prácticas de laboratorio como una actividad constructiva
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Prácticas De Laboratorio Como Una Actividad Constructiva Del
Conocimiento De Algunos Fenómenos Físicos
Un Trabajo De Grado Presentada Para Obtener El Título De
Licenciado en Física
Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá
Docente Director
Jaime Duván Reyes Roncancio
Diana Marcela Torres Gutiérrez
Marzo 2017
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Abstract
En este trabajo se analizan las prácticas de laboratorio como una estrategia didáctica de lograr un
proceso de enseñanza-aprendizaje, y muestra una propuesta didáctica de las prácticas de
laboratorio alejadas de un enfoque tradicional planteando una propuesta alternativa de cómo
abordar y plantear las prácticas experimentales. Se muestran los resultados de dos practicas
experimentales que se desarrollaron con estudiantes de grado Decimo y Once dentro de las
instalaciones del Colegio NRG y las experiencias desarrolladas en la Universidad Distrital FJC,
con el objetivo de construir conocimiento a partir de la experiencia y observación y la
confrontación de hipótesis e ideas previas para desarrollar un concepto nuevo y claro sobre los
fenómenos físicos que se plantean en este trabajo.
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Tabla de contenido
Capítulo 1. Contexto socio - cultural de la pasantía 6
Capitulo2. Metodología y diseño de las actividades de la pasantía 8
Capítulo 3, Descripción de las actividades desarrolladas en la pasantía 13
Actividades del grado Decimo 15
Practica 1. ¿Para que construimos un cañón? 15
Practica 2. ¿Cómo funciona la catapulta? 25
Practica 3. Juego De Masas 39
Actividades del grado Once 57
Practica 1. Hablemos de energía potencial y energía cinética 57
Practica 2. ¿Cómo determinamos la conservación de la energía? 74
Practica 3. ¿Qué son los Fluidos viscosos? 93
Capítulo 4. Análisis y aplicación de la propuesta de la pasantía 115
Aportes de la pasantía a la formación como docente de Física 129
Conclusiones 132
Anexos 135
Lista de referencias 144
4
Listas de tablas
Tabla 1. Hipótesis de los estudiantes del experimento del Cañón 16
Tabla 2. Análisis de resultados del experimento del Cañón 18
Tabla 3. Datos tomados de los cuadernillos de algunos grupos de estudiantes. 18 Tabla 4. Resultados de los estudiantes de las preguntas para reflexionar del Cañón 22
Tabla 5. Hipótesis de los estudiantes experimento Catapulta 27 Tabla 6. Datos experimentales tomados de los lanzamientos de la catapulta 29
Tabla 7. Análisis preguntas para reflexionar experimento Catapulta 36
Tabla 8. Conclusiones de los estudiantes experimento Catapulta 37
Tabla 9. Hipótesis de los estudiantes experimento Juego de Masas 42 Tabla 10. Datos experimentales y teóricos de la fuerza del peso de la masa que cuelga 45
Tabla 11. Datos experimentales y teóricos de la aceleración del sistema. 45
Tabla 12. Datos experimentales y teóricos de la fuerza, la masa y la aceleración de carro. 46
Tabla 13. Análisis preguntas para reflexionar experimento Juego de Masas 49
Tabla 14. Conclusiones estudiantes experimento Juego de Masas 55
Tabla 15. Hipótesis estudiantes experimento Energía potencial y cinética 60 Tabla 16. Análisis preguntas para reflexionar experimento Energía potencial y cinética 67
Tabla 17. Conclusiones estudiantes experimento Energía potencial y cinética 72
Tabla 18. Hipótesis estudiantes experimento Conservación de la Energía 75
Tabla 19. Datos experimentales experimento Conservación de la Energía. 82
Tabla 20. Datos experimentales conservación de la energía. 85
Tabla 21. Resultados preguntas a reflexionar de Conservación de Energía. 88
Tabla 22. Conclusiones de los estudiantes de Conservación de Energía. 92
Tabla 23. Hipótesis de los estudiantes con el experimento de viscosidad 97
Tabla 24. Datos experimentales del grupo 1 de estudiantes para determinar la viscosidad. 99
Tabla 25. Datos experimentales del grupo 2 de estudiantes para determinar la viscosidad. 100
Tabla 26. Datos experimentales del grupo 3 de estudiantes para determinar la viscosidad 100
Tabla 27. Datos experimentales del grupo 4 de estudiantes para determinar la viscosidad 101 Tabla 28. Resultados preguntas para reflexionar sobre la viscosidad 103
Tabla 29. Resultados conclusiones sobre la viscosidad 113
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Listas de figuras
Figura 1. Montaje Cañon Casero 17
Figura 2. Grafica ángulo de inclinación vs del alcance horizontal 20
Figura 3. Grafica tiempo de vuelo en vs del ángulo de inclinación 20.
Figura 4. Grafica de los mejores datos del tiempo de vuelo vs ángulo de inclinación 21
Figura. 5. Montaje Catapulta Casera 28
Figura 6. Grafica del Alcance Horizontal en función del Angulo de Inclinación 32
Figura 7. Alcance horizontal en función del ángulo de inclinación. 35
Figura 8. Montaje Segunda Ley de Newton 41
Figura 9. Diagrama de cuerpo libre de m1 y m2 43
Figura 10. Relación de la masa del carro dinámico en función de la fuerza 47
Figura 11. Relación de la masa colgante en función de la aceleración 47
Figura 12. Relación de la aceleración del sistema en función del tiempo 48
Figura 13. Relación de la masa colgante en función del tiempo 49
Figura 14. Montaje experimental de dos pelotas para analizar las energías del sistema 61
Figura 15. Análisis cualitativo de la práctica experimental 62
Figura 16 Resultados practica 1. Energía potencial y energía cinética 64
Figura 17. Montaje experimental conservación de la energía 76
Figura 18. Grafica alcance máximo y el tiempo vs de la altura H1 84
Figura 19. Grafica la velocidad en A-B y B-C en vs la altura H1 84
Figura 20. Montaje experimental de la viscosidad de un fluido liquido 98
Figura 21. Esquema desarrollado para el desarrollo de prácticas experimentales 118
Figura 22. Graficas experimentos grado Decimo 122
Figura 23. Graficas experimentos grado Once 123
Figura 24. Toma de medidas en la Universidad grado Decimo 124
Figura 25. Toma de medidas en la Universidad grado Once 125
Figura 26. Estudio del principio de pascal 128
Figura 27. Estudio de la fuerza de fricción 129
Figura 28. Estudio de la energía potencial eléctrica 129
Figura 29. Estudio de la densidad 130
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Capítulo 1
Contexto Socio-Cultural de la pasantía
El colegio Nuevo Reino de Granada es una institución educativa basada en valores éticos y
morales como el respeto, la honestidad, la lealtad, la amistad y la bondad, también lo hacen al
formarse valores académicos y disciplinarios, buscando así una formación integral para un futuro
próspero para cada uno de los estudiantes.
Al momento de hacer una visita por la institución y realizar un estudio sobre las metodologías de
formación en el área de física, se aprecia que los estudiantes de los grados Decimo y Once con
formación únicamente académica, carecen de dos factores en esta, el primero la falta de
instrucción en la práctica – experimental de los fenómenos físicos que plantea el currículo del
área de la física, y segundo, las instalaciones del colegio poseen aulas para la realización de las
experiencias fenomenológicas, pero carece de instrumentos y elementos físicos para
desarrollarlas .
Basada en esta situación problema, la pasantía estará guiada en la implementación de los
laboratorios o prácticas experimentales posteriores a la inducción académica sobre el tema de
estudio.
Como el colegio no cuenta con los instrumentos necesarios para el desarrollo de los laboratorios
se contó con elementos básicos, simples de encontrar y reciclables, con los que se proyectó
recrear los fenómenos físicos, los cuales serán traídos y construidos por los mismos estudiantes
en el aula de clase, que a su vez fueron un instrumento necesario para realizar la medida,
obtención de datos y al mismo tiempo el análisis del tema de estudio.
Basados en esto se plantearon los siguientes objetivos para la culminación de la práctica:
Objetivos:
7
Construir y confrontar el conocimiento científico por medio de prácticas experimentales
de laboratorio, las cuales estarán alejadas del común recetario y más cercanas a la
indagación e investigación científica.
Buscar transmitir al estudiante conocimientos físicos aplicados al ambiente socio cultural
en el que se encuentren envueltos, con el fin de que ellos puedan hallar una explicación
científica a cualquier fenómeno cotidiano.
Incentivar al estudiante a la construcción de prototipos o mecanismos útiles basados en la
implementación de las leyes físicas
Contexto De Social De La Práctica
El Colegio Nuevo Reino de Granada se encuentra ubicado en el municipio de Cota –
Cundinamarca, impartiendo educación por más de 60 años a estudiantes del sector y de la ciudad
de Bogotá. El ambiente social en el que se enmarcan estos estudiantes se mueve dentro de los
extractos 5 y 6, por lo cual el diseño y realización de las prácticas experimentales tienen como
objetivo impactar, influenciar e incentivar al estudiante al descubrimiento, la investigación, la
indagación y dar una posible solución y respuesta algún fenómeno físico.
8
Capítulo 2
Metodología y diseño de las actividades de la pasantia
Para que el estudiante encuentre una relación entre la temática y la práctica se diseñaron tres
laboratorios experimentales a la par del currículo académico propuesto por la institución, los dos
primeros se realizaron en las instalaciones del Colegio Nuevo Reino de Granada y el tercero en
las instalaciones de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Metodología
La metodología para llevar a cabo las prácticas experimentales se basó en la creación de un
cuadernillo de experimentos por parte de los estudiantes, en el cual se consignaron las prácticas –
experimentales de laboratorios, las cuales estuvieron propuestas en forma de preguntas
problematizadoras que enfocan al estudiante hacia la indagación, la inducción y descubrimiento
de las ciencias. Este cuaderno vendrá en la forma de un libro con las siguientes características:
Portada
Introducción
CUADERNILLO DE EXPERIMENTOS
Titulo general del Cuadernillo de Experimentos
TITULO
Título que cada estudiante le asigne a su
Cuadernillo
AUTOR
Nombre del estudiante
AÑO
Grado del estudiante
GRADO Año
9
Índice
Capítulos
INTRODUCCION
Breve presentación que realizara cada estudiante
acerca de la importancia y desarrollo de las
Practicas experimentales
INDICE
Índice del cuadernillo
1. Practica 1. Tema__
2. Practica 2. Tema__
3. Practica 3. Tema__
4. Practica 4. Tema__
TITULO DE LA PRÁCTICA
1. ¿Qué Sucederá?
