l una fuerza que le mantiene andando;

* el movimiento es proporcional a la fuerza que acta;

* a partir de una fuerza constante se produce una velocidad constante.

Los alumnos generalmente parecen pensar en la fuerza como una propiedad

de un objeto independiente en lugar de como un rasgo de la interaccin entre dos

objetos y esto se refleja en los estudios de Brown y Clement, as como en los de

Maloney, Minstrell y Stimpson y Watts. Minstrell y Stimpson encontraron que los


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alumnos piensan que peso, movimiento, actividad y fortaleza son importantes para

determinar la fuerza de un objeto. La inclinacin de los alumnos a pensar en trminos

de fuerza como una propiedad de un objeto lleva a varios investigadores a proponer

la introduccin del trmino cantidad de movimiento para esto, reconociendo que en

los primeros aos de secundaria significara slo una comprensin cualitativa e

intuitiva del trmino. Alegan que los alumnos ms jvenes la aceptan fcilmente y les

permite pensar en el significado de fuerza sin necesidad de atribuirla como una

propiedad de un objeto independiente.

Erickson y Hobbs sugieren actividades en las que se pida a los alumnos que

identifiquen pares de fuerzas en trminos de Qu est empujando y qu est

tirando?. Proponen que estas experiencias deben implicar casos con movimiento y

casos donde no hay movimiento.

En lo que se refiere a las diferentes manifestaciones de las fuerzas, los

alumnos no necesariamente las reconocen todas como tales. Por ejemplo, Shevlin

encontr que nios de primaria no asociaban golpear o lanzar con empujar.

Adems, Erickson y Hobbs estudiaron alumnos en el margen de 6 a 14 aos y

encontraron que hacan una distincin entre fuerzas que tiran y las que slo

sostienen.

El considerar las fuerzas en relacin con su magnitud y direccin parece

presentar problemas a los alumnos. Terry et alencontraron que algunos en el nivel

de secundaria no utilizaban generalmente las flechas de forma eficaz para indicar el

punto de aplicacin y la direccin de una fuerza.

Las ideas de los alumnos sobre las fuerzas han surgido de su experiencia

diaria con el movimiento y los impactos y esfuerzos. Sus ideas tambin estn

influidas por los significados cotidianos atribuidos a la palabra fuerza. En

consecuencia sus ideas es probable que estn ancladas en un amplio rango de

experiencias, y supongan para los alumnos un fuerte compromiso sobre el que ser

difcil influir mediante estrategias de enseanza. Adems, muchas de las

investigaciones se refieren a la forma en que los alumnos no aplican las ideas

aprendidas cuando reflexionan sobre la experiencia: retroceden a sus ideas previas

de profano que se han mantenido junto a la ciencia aprendida. Por tanto, cualquier

estrategia de enseanza debera reconocer que el desarrollo de ideas sobre las

fuerzas y la interaccin presenta problemas muy importantes para alumnos y

profesores.

Varios investigadores subrayan la importancia de prestar ms atencin a la

Tercera Ley de Newton, con el fin de ayudar a los alumnos a apreciar que una fuerza

no es una propiedad de un objeto sino que las fuerzas son caractersticas de la


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accin entre los objetos. Dadas las dificultades de los alumnos para reconocer una

fuerza de reaccin. Minstrell propone ofrecer puentes entre las ideas previas y las

ideas cientficas. Por ejemplo, a los alumnos que no reconocan una reaccin entre

una mesa y un libro que reposaba sobre ella se les llev a reconsiderar la situacin

del libro en la mesa hacindoles pensar en un libro que reposa sobre una mano

extendida, un libro que reposa sobre un muelle y un libro sobre una tabla elstica. Se

ha comprobado que ese tipo de estrategias son efectivas en una serie de contextos

diferentes.

Osborne subraya la necesidad de que los alumnos capten el concepto de

fuerza antes de que lleguen a pensar en energa o potencia. Gunstone y Watts se

refieren a que los alumnos necesitan tiempo suficiente para reconstruir sus ideas

bien asentadas y a que tambin es necesario que las nuevas ideas se ofrezcan de

una forma inteligible y verosmil. Finegold y Gorslsy acentan la necesidad de

estrategias que desarrollen la habilidad de los alumnos para extraer reglas generales

de los ejemplos y para aplicar reglas generales a stos La mayora de las inves-

tigaciones indican que los profesores necesitan ser conscientes de que los alumnos

tienen, para las palabras que ellos mismos estn usando en un sentido estrictamente

cientfico, significados alternativos firmemente establecidos

Las fuerzas por pares

Desde un punto de vista cientfico las fuerzas siempre vienen por pares.

Para cada fuerza existe una reaccin igual y opuesta: una taza sobre una mesa

ejerce una fuerza sobre la mesa -la mesa ejerce una fuerza igual y opuesta sobre lataza; una piedra que cae desde un acantilado es arrastrada por el peso de la tierra

sobre ella (su peso)la piedra tira de la Tierra con una fuerza igual. Sin embargo, a

partir de las investigaciones, est claro que los alumnos tienden a pensar en una

fuerza como una nica entidad que es propiedad de un nico objeto Generalmente

no reconocen una fuerza pasiva o de reaccin equivalente. El estudio de

Sjoberg y Lie con 1,000 alumnos noruegos destaca esta posicin. En la muestra de

veintiocho alumnos de 12 a 14 aos del estudio de Erickson y Hobbs slo nueve

reconocieron fuerzas actuando en ambas direcciones cuando un peso tira de un

muelle fijo.