2. ¿Qué se quiere Averiguar?
3. ¿De qué se Trata?
4. ¿Qué se Necesita?
5. ¿Cómo se Desarrolla?
6. ¿Que se Obtuvo?
7. Preguntas para Reflexionar
8. Conclusiones
9. Glosario
10. Bibliografía
10
Cada una de las prácticas experimentales tiene esta estructura la cual se enfoca en el método
científico donde hay construcción, observación, medición y conclusiones, sin embargo este es un
cuadernillo que los estudiantes realizaron y escribieron en forma de relato científico, el cual no
está fundamentado en una receta o pasos a realizar para desarrollar el laboratorio, sino
fundamentado en preguntas problematizadoras que logran que el estudiante reúna una
extraordinaria riqueza de la actividad científica:
Título de la Practica = Cada practica tiene un titulo
¿Qué Sucederá? = Hace referencia a la hipótesis del experimento
¿Qué se Quiere Averiguar? = Hace referencia a los objetivos del experimento
¿De qué se trata? = Hace referencia al marco teórico del experimento
¿Qué se Necesita? = Hace referencia a los materiales del experimento
¿Cómo se Desarrolla? = Hace referencia al procedimiento del experimento
¿Que se obtuvo? = Hace referencia al análisis de resultado del experimento
Preguntas para Reflexionar = Hace referencia a una serie de preguntas para reflexionar
a nivel cualitativo acerca del experimento
Conclusiones = Hace referencia a las conclusiones y confrontaciones del experimento
Glosario = Hace referencia al glosario de los conceptos que no se entiendan o que se
quieran reforzar del experimento
Bibliografía = Hace referencia a una referencia bibliográfica sea de un libro, internet o
un artículo acerca del experimento
Cada práctica era consignada a mano por los estudiantes, para implementar en ellos una mayor
recepción de la temática, pues la base fundamental de las prácticas experimentales es que los
estudiantes confronten los conocimientos ya aprendidos y de la misma forma vallan
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confrontándolo. Las actividades experimentales que se diseñaron para los grados Decimo y Once
del Colegio NRG, constaron de las siguientes prácticas:
Actividades en el grupo experimental decimo
Practica 1. ¿Para que construimos un cañón?
Practica 2. ¿Cómo funciona una catapulta?
Practica 3. Juego de masas
Actividades en el grupo experimental once
Practica 1. Hablemos de energía potencial y energía cinética
Practica 2. ¿Cómo determinamos la conservación de la energía?
Practica 3. ¿Qué son los Fluidos viscosos?
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Capítulo 3
Descripción de las actividades desarrolladas en la pasantía
Las practicas experimentales como método de aprendizaje y construcción del conocimiento por
parte de la observación se hace significativo al momento de buscar que los estudiantes utilicen
este tipo de alternativas, donde la hipótesis y el posible resultado, les den explicaciones físicas y
solidas las cuales modifiquen sus ideas previas, reafirmen sus conocimientos y construyan su
propio conocimiento los cuales les ayudaran a predecir futuras experiencias en cualquier ámbito
de la vida.
El Colegio Nuevo Reino de Granada es una institución educativa en un ámbito donde hay
carencia de elementos o instrumentos físicos los cuales les ayuden a logran a los estudiantes a
realizar desde experiencias sencillas hasta las más complejas, por esto el fundamento de esta
pasantía es ayudar a que los estudiantes a partir de las construcción de sus propios instrumentos
deduzcan, verifiquen y vean aplicados los fenómenos de la física en las más simples
experiencias, pero “¿Qué interés pueden tener hoy en día los estudiantes en estos experimentos?,
¿En qué medida van a poder adquirir con ello una visión estimulante y actual de la ciencia?¿Qué
interés puede tener esa física prehistórica?”
“Son esas mismas preguntas las que nos han movido a elegir una práctica tan «tradicional», pues
pretendemos mostrar que la falta de atractivo de este tipo de trabajos deriva de la orientación que
habitualmente se les da, y que su replanteamiento como una investigación, en la forma que aquí
presentaremos, puede generar auténtico interés y proporcionar también a través de la
incorporación de elementos de la tecnología moderna a los diseños experimentales y al
tratamiento de los resultados una visión más actual de la ciencia” (Gil, 1996)
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Partiendo de esto las actividades experimentales que se realizaron se desarrollaron para los
grados Decimo y Once del Colegio Nuevo Reino de Granada, las cuales están consignadas en la
siguiente forma:
Actividades en el grupo experimental decimo
Practica 1. ¿Para que construimos un cañón?
Practica 2. ¿Cómo funciona una catapulta?
Practica 3. Juego de masas
Actividades en el grupo experimental once
Practica 1. Hablemos de energía potencial y energía cinética
Practica 2. ¿Cómo determinamos la conservación de la energía?
Practica 3. ¿Qué son los Fluidos viscosos?
Las dos primeras practicas experimentales para los estudiantes de los grados Decimo y Once se
construyeron y realizaron dentro de la institución educativa, y la tercera practica se desarrolló
dentro de las instalaciones de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas en el ámbito de la
semana de la física.
A continuación se van a describir cada una de las prácticas experimentales que se desarrollaron
dentro de las instalaciones del colegio para así exponer los resultados obtenidos cualitativamente
y por último se describirán las prácticas experimentales que se desarrollaron dentro de las
instalaciones de la Universidad para así exponer los resultados obtenidos cualitativamente y las
diferencias que se encontraron entre los dos grupos de estudio.
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Actividades En El Grupo Experimental Decimo
Las prácticas experimentales se desenvolvieron en el momento en que los estudiantes de ambos
grados se encontraban en el estudio de estos temas practicados.
1. Practica 1. ¿Para que construimos un cañón?
La primera práctica experimental hace referencia al movimiento de proyectil o parabólico.
Primero se les hace entrega a los estudiantes de la guía a seguir, en la cual están consignados
como realizar la construcción, procedimiento y ejecución del experimento que se muestra en la
tabla 1 (mirar anexos)
Se les entrega la guía del experimento con días de anterioridad, para que entre grupos de más o
menos cuatro estudiantes consigan reunir los materiales del experimento. El objetivo de la
práctica experimental es que los estudiantes logren construir el cañón, deduzcan hipótesis, tomen
datos, realicen análisis de resultados y finalmente obtengan una conclusión del fenómeno.
1.1 Descripción de la actividad
De acuerdo con la guía de practica experimental, los estudiantes deben construir un cañón con la
ayuda de un tubo de PVC sostenido a una base de madera, la cual tendrán que graduar para
diferentes ángulos y así poder analizar el movimiento en cada uno de los casos. El elemento que
les facilitara e impulsara la salida del proyectil, será con la ayuda de un dedo de caucho el cual se
obtendrá de un guante de látex, este dedo ira pegado de uno de los extremos del tubo de PVC, y
dependiendo de la fuerza que le apliquen al proyectil, que en este caso será una canica y una
esfera de metal, lograran reproducir el fenómeno.
A los estudiantes se les piden materiales que no son específicos, es decir, en cuanto a calibre o
material, ya que se les deja a la libertad de ellos el material a usar y analizar, al momento de
realizar los montajes se evidencia que no todos los grupos de estudiantes ensamblaron los
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cañones con los mismos materiales, entonces les permite a ellos entre si observar la diferencia de
montajes entre ellos y con cuál de las construcciones que realizaron se logra la perfección del
proyecto. Se ha demostrado que en un ambiente diferente al aula de clase los estudiantes se
sienten más cómodos y predispuestos a realizar sus actividades, por esto después de que
construyen los proyectos, los estudiantes se dirigen al patio del colegio donde los pondrán a
prueba.
1.2 Hipótesis:
Antes de que realicen la toma de datos y después de la construcción del prototipo se les pide a
los estudiantes que consignen en cada uno de los cuadernillos las hipótesis concernientes al
experimento que se disponían a realizar, lo que nos muestra las ideas previas y percepciones que
los estudiantes tienen relacionada con esta temática y también hay que tener en cuenta que esta
práctica se realiza post a la temática desarrollada dentro del salón de clases.
Se espera que las hipótesis de los estudiantes estén fundamentadas el material del dedo de
caucho, la masa del proyectil sea la canica o la esfera metálica, el grado de inclinación y que
dependiendo de esto cual sería el alcance que tendría el proyectil, pero las hipótesis que se
obtuvieron fueron las siguientes:
Tabla 1. Hipótesis de los estudiantes del experimento del Cañón
Este experimento sirve para medir el movimiento de proyectiles
El alcance del objeto cambiara dependiendo el ángulo con el que este sea inclinado ya que esta
será una medida inversamente proporcional, cuanto más inclinado sea el ángulo, el objeto
tendrá mayor alcance vertical. Este cañón va a generar un movimiento parabólico
Se realizara un experimento con una canica y se tomaran los respectivos valores
Se realizara manualmente un cañón didáctico para hacer pruebas de lanzamiento de proyectiles
Se realizara un experimento con una canica y la lanzaremos
En este laboratorio se realizara un proyectil casero y con él se medirá la distancia que recorren
las balas y durante qué tiempo lo hacen, las balas deben llegar lejos por la potencia del proyectil
En este laboratorio de física queremos observar lo que sucede cuando un objeto es lanzado al
aire y sufre una aceleración debido al efecto del campo gravitacional, ya que cuando un cuerpo
además de desplazarse verticalmente se desplaza horizontalmente y a esto se le considera un
movimiento de proyectil
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En este experimento se podrá mostrar un tiro parabólico con diferentes ángulos y así obtener
diferentes datos
Al realizar un lanzamiento con un cañón casero a diferentes ángulos se podrá observar el efecto
causado tanto por el ángulo como por la fuerza
¿Se puede demostrar el movimiento parabólico mediante el lanzamiento de bolitas desde un
cañón?
Al analizar las ideas expresadas por los estudiantes a partir de la práctica, se concluye que la
mayoría que se realizara un experimento casero para comprobar el fenómeno de movimiento de
proyectiles y en el cual se analizara y realizara una comparación entre el ángulo de inclinación y
cuál será su alcance máximo al terminarse el movimiento
1.3 Experimento:
Figura 1. Montaje Cañon Casero
A partir de las hipótesis que se deducen antes de empezar la práctica se procede a la realización
de la misma, los estudiantes construyen el mecanismo para comprobar el fenómeno, de aquí se
observan las siguientes variables con las que se encuentran los estudiantes al momento de
realizarlo: la elasticidad del dedo de guante, la masa que utilizan para realizar el lanzamiento y el
ángulo de inclinación para que este alcance su mayor alcance. Es importante que el estudiante
por si solo al encontrarse ante esta experiencia determine por si solo el concepto y la
característica de cada variable.
1.4 Análisis De Resultados
Angulo de Inclinación
Dedo de Caucho
Tubo de PVC Proyectil
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Los estudiantes tenían que tomar tres tipos de medidas: la distancia, el tiempo y el ángulo de
inclinación, de los cuales se obtuvieron los siguientes resultados:
Tabla 2. Análisis de resultados del experimento del Cañón
Al realizar estos lanzamientos se puede observar que mientras menor sea el ángulo, mayor
distancia y tiempo recorre el proyectil en el aire antes de tocar el suelo.
A partir de una fuerza que ejercíamos y dando un ángulo obtuvimos una distancia y un tiempo.
Cuando un objeto es lanzado con cierto impulso y desde determinado ángulo de inclinación, este
alcanza una altura y distancias máximas.
Entre más inclinado este el ángulo al que será lanzado dicho objeto, este tendrá un menor alcance.
Los factores que influyen en el alcance del objeto lanzado son el peso, fuerza de lanzamiento y
ángulo de inclinación, estos se complementan y están directamente relacionados entre si
Entre mayor sea el ángulo, mayor será la distancia y por ende la potencia de la bala y entre más
distancia, mayor tiempo de vuelo
A partir de la experiencia realizada los estudiantes pudieron comprobar la teoría del fenómeno
del movimiento de proyectil y que variables influyen en esta sin necesidad de ecuaciones
matemáticas que los lleven a esto, es decir, “que un proyectil, en este caso una masa como una
esfera de acero o vidrio es un cuerpo que se lanza por medio de alguna fuerza mecánica y
continúa en movimiento por inercia propia, esta masa de proyectil ve influenciado su
movimiento por una fuerza externa la cual se llama aceleración de la gravedad. La gravedad
cual actúa para influenciar el movimiento vertical del proyectil. Y el movimiento horizontal del
proyectil es el resultado de la tendencia de cualquier objeto a permanecer en movimiento a
velocidad”.
Estos son algunos de los datos que obtuvieron varios grupos de estudiantes:
Tabla 3. Datos tomados de los cuadernillos de algunos grupos de estudiantes.
Angul
o (Ɵ)
Alcance
Maximo
(M)
Tiempo
de Vuelo
(S)
Velocidad
Inicial
(m/s)
Velocidad
En X (m/s)
Velocidad
En Y (m/s)
Posicion
En X
(m)
Pocision
En Y(m)
SERIE 1
10 0,763 0,390 0,302 0,298 -3,818 0,763 -2,234
15 0,817 0,413 0,349 0,337 -4,042 0,817 -2,505
20 0,757 0,430 0,346 0,326 -4,209 0,757 -2,716
25 1,037 0,517 0,592 0,536 -5,056 1,037 -3,924
30 1,203 0,707 0,982 0,851 -6,908 1,203 -7,333
SERIE 2
18
18 0,630 1,080 0,883 0,583 -11,247 0,630 -17,863
19 0,880 1,880 0,473 0,468 -18,353 0,880 -51,822
21 0,540 0,650 -1,517 0,831 -7,639 0,540 -7,036
27 0,730 4,240 -0,589 0,172 -42,116 0,730 -266,661
57 0,350 0,410 0,949 0,854 -3,604 0,350 -2,301
SERIE 3
20 0,180 14,000 0,032 0,013 -137,171 0,180 -2880,79
25 0,229 1,000 0,231 0,229 -9,831 0,229 -14,731
49 0,262 4,000 0,218 0,066 -39,408 0,262 -236,031
65 2,250 4,270 -0,937 0,527 -42,621 2,250 -271,331
82 0,136 35,000 0,004 0,004 -342,999 0,136 -18007,4
SERIE 4
15 0,435 0,430 -1,332 1,012 -5,080 0,435 -3,090
27 0,100 0,720 -0,475 0,139 -7,511 0,100 -7,948
30 0,588 0,850 4,485 0,692 -12,761 0,588 -14,387
40 0,730 0,910 -1,203 0,802 -9,814 0,730 -12,989
52 0,444 1,020 -2,671 0,435 -12,631 0,444 -17,982
Pero al analizar los datos se descubre algo importante:
Con ángulos entre 0 y 45 grados al aumentar el ángulo, el alcance horizontal aumenta.
Con ángulos entre 0 y 180 grados al aumentar el ángulo, el alcance horizontal disminuye
Para todos los ángulos al aumentar el ángulo, la altura máxima aumenta
Para todos los ángulos al aumentar el ángulo, el tiempo de vuelo aumenta
Al graficar los datos de la tabla anterior se representarían trayectorias como lo muestra la figura
siguiente:
Figura 2. Grafica en la que se representa el ángulo de inclinación en función del alcance horizontal
0,000
0,500
1,000
1,500
0 5 10 15 20 25 30 35
AL
CA
NC
E H
OR
IZO
NT
AL
ANGULO DE INCLINACION
ALCANCE HORIZONTAL VS ANGULO DE
INCLINACION
Series1 Series2 Series3 Series4
19
En la figura 1, se muestran las gráficas de 4 datos obtenidos por los estudiantes en algunos se
evidencia que a partir de que aumenta en un ángulo de 45° el alcance horizontal disminuye. Los
picos en los datos de las series 1, 2 y 4, se deben a influencias o variables del medio como lo son
la fuerza para lanzarlo o una pequeña variación en el ángulo al momento de tomar las medidas.
Aunque se puede evidenciar que en los datos de la serie 4, llegan a un ángulo de 40° y
desciende, pero la gráfica que nos representa mejor la trayectoria de una parábola son los datos
de la serie 3, aunque pudieron haber existido variables que marcaran un error en la toma de los
datos los estudiantes lograron tomar la medida de hasta 82° siendo más evidente la trayectoria
del movimiento de proyectil.
Figura 3. Grafica del tiempo de vuelo en función del ángulo de inclinación de los datos de la anterior gráfica.
0,000
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
35,000
40,000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
TIE
MP
O D
E V
UE
LO
ANGULO DE INCLINACION
TIEMPO DE VUELO VS ANGULO DE INCLINACION
Series1 Series2 Series3 Series4
20
Figura 4. Grafica de los dos mejores datos que representan mejor el tiempo de vuelo en función de ángulo de
inclinación
Otro análisis se encuentra relacionado con el tiempo en función del ángulo de inclinación el cual
se muestra en la figura 3, como se analiza en los datos obtenidos, la gráfica evidencia que a
medida que aumenta el ángulo de inclinación aumenta el tiempo de vuelo, esto se debe a que el
proyectil al estar más inclinado tiene que recorrer más distancia por lo tanto tardara más en bajar
o descender al suelo
A pesar de esto sobresalen otros conceptos tales como fuerza, peso, impulso y potencia de la
bala, es decir encuentran otra variable que es susceptible y depende de ellos la cual es la fuerza
que se le imprima al dedo del guante para que el proyectil tenga mayor o menor alcance. Otra
conclusión a raíz de la observación realizada a los estudiantes es el hecho de que al tomar
medidas entre el ángulo y la distancia, apreciaban el cambio entre ella y se cuestionaban por qué
en algunos casos no les daba a pesar de repetitivos lanzamientos, es decir saben de qué se trata el
fenómeno y lo querían compraban con la teoría estudiada anteriormente
Se les pidió a los estudiantes que analizaran los resultados obtenidos de forma cuantitativa, por
medio de la realización de graficas en las que se relacionan la distancia o alcance máximo del
proyectil en función del ángulo de inclinación y el tiempo de vuelo en función del ángulo de
10; 0,390 15; 0,413 20; 0,430
25; 0,517
30; 0,707 15; 0,430
27; 0,720 30; 0,850
40; 0,910 52; 1,020
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
0 10 20 30 40 50 60
TIE
MP
O D
E V
UE
LO
ANGULO DE INCLINACION
TIEMPO DE VUELO VS ANGULO DE INCLINACION
Series1 Series4
21
inclinación; además a partir de estos obtener la velocidad promedio del proyectil lanzado. Los
únicos datos con los que ellos contaban son el tiempo de vuelo, el alcance máximo y el ángulo de
inclinación; a partir de las ecuaciones matemáticas establecidas para este fenómeno se pudieron
obtener valores matemáticos como alcance máximo y velocidad. Estos valores sirven para
comprobar las hipótesis y los resultados obtenidos cualitativamente, que es el fin de estas
prácticas de laboratorio, pues a partir de la práctica y la observación se lleguen a conclusiones y
predicciones más precisas a fenómenos similares.
1.5 Preguntas Para Reflexionar
Las preguntas a reflexionar se desarrollaron con el fin de poner al estudiante en el mismo
fenómeno, la misma interacción pero variando las características de los elementos del
experimento, tales como, el peso del proyectil, la distancia del cañón, el hecho de utilizar un
resorte en vez de un guante de caucho, es decir qué implicaciones y en que varía este cambio o
que aplicaciones tiene este fenómeno en la vida cotidiana, estos son los resultados obtenidos:
Tabla 4. Resultados de los estudiantes de las preguntas para reflexionar del Cañón
1. ¿Si realizas la practica con una bolita de papel, cambiaran considerablemente los valores con
relación a los anteriormente obtenidos?