Minstrell, cuando desarroll una estrategia de enseanza para la idea de una

fuerza de reaccin, estudi a cincuenta y cinco alumnos de escuela secundaria y sus

ideas sobre las fuerzas que estn implicadas cuando un libro reposa sobre una

mesa. En un grupo de veintisiete alumnos, slo doce pensaban inicialmente que la

mesa ejerce una fuerza hacia arriba, aunque la estrategia de Minstrell se demostr

eficaz para elevar este nmero a veinticinco de los veintisiete Inicialmente los


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alumnos hablaban de que la mesa simplemente estaba en medio. Tambin

Clement encontr esta idea en estudiantes de preingeniera. Entre los que

reconocan una fuerza hacia arriba actuando sobre el libro, exista la idea de que la

fuerza hacia abajo deba ser mayor que la fuerza hacia arriba si no el libro se ira

flotando.

Stead y Osborne, en su estudio con cuarenta y siete alumnos de Nueva

Zelanda de entre 11 y 16 aos, respecto a la comprensin del rozamiento

encontraron nueve alumnos que lo asociaban con la fuerza de reaccin.

El estudio de Erickson y Hobbs, que investigaba las ideas de los alumnos

respecto a situaciones de equilibrio encontr que distinguan entre tirar y

sostener y encontr que slo seis de los treinta ydos alumnos, entre los 6 y los 14

aos, hacan referencia a una fuerza de reaccin.

Brown y Clement, trabajando con setenta y ocho alumnos de secundaria,encontraron que al considerar una colisin entre dos objetos pensaban que un objeto

tena mayor fuerza a saber, el objeto que se mova o que se mova ms deprisa.

Terry et al, a partir de su estudio con alumnos de secundaria que hacan un curso de

fsica, sealan la confusin que surge del uso que los cientficos hacen de las

palabras reaccin y opuesto en el contexto de las fuerzas emparejadas. La

palabra reaccin parece sugerir a los alumnos una secuencia de sucesos en la

que una fuerza conduce a la segunda La palabra opuesta parece llevar a algunos

alumnos a pensar en una fuerza de reaccin que acta sobre el mismo objeto en

lugar de dos fuerzas implicadas en una interaccin entre dos objetos.

Fuerzas que actan juntas fuerza efectiva y equilibrio

Erickson y Hobbs estudiaron las ideas sobre el equilibrio con treinta y dos

alumnos canadienses de edades entre 6 y 14 aos. Los alumnos parecan pensar en

varias fuerzas implicadas en una lucha en la que predominara la fuerza ms fuerte.

Diez alumnos de un grupo de veintisis vean el equilibrio como la resolucin de la

lucha, despus de la cual todas las fuerzas implicadas dejaran de actuar. Slo

catorce de los treinta y dos predijeron que si un sistema en equilibrio se desplazara,

permanecera en la nueva posicin

Osborne encontr tambin que los alumnos de Nueva Zelanda pensaban en

trminos de que una fuerza superior dominaba a otra ms dbil.


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Presin

La investigacin sobre las ideas de los alumnos respecto a la presin se ha

centrado en las presiones de fluidos y especialmente en la presin del aire. Ser,

trabajando con once sujetos franceses de 11 a 13 aos, encontr que los alumnos

pensaban que slo tena presin el viento, y no el aire quieto. Trabajando conochenta y cuatro sujetos de 12, 14 y 16 aos, Engel Clough y Driver encontraron

altas proporciones que pensaban que la presin aumenta con la profundidad (67 por

100, 80 por 100 y 87 por 100, respectivamente). Sin embargo, los alumnos estaban

menos inclinados a pensar en que la presin acta en todas direcciones en el aire o

el agua (13 por 100, 19 por 100 y 34 por 100, respectivamente): se inclinaban a

pensar en una presin mayor hacia abajo. Este estudio encontr, en las

explicaciones de los alumnos sobre los cambios experimentados con pajas y

jeringuillas, frecuentes referencias a que el aire o un vaco chupan. Mencionaban

que la presin atmosfrica empuja, pero pocos alumnos lo explicaban en relacin

con el equilibrio de presiones.

Al estudiar a 600 sujetos franceses de 11 a 13 aos y sus ideas sobre las

diferencias de presin y el consiguiente movimiento del aire, Ser encontr un 85 por

100 que describa correctamente hasta qu punto entra aire en un baln antes y

despus de inflarlo. Sin embargo, slo el 63 por 100 de los alumnos compararon

adecuadamente la presin del aire dentro del baln con el aire exterior.

Generalmente los alumnos no hacan comparaciones de presin con facilidad. Un

resultado importante del estudio de Ser es que tienden a asociar la presin en los

gases con aire en movimiento, suponiendo que la presin acta en la direccin de

ste. Haba menos tendencia a asociar la presin con gases estticos.

Fuerzas degiro

Desde una edad temprana los nios tienen un conocimiento intuitivo de los

momentos tal como identificaron Inhelder y Piaget. Cuando manipulan un balancn,

por ejemplo, saben que un peso que est ms lejos del centro tiene un efecto

mayor y saben como conseguir un equilibrio utilizando pesos diferentes a ambos

lados de un balancn.

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