Si cambiaria debido a que la bola de papel tiene menos peso que la canica
Sí, porque la bola de papel es mucho menos pesada y por esto no va a despegar tan fácilmente del
proyectil y caerá a muy poca distancia
Si porque no tiene el mismo peso
Si cambiarían los datos pues la masa del proyectil cambia es decir es menos pesada entonces a
pesar de que se coloquen las mismas medidas de los ángulos la bolita no tendrá el mismo alcance
y altura máxima ya que será menor que con la canica.
2. ¿De qué depende el alcance máximo?
Depende del tiempo y la velocidad en la que está en el aire y del ángulo
Depende de la velocidad con la cual es lanzado el objeto y el ángulo de lanzamiento
El ángulo, la fuerza y el peso.
Depende del ángulo de inclinación de la canica, pues entre más ángulo menor distancia y entre
menor ángulo mayor distancia.
3. ¿Para qué crees que sirve el estudio del movimiento parabólico?
Para estudiar el comportamiento de los objetos en el aire con respecto a la gravedad
Para determinar los datos exactos sobre el tiempo de vuelo, la altura, el ángulo y la distancia
durante el lanzamiento de un cuerpo respecto a la horizontal
22
Para distintas actividades cotidianas
Para estudiar el comportamiento de diferentes actividades cotidianas como en los deportes.
4. ¿Porque si en este caso utilizamos resortes para impulsar la canica porque crees que utilizan
pólvora para realizar la misma experiencia?
Debido a que la polvera logra impulsar con más fuerza el proyectil
Para hacer que el objeto tenga un tiempo de vuelo, altura y distancia mucho mayor con respecto
que al hacerlo con un resorte
Para tener más fuerza y más alcance.
Con los resortes o el guante de caucho se le da cierta fuerza para que vuele, con la pólvora se
lograra más impulso para que valla más lejos o alcance un alcance mayor
Al poner al estudiante frente a situaciones similares con las mismas variables donde solo
cambian las características de los elementos, hace que el estudiante analice las posibles
soluciones y realice predicciones de acuerdo a la experiencia anterior y los conceptos adquiridos
a partir de ella. Por ejemplo al preguntar si se modifica las características del proyectil, en este
caso a cambio de una canica se lanza con una bolita de papel, se encuentran conclusiones
relacionadas con el peso del proyectil, es decir los estudiantes al realizar el experimento con las
mismas características que el anterior, saben que la bolita de papel realizara el mismo
movimiento parabólico, pero no tendrá el mismo alcance horizontal que con la canica debido a
que es más liviano o menos pesado que la canica, por lo cual no tendrá la misma velocidad
inicial, otra conclusión involucrada con este fenómeno es la gravedad, al tener menos peso el
proyectil, la fuerza de gravedad que se ejerce es mayor en la bolita de papel que en la canica, por
lo cual hará que llegue más rápido al piso y no logre tener un alcance máximo similar al de la
canica.
Es fundamental que el estudiante analice cada una de las variables que intervienen en este
fenómeno y construya su propio concepto basado en las ideas previas y la experiencia, en el caso
en que se les pregunta ¿Qué factores intervienen en el movimiento de proyectiles? salen
conclusiones como la velocidad inicial del proyectil, la fuerza con la que se impulsa para que
salga del cañón, el ángulo de inclinación, entre otros, pero hay un concepto muy importante el
23
cual es la velocidad del viento o fuerza de fricción, cantidades muy mínimas que no influyen en
el resultado cualitativo ni cuantitativo del experimento por esto son despreciables, pero es
significativo que el estudiante analice todas estas magnitudes que no son apreciables a simple
vista.
En cuanto a la pregunta de la importancia y la utilidad del estudio del movimiento de proyectil,
salen conclusiones relacionadas con la gravedad, es decir, este fenómeno sirve para estudiar el
concepto de la gravedad y su influencia en diferentes cuerpos, también para estudiar actividades
afines en la vida cotidiana, pero estas actividades ellos no las ven a simple vista, es decir no son
fenómenos con los que interactúen en su núcleo social como si solo lo vieran plasmados en los
libros de ciencia. A pesar de esto se cuestiona el hecho de utilizar este fenómeno en tiempos
anteriores pero en vez de impulsarse el proyectil con caucho o resorte se utiliza pólvora, a lo que
los estudiantes responden que la utilizaban en la guerra pues genera más fuerza e impulso
logrando un alcance horizontal máximo y significativo tanto para poder llegar y derribar al
objetivo.
1.6 Conclusiones
Después de realizar esta experiencia y teniendo en cuenta que los estudiantes se les dio una
temática conceptual anterior a la experiencia y basado en las ideas previas, los estudiantes
lograron construir el concepto y las características que influyen y actúan en el movimiento de
proyectil son las siguientes:
El movimiento de proyectil describe la trayectoria que sufre un cuerpo cuando es lanzado
con una fuerza y una velocidad determinada, con cierto ángulo de inclinación el cual describe
una parábola, la canica recorre cierta distancia o alcance máximo, el cual depende de la gravedad
que se ejerce en el cuerpo y su velocidad.
24
Existen variables despreciables que se encuentran implícitas en el fenómeno como lo son
la masa del cuerpo y la fuerza de fricción que el aire ejerce en la canica; en el caso de la masa del
peso no se podía determinar físicamente pues la institución carece de laboratorios por lo tanto no
tiene elementos como balanzas para obtener este dato practico.
Se determinó que los diferentes materiales del dedo de caucho logran que el proyectil
tenga más o menos alcance máximo utilizando el mismo ángulo, cuando se lanza el proyectil con
cierto ángulo de inclinación y se utilizaba dedos de caucho elásticos el proyectil alcanzaba una
mayor distancia que con un dedo de caucho más duro y con las mismas características iniciales,
es decir, los dedos de cucho tienen cierto “coeficiente” propicio para lograr que el experimento
salga ideal.
Los estudiantes aprendieron a construir un instrumento útil para recrear y apreciar el
movimiento de proyectil, utilizando elementos asequibles y reciclables.
2. Practica 2. ¿Cómo funciona la catapulta?
La segunda práctica experimental hace referencia al movimiento parabólico, el objetivo de este
experimento es estudiar que fenómenos se dan lugar en un tiro parabólico efectuado con
catapulta. Las catapultas son perfectas para explicar los movimientos parabólicos, estas lanzan
proyectiles con un ángulo con la horizontal, con una velocidad inicial o velocidad en X que
siempre es constante, el proyectil también tiene una velocidad en Y que es independiente a la
velocidad en X, el cuerpo tiene una altura máxima, un alcance máximo y un tiempo de vuelo.
La catapulta se construyó con elementos reciclables durante las horas de clase, con el fin de que
cada integrante del grupo participe del mecanismo. Igual que en el experimento 1 se les entrega
la guía del experimento con días de anterioridad, para que entre grupos de más o menos cuatro
estudiantes logren reunir los materiales del experimento.
25
En esta práctica experimental los estudiantes deberán construir una catapulta, para que deduzcan
hipótesis, tomen datos, realicen análisis de resultados y finalmente obtengan una conclusión del
fenómeno. A pesar que este experimento se relaciona con el primero se desea que los estudiantes
contemplen otra forma de evidenciar el fenómeno del movimiento parabólico, con una
construcción más didáctica.
2.1 Descripción de la actividad
De acuerdo con la guía de laboratorio los estudiantes debían construir una catapulta basados en
un video demostrativo. La catapulta se construye con palos de paleta, pitillos y tapas de gaseosa.
Se realizó la base de la catapulta con los palos de paleta, a está le tenían que colocar dos
columnas con ganchos de ropa, a estos ganchos se les asegura el pitillo y a esté se pega otro palo
de paleta, en una de las esquinas del palo de paleta se pega una tapa de gaseosa, aquí es donde
irán los proyectiles de la catapulta. Para impulsar la catapulta con cierto ángulo será necesario
enganchar el palo de la base y el palo donde se coloca el proyectil con un caucho, lo que hará
elástica y templadas las dos partes, es decir colocando una masa o un cuerpo en la base donde
lanza el proyectil, se juntan las dos partes teniendo en cuenta que el mecanismo debe estar a
recto a nivel del piso, cuando se suelte la palanca por acción del elástico al soltarla tendrá cierta
velocidad capaz de impulsar la palanca hacia arriba, pero al mismo tiempo la frena y esto hace
que el cuerpo proyecte un movimiento parabólico.
Para esta práctica experimental se sugirió a los estudiantes utilizar masas no tan pesadas como
las esferas metálicas, pues el mecanismo es algo débil y no podría impulsar los proyectiles, razón
por la que se utilizaron masas con las que ellos interactúen como borradores, tapas de esferos,
monedas, etc. Al momento de cambiar las masas del proyectil caracterizarían el movimiento
26
basados en la variación de la masa, es decir se realizaran lanzamientos con ciertos ángulos de
inclinación para cada una de las masas.
2.2 Hipótesis
Antes de empezar a realizar la construcción de la catapulta y basados en la temática de clase se
les pregunta a los estudiantes que creen que sucederá al ponerse en funcionamiento el
mecanismo, donde se encontraron las siguientes hipótesis:
Tabla 5. Hipótesis de los estudiantes experimento Catapulta
La eficacia de una catapulta recae sobre si esta, es capaz de disparar elementos a ciertas
distancias, empleando diferentes ángulos y generando un movimiento parabólico, cuanto mayor
inclinado este el ángulo mayor alcance tendrá con la catapulta realizada, se podrá saber la
distancia que recorre un objeto dependiendo del peso y del ángulo con el que se lance.
Este experimento ayudara a estudiar los comportamientos de los proyectiles en el aire
Se obtendrá una especie de tiro parabólico para así lograr sacar los datos y saber en que influye el
ángulo y el peso del objeto con el que se lance
Al realizar una comparación y al realizar varios lanzamientos con proyectiles de diferentes masas
usando una catapulta creada por nosotros, se podrá observar un cambio en la distancia y el tiempo
recorridos por los proyectiles al realizar un cambio en el ángulo
La catapulta lanzara los objetos con una aceleración, altura máxima y una distancia dicha.
En este laboratorio se espera obtener resultados similares que con el proyectil pero usando el
método de la catapulta para identificar distancias en ambos.
Se realizara un experimento con tres distintos objetos para tomar sus respectivos valores y así
podrá encontrar la velocidad y la altura de los tres objetos.
En este laboratorio de física queremos ver lo que sucede al desarrollar una aplicación y
funcionalidad del movimiento parabólico ya que su trayectoria del objeto describe una parábola
Se hará un experimento con una catapulta hecha por los estudiantes donde se hallara el ángulo, la
distancia y el tiempo de vuelo.
Ahora que los estudiantes pasaron a una segunda práctica analizan mejor el fenómeno de tiro
parabólico y logran predecir que variables están implicadas tales como: como peso, ángulo,
distancia, altura velocidad y representación de la trayectoria parabólica.
En este experimento se puede apreciar de una mejor forma el movimiento parabólico por esto los
estudiantes hacer bastante énfasis en el ángulo de inclinación, tan como en el experimento
anterior llegan a deducir que entre menor sea el ángulo de inclinación mayor será el alcance
27
máximo y tendrá menor altura, de igual forma con un ángulo mayor, menor será su alcance
máximo.
El peso de los proyectiles y el tiempo de recorrido son importantes pues determina un valor de la
velocidad descriptivo, tanto cualitativo como cuantitativo, pues se tendrá la posibilidad de variar
las masas al igual que los ángulos.
Para identificar la velocidad de forma cuantitativa será necesario del conocimiento teórico de las
ecuaciones, pues será un valor cualitativamente apreciable, pero es importante que el estudiante
grafique y logra analizar a partir de esta los que está describiendo el movimiento.
2.3 Experimentos
Fig. 5. Montaje Catapulta Casera
Para empezar se construye la catapulta casera ayudados de un video demostrativo de su
ensamble, entonces por grupos los estudiantes interactúan en la construcción de dicho prototipo,
encontrando mejoras a partir de fallas en la construcción y ejecución del mismo.
Cada grupo de estudiantes tomo cinco diferentes medidas de ángulo de inclinación para cada una
de las masas, los datos que deberían tomar eran para cada ángulo el tiempo de vuelo y el alcance
máximo, después de obtener estos valores realizar una análisis cualitativo y cuantitativo de la
variaciones que podrían existir en cada una de las situaciones.
Angulo de Inclinación
Proyectil
Caucho
Elástico
28
El hecho de la construcción, ensamble y ejecución de una máquina que les ayudaría a demostrar
un fenómeno como lo es el movimiento de proyectil, genera en el estudiante cierta curiosidad e
inquietud al realizarlo, observar y verificar lo que sucederá, situación diferente si se tuviera el
prototipo ya ensamblado, ya que el estudiante está más implícito en la manipulación de su
experimento para poder lograr una buena ejecución del mismo.
2.4 Análisis de resultados
A pesar de predecir qué sucedería con el experimento los estudiantes comprueban la veracidad
de las leyes físicas, en cuanto al fenómeno de movimiento parabólico, es decir, un cuerpo con
cierta masa es lanzado desde una catapulta, la masa sale con cierta velocidad constante, esta
llega a un límite porque experimenta dos fuerzas una la de gravedad o atracción al suelo donde
tiene una altura máxima, luego para llegar al suelo describe una trayectoria parabólica y
finalmente termina su movimiento cuando llega al suelo a cierta alcance máximo. Hay que tener
en cuenta que en este experimento el ángulo de inclinación se toma a nivel de la horizontal pero
desde el III cuadrante negativo.
A continuación se mostraran algunas tablas de datos tomados por los estudiantes y así poder
analizarlos.
Tabla 6. Datos experimentales tomados de los lanzamientos de la catapulta
Objeto Angulo
(Ɵ)
Alcance
Maximo
(M)
Tiempo
De
Vuelo
(S)
Velocid
ad
Inicial
(M/S)
Velocida
d En X
(M/S)
Velocida
d En Y
(M/S)
Posicio
n En X
(M)
Pocision
En Y
(M)
Rupo 1
Grupo 3
Moneda
10,00 1,52 2,98 4,60 4,53 -29,08 1,52 -130,18
15,00 1,47 2,43 3,70 3,57 -23,72 1,47 -86,57
20,00 2,00 2,53 5,38 5,06 -24,61 2,00 -93,62
30,00 1,41 3,06 4,98 4,31 -29,87 1,41 -137,27
45,00 1,30 3,40 6,25 4,42 -33,18 1,30 -169,45
Barra De
Silicona
10,00 3,03 2,15 6,61 6,51 -20,72 3,03 -67,20
15,00 2,03 2,10 4,41 4,26 -20,42 2,03 -64,50
20,00 3,20 2,05 6,98 6,56 -19,70 3,20 -60,98
29
Después de construida la catapulta, los estudiantes tomas medidas de los lanzamientos hechos
con ella y con diferentes objetos accesibles a ellos tal como borradores, monedas, etc. Al igual
que en el experimento anterior se anotan medidas del ángulo de inclinación, el tiempo de vuelo y
el alcance horizontal donde caerá el proyectil. La hipótesis principal después de haber realizado
el experimento anterior es que sucedería lo mismo si se grafican los mismos datos, es decir la
gráfica dibujaría la trayectoria de una parábola, pero la diferencia incide en el cambio de la masa
y se resultará analizar la influencia de esta en la trayectoria parabólica del movimiento.
Al analizar los datos en general se evidencia resultados similares a los del experimento anterior
pero a diferencia del ángulo límite de 45°, en este experimento para ángulos de 0 y 20 grados
aproximadamente al aumentar la inclinación del ángulo, aumenta el alcance horizontal, y en
ángulos de 40 a 180 grados al aumentar la inclinación, disminuye el alcance horizontal,
mostrando una trayectoria parabólica.
30,00 2,00 2,50 5,77 5,00 -24,30 2,00 -91,37
45,00 3,00 3,08 13,07 9,24 -29,50 3,00 -137,34
Borrador
10,00 3,22 2,36 7,72 7,60 -22,69 3,22 -80,85
15,00 3,00 1,91 5,93 5,73 -18,41 3,00 -53,03
20,00 2,05 2,23 4,86 4,57 -21,68 2,05 -72,71
30,00 2,10 2,67 6,47 5,61 -25,93 2,10 -104,16
45,00 3,10 3,27 14,34 10,14 -31,27 3,10 -154,65
Grupo 5
Bola De
Caucho
10,00 1,02 0,38 0,39 0,39 -3,72 1,02 -2,12
15,00 1,20 0,86 1,07 1,03 -8,41 1,20 -10,85
20,00 1,48 1,06 1,67 1,57 -10,34 1,48 -16,47
25,00 1,51 0,78 1,30 1,18 -7,61 1,51 -8,92
30,00 1,68 0,68 1,32 1,14 -6,63 1,68 -6,77
Moneda
10,00 0,97 0,35 0,34 0,34 -3,42 0,97 -1,80
15,00 1,05 0,81 0,88 0,85 -7,92 1,05 -9,63
20,00 1,24 1,05 1,39 1,30 -10,26 1,24 -16,18
26,00 1,01 0,67 0,75 0,68 -6,55 1,01 -6,59
30,00 1,37 0,63 1,00 0,86 -6,15 1,37 -5,82
Anillo
10,00 1,56 0,73 1,16 1,14 -7,12 1,56 -7,81
15,00 2,02 0,94 1,97 1,90 -9,14 2,02 -12,92
20,00 2,48 1,41 3,72 3,50 -13,66 2,48 -29,00
25,00 2,07 1,50 3,43 3,11 -14,58 2,07 -32,89
30,00 3,00 1,62 5,61 4,86 -15,58 3,00 -38,10
30
En cuanto al tiempo de vuelo teóricamente a medida que aumenta el ángulo de inclinación
aumenta también el tiempo de vuelo, pues el proyectil al estar más inclinado tiene más espacio
para recorrer hasta llegar al suelo, pero experimentalmente al graficar los resultados se observan
trayectorias parabólicas por la influencia del ángulo de inclinación sobre el tiempo de vuelo, esto
puede ser definitivo por errores a la hora de la toma de los datos, pues la construcción de la
catapulta es casera y con elementos livianos que pueden tener algún error en la construcción.
Al momento de analizar los resultados del experimento se les pregunta a los estudiantes ¿Cuál es
la razón para que en este caso el ángulo límite sea diferente? A lo que la mayoría de ellos
respondieron:
Debe ser por el material de la catapulta, si fuera en un material más duro como el plástico
o el metal podrían tener un ángulo parecido al experimento del cañón
Podría la palanca o brazo de la catapulta ser más pequeño para hacer que el ángulo sea
igual
Es importante analizar el hecho de hacerlos pensar porque no sucedió lo mismo que en el
experimento del cañón pues los dos se enfocan en el mismo movimiento de proyectil, el hecho
de pensar en un brazo más pequeño podría llegar a influir bastante en una mayor inclinación del
proyectil. El fundamento del material de la catapulta también se podría cambiar colocando una
base más resistente y una brazo más rígido para darle mayor precisión a la trayectoria del
proyectil.
A continuación se mostrara unas de las gráficas de un grupo de estudiantes obtenidas de la toma
de datos con el fin de analizar la influencia de la masa en el experimento.
31
Figura 6. Grafica del Alcance Horizontal en función del Angulo de Inclinación
En la figura se aprecian tres trayectorias del movimiento parabólico con la misma catapulta y con
los mismos ángulos de inclinación solamente se varían las masas de los proyectiles. La grafica de
la serie 1 se refiere a una moneda, la gráfica de la serie 2 se refiere a una barra de silicona y la
gráfica de la serie 3 se refiere a un borrador.
Se les pidió a los estudiantes que analicen la diferencia de cada una de las gráficas, a lo que
respondieron
La barra de silicona y la moneda tiene parábolas en el mismo ángulo, pero diferente
alcance horizontal
El borrador tiene el mismo alcance horizontal que la barra de silicona
Pero al analizar las gráficas si se compara la serie 1 que es la moneda con la serie 2 que es una
barra de silicona, a pesar de que los dos tienen el mismo ángulo de inclinación limite que es de
20 grados aproximadamente la barra de silicona tiene un mayor alcance horizontal que la
moneda.
Ahora si analizamos la masa de cada uno de los proyectiles solo podríamos realizarlo
teóricamente por medio de ecuaciones, ya que para poder caracterizar las gráficas de las
1,52 1,47 2,00
1,41 1,30
3,03
2,03
3,20
2,00
3,00 3,22 3,00
2,05 2,10
3,10
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00
AL
CA
NC
E H
OR
IZO
NT
AL
ANGULO DE INCLINACION
ALCANCE HORIZONTAL VS ANGULO DE
INCLINACION
GRUPO 3
MONEDA BARRA DE SILICONA BORRADOR
32
trayectorias los estudiantes no contaban con un instrumento para tomar la medida de la masa de
cada proyectil, sin embargo es de entenderse que tanto la masa como la fricción con el aire son
variables muy pequeñas por lo cual son despreciables en el movimiento por lo que no se
encuentran implícitas en las ecuaciones de movimiento parabólico, por esto nos ayudaremos del
termino de impulso.
“Se llama impulso a la magnitud Vectorial, denotada usualmente como I, definida como
la variación en el momento lineal que experimenta un objeto físico en un sistema cerrado. El
término difiere de lo que cotidianamente conocemos como impulso y fue acuñado por Isaac
Newton en su segunda ley, donde lo llamó vis motrix, refiriéndose a una especie de fuerza del
movimiento”
“La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice
que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere
dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos
expresar la relación de la siguiente manera:
𝐹 = 𝑚𝑎 (1), → 𝑠𝑎𝑏𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑠: 𝑎 =𝑣
𝑡 (2),
𝐸𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑠𝑖 𝑟𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑚𝑜𝑠 (2) 𝑒𝑛 (1), 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎𝑟𝑖𝑎 → 𝐹 = 𝑚𝑣
𝑡 (3)
𝑆𝑖 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑎, → 𝐹𝑡 = 𝑚𝑣 →𝐹𝑡
𝑚= 𝑣 (4)”
Si analizamos la relación entre la velocidad y la masa, se podría decir que es una relación
inversamente proporcional. Si reemplazamos la ecuación (4) en la ecuación de movimiento para
las dos componentes x y y del movimiento, sabiendo que el movimiento se sabe que 𝑥0 𝑦 𝑦0 son
“0” entonces serian:
𝑥 = 𝑣0𝑥𝑡 (5) → 𝑎𝑙𝑐𝑎𝑛𝑐𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙
33
𝑦 = 𝑣0𝑦𝑡 −1
2𝑔𝑡2 (6) → 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎
Ahora si reemplazamos las ecuación (4) en las ecuaciones (5) y (6) seria:
𝐴𝑙𝑐𝑎𝑛𝑐𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙
𝑥 = (𝐹𝑡
𝑚) 𝑡
𝑥 = (𝐹𝑡2
𝑚)
𝑚 = (𝐹𝑡2
𝑥) (7)
𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎
𝑦 = (𝐹𝑡
𝑚) 𝑡 −
1
2𝑔𝑡2
𝑦 = (𝐹𝑡2
𝑚) −
1
2𝑔𝑡2
(𝐹𝑡2
𝑚) = [𝑦 +
1
2𝑔𝑡2]
(𝐹𝑡2
𝑦 +12 𝑔𝑡2
) = 𝑚
(2𝐹𝑡2
2𝑦 + 𝑔𝑡2) = 𝑚 (8)
Entonces de acuerdo al análisis de las ecuación (7) se puede deducir que:
El alcance horizontal máximo tiene una relación inversamente proporcional con la masa,
es decir, cuando aumenta la masa del proyectil, disminuye el alcance máximo, o inverso, al
disminuir la masa disminuye el alcance horizontal.
La fuerza de cada lanzamiento es constante.
Al aumentar la masa, el tiempo aumenta al doble y viceversa, es decir, al disminuir la
masa, el tiempo disminuye al doble.
Entonces si analizamos la gráfica anterior para dos de los proyectiles en los cuales se aprecia
mejor la parábola, seria para la moneda con un alcance horizontal de 2,00 metros y para el
borrador con 3,20 metros, es decir, que al analizar el alcance horizontal en función de la masa se
puede caracterizar la masa así:
34
La moneda = con alcance horizontal mayor = sería menor la masa
El borrador = con alcance horizontal menor = seria mayor la masa
Entonces si clasificamos las masas seria: la masa del borrador > la masa de la moneda. Si se
analiza el movimiento se podría concluir que “al ser menor la masa del proyectil el alcance
horizontal seria mayor o máximo”
Para obtener una mayor verificación se analizara otra grafica de otro grupo para analizar los
datos obtenidos:
Figura 7. Alcance horizontal en función del ángulo de inclinación.
Este grupo de estudiantes realizaron el experimento con tres diferentes objetos como: el objeto
de la serie 1 se refiere a una bola de caucho, el objeto de la serie 2 se refiere a una moneda y el
objeto de la serie 3 se refiere a un anillo. De acuerdo a lo dicho anteriormente se podrían
caracterizar las masas de los objetos:
La masa del anillo con un alcance horizontal de 2,48 metros, la bola de caucho con un alcance de
1,48 metros y la moneda con un alcance horizontal de 1, 24 metros. Si pensamos que el más
liviano o menos pesado es el que tiene mayor alcance horizontal podríamos clasificar las masas
como:
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00
AL
CA
NC
E H
OR
IZO
NT
AL
ANGULO DE INCLINACION
ALCANCE HORIZONTAL VS ANGULO DE
INCLINACION
GRUPO 5
BOLA DE CAUCHO MONEDA ANILLO
35
Alcance anillo > alcance bola de caucho > alcance de la moneda;
Masa del anillo < masa de la bola de caucho < masa de la moneda.
Se entiende que no conocemos las medidas de las masas de los proyectiles, entonces concluimos
que el anillo al tener el mayor alcance horizontal que los demás objetos es el más liviano,
seguido de la bola de caucho y finalmente la moneda.
2.5 Preguntas para reflexionar
Después de realizar la experiencia se pregunta a los estudiantes acerca de situaciones
relacionadas con el mismo fenómeno pero cambian algunas variables, como las siguientes:
Tabla 7. Análisis preguntas para reflexionar experimento Catapulta
1. Al realizar el experimento con diferentes objetos y el mismo ángulo, ¿en qué crees que influya el
alcance máximo?
Entre más grande o pesado sea el objeto, menor será el alcance máximo ya que la fuerza de
gravedad es mayor sobre este.
Que entre más inclinado este el ángulo más distancia recorre e objeto
En la velocidad que tiene cada objeto
Sí, porque todos los objetos tienen diferente masa y los más livianos tienen un mayor recorrido que
los pesados
El alcance máximo será afectado ya que cada objeto tendrá un diferente peso, y el peso influye
mucho sobre cuanta distancia recorrerá
Lo que más afecta en el alcance máximo es el peso de cada objeto
2. En tiempos de guerra esta herramienta era bastante utilizada, ¿a qué crees que se deba la precisión
del impacto a la masa del objeto, el ángulo o la distancia?, ¿Porque?
Angulo por la influencia que ejerce el objeto
El ángulo, ya que si tenían el ángulo correspondiente para impactar donde fuera necesario
Angulo, debido a que si el ángulo es mayor el proyectil realizara una mayor distancia, que cuando
el ángulo es menor
Las catapultas fueron utilizadas para la guerra n la edad media, fue inventada probablemente por los
griegos
El ángulo ya que era lo que se inclinaba la catapulta y a mayor ángulo mayor distancia
3. ¿Qué información crees que nos da la gráfica?, ¿porque?
El comportamiento de los objetos con los diferentes ángulos por la forma de estas
Que las distancia incrementa a medida que el ángulo aumenta
Nos representa la forma en que va aumentando las distancias, el tiempo de vuelo, etc.
La distancia , que varía con los ángulos y puede realizar menor o mayor distancia el proyectil
Nos va a mostrar en que afecta el ángulo a la distancia y el tiempo de vuelo
36
Analicemos las conclusiones de cada una de las preguntas, para la primera en la que se interroga
acerca de la relación al aplicar el mismo ángulo a diferentes masas, los estudiantes responden:
Al preguntar por la influencia de cada objeto al realizar el mismo experimento, la mayoría de los
estudiantes afirman que el peso de los objetos influye en el alcance máximo horizontal,
confirmando que de lo observado en la experiencia el más liviano es el que tiene mayor alcance;
un grupo de estudiantes comento que al ser más liviano puede tener una mayor velocidad que el
objeto pesado, lo que es confirmado con la teoría al reemplazar con las ecuaciones.
Por otro lado al preguntar el significado de las gráficas, ya que es de entenderse que los
estudiantes grafican si analizar lo que obtuvieron ellos contestaron, solamente refiriéndose a que
mostraría el comportamiento de los diferentes objetos en función de los mismos ángulos, y una
relación entre la distancia que alcanza el proyectil y el ángulo al cual es lanzado el mismo.
Como se sabe el estudio del movimiento de proyectil o parabólico lleva a que su funcionalidad se
aplique a diferentes dispositivos uno de ellos la catapulta, la cual era utilizada en tiempos de
guerra para derribar al enemigo, era necesario que los guerreros conocieran la funcionalidad de
mecanismo, esto evidenciado en la precisión del ángulo de inclinación y la fuerza que se le
ejerce a la catapulta para el impacto. Al preguntarles a los estudiantes a que factor o variable
dependía la precisión del impacto todos respondieron que se debía al ángulo ya que este es el que
tiene la mayor influencia en el lanzamiento del proyectil, el cual ellos lo evidenciaron a la hora
de realizar la experiencia.
2.6 Conclusiones
Después de realizado la práctica experimental, enfrentando a los estudiantes a sus conocimientos
previos y los adquiridos en clase, se logran modificar las nociones para construir un nuevo y
definitivo concepto al fenómeno del movimiento de proyectil.
37
Al empezar la practica el estudiante solo ve el movimiento como un simple lanzamiento de
objetos, los cuales muestran una trayectoria parabólica, después de realizada la experiencia los
estudiantes encuentran variables como la influencia del ángulo de inclinación, el tiempo de
vuelo, la fricción que el aire le ejerce al proyectil, la influencia de la gravedad que hace que el
objeto caiga al suelo, la fuerza con la que es lanzado el proyectil, y el más importante para este
experimento que influencia podría tener el cambio de la masa en el movimiento, aunque esta
variable fuera despreciable. Sin embargo, estas con las conclusiones que dan los estudiantes:
Tabla 8. Conclusiones de los estudiantes experimento Catapulta
Al realizar el experimento y al tomar datos podemos hallar matemáticamente los componentes
de la velocidad y la altura máxima de cada uno de los lanzamientos.
Al realizar un análisis de los resultados de los lanzamientos se puede observar un aumento tanto
de la distancia como del tiempo recorrido al ser lanzado un proyectil a ángulos cada vez
mayores
El peso de los objetos influye en donde caerá y el tiempo de vuelo
Si el objeto se lanza con un ángulo pequeño no abra mucho tiempo de vuelo
Si el objeto se lanza con un ángulo mayor por ejemplo: de 35 a 60 grados, se obtendrá mayor
tiempo de vuelo y mucha más distancia, pero sí en cambio es lanzado con un ángulo mayor a
70 grados habrá mucho tiempo de vuelo pero no casi distancia.
Entre más liviano sea el objeto al lanzar más distancia tendrá y su tiempo de vuelo será mayor.
Mayor el ángulo, menos distancia y menor ángulo mayor distancia.
La distancia y el tiempo realizados por un proyectil varia con el ángulo
Se logró hacer todo lo esperado, a partir de un ángulo obtuvimos una velocidad, altura máxima
y tiempo.
Entre más inclinado este el ángulo menor será la distancia y mayor será el tiempo que el
elemento dure en caer.
El objeto que logro una mayor distancia que los demás es probablemente porque era el más
denso y la fuerza de la catapulta logro lanzarlo más lejos.
Lo que los estudiantes concluyen hace referencia a los resultados que ellos obtuvieron
especificando los significados de cada variable, como por ejemplo que influencia tubo el ángulo
de inclinación y la masa de los objetos en los lanzamientos para el resultado del alcance
horizontal, altura máxima y tiempo de vuelo. Por lo cual podemos concluir:
El movimiento de proyectil resulta del lanzamiento de objetos con cierto ángulo de
inclinación en dos dimensiones que son experimentadas por la altura máxima y el alcance
38
horizontal máximo al que llegan, cuando se lanzan objetos de diferentes tamaños con el mismo
ángulo de inclinación, los objetos livianos experimentan una mayor velocidad y en consecuencia
una mayor alcance horizontal opuestos a los de mayor peso pues se reduce la velocidad y su
alcance horizontal será mínimo.
El ángulo es directamente proporcional con el alcance horizontal con ángulos entre 0° y
30° e inversamente proporcional en ángulos entre 30° y 180°, lo mismo ocurre con la altura
máxima ya que es inversamente proporcional para ángulos entre 0° y 30° y directamente
proporcional para ángulos entre 30° y 180°.
En cuanto al tiempo de vuelo durante todo el movimiento el ángulo de inclinación y el
tiempo de vuelo es directamente proporcional., es decir a medida que aumenta en ángulo
aumenta el tiempo de vuelo.
Se emplean elementos reciclables para construir un mecanismo que pueda representan el
fenómeno de movimiento de proyectil y su trayectoria.
Se puede demostrar que no se necesitan complejos elementos de laboratorio para ilustrar
un fenómeno y comprobarlo aunque si se necesiten para perfeccionar la toma de datos y
disminuir los valores de error de la práctica experimental.
4. Practica 3. Juego De Masas
Luego de estudiar las velocidades y aceleraciones, se hace conveniente contestar porque los
objetos se mueven como lo hacen ¿Qué provoca que un objeto inmóvil comience a moverse?,
¿Qué hace que un objeto se acelere o desacelere?, en cada caso podemos decir que la respuesta
es una fuerza.
“La primera ley de Newton afirma que si no actúa fuerza neta alguna sobre un cuerpo,
este permanece en reposo, o bien, si esta en movimiento, continua moviéndose con velocidad
39
constante en línea recta. Pero ¿Qué sucede si una fuerza actúa sobre un cuerpo? Newton
percibió que la velocidad debe cambiar. Una fuerza neta que actúa sobre un objeto puede hacer
que su rapidez aumente o, si esta en dirección opuesta a la del movimiento, que se reduzca. Si la
fuerza obra sobre un lado del objeto en movimiento, su dirección y la magnitud de su velocidad
cambiaran. Puesto que un cambio en la rapidez o en la velocidad es una aceleración, podemos
decir que una fuerza neta da lugar a una aceleración
La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa
sobre el e inversamente proporcional a su masa. La dirección de la aceleración es la misma que
la de la fuerza neta aplicada (Douglas c. Giancoli, cuarta edición, pagina 77)”
Por esto en este experimento estudiaremos las fuerzas que intervienen en cada objeto en estado
móvil e inmóvil.
3.1 Descripción De La Actividad
Para poder estudiar el fenómeno de la segunda ley de Newton se lleva a los estudiantes a los
laboratorios de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas con el fin de que desarrollen la
práctica experimental e interactúen con los instrumentos adecuados para poder realizarla. Hay
que tener en cuenta que antes de realizar cualquier práctica experimental previamente se ha dado
una temática relacionada con la identificación y conocimiento de las fuerzas que intervienen en
un sistema como lo son el peso, la fuerza de fricción, la fuerza normal, la tensión, el estudio de
las tres Leyes de Newton y los diagramas de cuerpo libre es decir, que al enfrentar al estudiante a
un problema afín con las leyes de newton, el lograra encontrar la mejor solución a este.
Entonces el estudiante llega a la práctica de laboratorio con ideas previas que serán verificadas
con la experiencia y observación.
40
La experiencia de interactuar con elementos físicos motiva a los estudiantes a desarrollar
activamente la práctica experimental y a tratar de predecir que podría suceder durante el
desarrollo de la misma.
Este laboratorio está dividida en dos partes, para la primera parte los estudiantes deben obtener
los valores de las fuerzas que se encuentran en cada uno de los objetos del sistema con ayuda del
montaje instrumental del laboratorio para esta experiencia el cual se trata de un riel, un carro
dinámico y un juego de masas. Para la segunda parte se les pide a los estudiantes que obtengan
cuantitativamente el valor de la fuerza de cada objeto con la ayuda de los elementos básicos
como los son el dinamómetro y la balanza.
Para la primera parte los estudiantes debían tomar cinco diferentes masas y colocarlas en el
dinamómetro para que este arroje el valor del peso específico para cada una de estas masas y
para comprobar que el dinamómetro nos está indicando lo correcto deberán realizarlo
matemáticamente, es decir, realizar el diagrama de cuerpo libre, descomponer las fuerzas y
determinar la fuerza del peso y así poderla comparar con el valor experimental. Lo fundamental
de esta parte de la práctica es que el estudiante logre interactuar y descubrir el funcionamiento de
cada uno de los instrumentos como la balanza y el dinamómetro.
Figura 8. Montaje Segunda Ley de Newton
41
Para la segunda parte los estudiantes a partir del montaje mostrado en la figura 8 deberán
determinar la aceleración que sufre una masa 2 suspendida por la polea que se encuentra unida
por una cuerda a una masa 1 ubicada sobre una superficie, que es este caso es el riel donde va el
carro o masa 1. Se utilizaran las mismas cinco masas de la primera parte, para que ahora sean la
masa 2, pues la masa 1 o el carro del riel es constante. Para empezar se colocó la masa 1 a una
cierta distancia suspendida con la masa 2, al liberar la masa 1, se toma el tiempo del
desplazamiento hasta que la masa 1 llegue a la polea, con esto se toman los datos necesarios
como masa, tiempo y distancia de la cuerda para determinar matemáticamente la aceleración.
3.2 Hipótesis
Con las ideas previas de las temáticas en clases se pregunta a los estudiantes que creen que
sucederá, a lo cual ellos contestaron:
Tabla 9. Hipótesis de los estudiantes experimento Juego de Masas
En este laboratorio de física queremos observar y determinar la fuerza neta que actúa sobre un
cuerpo inicialmente en reposo, ya que la fuerza neta es la sumatoria de todas las fuerzas que actúan
sobre un cuerpo.
El carro llevara varias fuerzas por un determinado transcurso.
Entre más masa halla en el otro extremo de la polea, la aceleración será mayor y el carro
obtendrá más velocidad y llegara en menor tiempo a la distancia establecida.
Con este experimento nos daremos cuenta como mediante fuerzas se puede, mediante un cuerpo
de un peso especial, lograra mover otro cuerpo cuando inicialmente estaba en reposo.
El carro dinámico se moverá una distancia dicha por el peso de las masas ejercidas desde la
polea.
La realización de este experimento se basa en las fuerzas naturales las cuales son el peso, la
normal, la fuerza de rozamiento o fricción y la tensión.
Se determinaran las distintas masas del carro y de cuatro distintas masas para hallar la masa, la
aceleración y la velocidad.
Con este experimento nos daremos cuenta como mediante las fuerzas se puede mediante un
cuerpo de un peso especial, lograr mover a otro cuerpo cuando inicialmente estaba en reposo.
A pesar de que los estudiantes conocen la temática a tratar, se evidencia que los estudiantes
desconocen lo que sucederá, solamente deducen que se determinaran las fuerzas del sistema y
aceleración pero no cuál será su realización, es de esperar que el estudiante desconoce por total
lo que es un laboratorio de física incluidos sus instrumentos.
42
Sin embargo todos los estudiantes llegan a la hipótesis de que habrá cuerpos con cierta masa los
cuales están en reposo y algo hará que se mueva o salga del reposo tome una velocidad y se
acelere. Es importante que el estudiante a pesar de que no conozca el montaje y la realización de
la práctica experimental se encuentra receptivo al desarrollo de la misma.
3.3 Experimentos
De acuerdo al protocolo para la realización de un laboratorio, los estudiantes encuentran que
tienen que seguir unos parámetros dados por el laboratorio de física. Por grupos organizados los
estudiantes recogen el material pertinente para la práctica, el cual es ensamblado de acuerdo a las
indicaciones dadas por la docente, seguido empezaran a tomar los datos de acuerdo a lo
programado en la guía de laboratorio propuesta para esta práctica.
Primero, que ellos deben realizar es pesar todos los cuerpos con ayuda de la balanza los
cuerpos serán la masa del carro y las cinco diferentes masas del juego de masas y registrar los
datos.
Segundo, los estudiantes utilizaran el dinamómetro para suspender las cinco masas y la
masa del carro con el fin de que este les arroje el valor de la fuerza neta de cada cuerpo.
Tercero, después de ensamblar el prototipo carro-riel-polea-masa, los estudiantes
colocaran el carro con una masa 𝑚1 que es constante sobre el riel a una distancia 𝑥 que será
constante para todos los lanzamientos, el carro estará sujeto a una cuerda la cual pasara por una
polea, que a su vez estará unida a una masa 𝑚2 la cual varia con cada lanzamiento.
43
Figura 9. Diagrama de cuerpo libre de 𝑚1 𝑦 𝑚2
Cuarto, los estudiantes registran el tiempo desde que el carro es soltado hasta que llega a
la polea, donde se encuentran variables como: la distancia 𝑥 y el tiempo 𝑡, esto para determinar
matemáticamente con ayuda del diagrama de cuerpo libre el valor de la aceleración del sistema,
tal como se aprecia en la figura 9.
3.5 Análisis de resultados
Durante la realización de la práctica experimental se tomaron varios datos como tiempo,
distancia y la variación de la masa colgante. Después de tomar los datos, ellos deberían
determinar los valores cuantitativos de la aceleración experimental y teórica con el fin de
comparar estos resultados y construir el concepto de aceleración.
Para determinar los valores de la aceleración experimental y teórica se partió del siguiente
análisis:
La aceleración experimental parte de las ecuaciones cinemáticas generales para la
aceleración constante en dos dimensiones, en este caso la componente horizontal:
𝑥 = 𝑥0 + 𝑣𝑥𝑡 +1
2𝑎𝑡2
Sabiendo que 𝑥0 𝑦 𝑣𝑥 son cero la ecuación seria:
𝑥 =1
2𝑎𝑡2
44
Reemplazando para obtener la aceleración seria:
𝑎𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 =2𝑥
𝑡2 (1)
En cuanto a la aceleración teórica se parte del diagrama de cuerpo libre de la figura 9:
𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜:
∑ 𝐹𝑥 = 𝑇 − 𝐹𝑅 = 𝑚𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜 𝑎 (2)
∑ 𝐹𝑦 = 𝑁 − 𝑊𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜 = 0 (3)
𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑡𝑒
∑ 𝐹𝑥 = 0 (4)
∑ 𝐹𝑦 = 𝑇 − 𝑊𝑚𝑎𝑠𝑎 = −𝑚𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑎 (5)
Reemplazamos la ecuación (2) en la (5), teniendo en cuenta que la Fuerza de Rozamiento
es despreciable seria:
𝑑𝑒 𝑙𝑎 (2) → 𝑇 = 𝑚𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜 𝑎
𝑑𝑒 𝑙𝑎 (5) → 𝑇 − 𝑊𝑚𝑎𝑠𝑎 = −𝑚𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑎
𝑚𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜 𝑎 − 𝑊𝑚𝑎𝑠𝑎 = −𝑚𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑎
𝑚𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜 𝑎 − 𝑊𝑚𝑎𝑠𝑎 = −𝑚𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑎
𝑚𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜 𝑎 + 𝑚𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑎 = 𝑊𝑚𝑎𝑠𝑎
𝑎(𝑚𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜 + 𝑚𝑚𝑎𝑠𝑎) = 𝑚𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑔
𝑎𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎 =𝑚𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑔
(𝑚𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜 + 𝑚𝑚𝑎𝑠𝑎) (6)
Al determinar y aplicar estas ecuaciones los estudiantes obtuvieron las siguientes tablas:
Tabla 10. Datos experimentales y teóricos de la fuerza del peso de la masa que cuelga
GRUPO 1
Masa que
cuelga
(Kg)
Fuerza
Teórica (N)
W=mg
Fuerza
experimental (N)
Dinamómetro
0,002 0,020 0,050
0,007 0,069 0,100
45
0,012 0,118 0,150
0,017 0,167 0,200
GRUPO 3
Masa que
cuelga
(Kg)
Fuerza
Teórica (N)
W=mg
Fuerza
experimental (N)
Dinamómetro
0,005 0,049 0,050
0,015 0,147 0,150
0,020 0,196 0,200
0,050 0,490 0,100
Tabla 11. Datos experimentales y teóricos de la aceleración del sistema.
GRUPO 1
Masa que
cuelga
(Kg)
Masa del
carro
(Kg)
Distancia
(m)
Tiempo
(s)
Aceleración
experimental
(m/s^2)
Aceleración
teórica
(m/s^2)
0,002
0,085 0,900
2,280 0,346 0,228
0,007 1,220 1,209 0,754
0,012 0,970 1,913 1,225
0,017 0,870 2,378 1,650
GRUPO 3
Masa que
cuelga (Kg)
Masa del
carro (Kg)
Distancia
(m)
Tiempo
(s)
Aceleración
experimental
(m/s^2)
Aceleración
teórica (m/s^2)
0,005
0,079 0,450
1,100 0,760 0,583
0,010 0,780 1,512 1,101
0,015 1,280 0,562 1,564
0,020 0,530 3,275 1,980
Tabla 12. Datos experimentales y teóricos de la fuerza, la masa y la aceleración de carro.
GRUPO 1
Fuerza (N)
Dinamómetro
Masa
(Kg)
Aceleración
(m/s^2)
0,750 0,085 8,824
GRUPO 3
Fuerza (N) Masa
(Kg)
Aceleración
(m/s^2)
1,800 0,184 9,783
Luego de tomar los datos y determinar el valor correspondiente a la fuerza y aceleración teórica
y experimental, se llegan a las siguientes deducciones:
Al analizar los datos de la tabla 1. Relacionados con la medida de la fuerza del peso
experimental y teórica, se encuentra que:
46
𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % = (|𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙|
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜) × 100
𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % = (|0,167 − 0,200|
0,167) × 100
𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % = (0,03
0,167) × 100
𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % = 0,197 × 100 = 19,76%
De esto se deduce que en la toma del valor del peso hay un porcentaje del 20% de error, el cual
se puede ser debido a la precisión de los instrumentos de medida.
La relación entre la masa y la fuerza experimental de la tabla 1. se evidencia que a
medida que aumenta la masa de igual manera aumenta la fuerza relacionada con el peso, tanto la
experimental como la teórica, como lo muestra la gráfica siguiente.
Figura 10. Relación de la masa del carro dinámico en función de la fuerza
De los datos de la tabla 2. la relación entre la masa de los cuerpos y la aceleración tanto
experimental como teórica también es directamente proporcional, pues al aumentar la masa,
aumenta la aceleración, como lo muestra la gráfica siguiente:
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018
FU
ER
ZA
(N
)
MASA (KG)
GRUPO 1
MASA VS FUERZA
Fuerza Teorica fuerza Experimental
47
Figura 11. Relación de la masa colgante en función de la aceleración
Desde que se suelta el carro dinámico hasta que este es detenido se hace un conteo de
tiempo por un determinado intervalo de desplazamiento. La relación que existe entre la masa del
cuerpo colgante y el tiempo que demora en detenerse es inversamente proporcional, es decir a
medida que aumenta la masa colgante el tiempo disminuye.
Pero contrario a la relación del tiempo y la masa, a medida que aumenta la masa, aumenta
también la aceleración, es decir que entre más pesado este el cuerpo 2, hay una variación en la
velocidad produciendo aceleración en el sistema.
En este experimento se podrían determinar cuantitativamente el valor de otras variables como la
fuerza normal generada por la superficie en la que descansa el carro dinámico y la fuerza de
Tensión generada por la cuerda. Pero el objetivo de la práctica es encontrar definir el concepto
de aceleración relacionada con el desplazamiento de un cuerpo en el cual actúan varias fuerzas.
Por esto se le pide al estudiante que realice una gráfica en la que relacione la aceleración en
función del tiempo, de lo cual ellos obtuvieron:
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018
AC
EL
ER
AC
ION
(M
/S~
2)
MASA (KG)
GRUPO 1
MASA VS ACELERACION
A. Experimental A. Teorica
48
Figura 12. Relación de la aceleración del sistema en función del tiempo
La grafica anterior muestra la relación inversa del tiempo con la aceleración del sistema, debido
a la variación de la masa. Esto se debe que a medida que aumenta la masa colgante del sistema el
tiempo en que se demorar en realizar el recorrido es menor.
En esta grafica también podemos apreciar la relación inversa que existe entre la masa colgante y
el tiempo, provocando un aumento en la aceleración.
Figura 13. Relación de la masa colgante en función del tiempo
3.6 Preguntas para reflexionar
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500
AC
EL
ER
AC
ION
(M
/S^
2)
TIEMPO (S)
GRUPO 1
ACELERACION VS TIEMPO
Aceleracion Experimental Aceleracion Teorica
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018
TIE
MP
O (
S)
MASA (KG)
GRUPO1
MASA VS TIEMPO
Series1
49
Después de realizada la práctica experimental se realizan una serie de preguntas cuestionando los
resultados obtenidos con el fin de confrontar los temas aprendidos y construir un nuevo
concepto. Los resultados de las preguntas fueron las siguientes:
Tabla 13. Análisis preguntas para reflexionar experimento Juego de Masas
1. ¿Después de la práctica que entiende por fuerza y aceleración?
Se entiende que la fuerza es la que emite el carro y las masas a la hora de ejercerla uno a otro
La fuerza es el mismo peso y la aceleración es la reacción que tiene un cuerpo por la fuerza.
La fuerza es algo que ejerce la masa de un objeto y la aceleración es el movimiento de un
objeto
Que la fuerza es una cantidad física para realizar un trabajo o movimiento y la aceleración
puede variar por una velocidad de unidad de tiempo.
Que la aceleración es la variación de la velocidad y la fuerza intercambia de movimiento.
La fuerza es el poder o “fuerza” ejercida en un objeto provocando movimiento y velocidad. La
aceleración es equivalente a la fuerza ejercida en un objeto el cual se mueve.
2. ¿A qué crees que se deba que el carro se desplace? ¿Existe alguna fuerza o aceleración? ¿Por
qué?
El carro se desplaza debido a la fuerza que le ejerce las masas mediante la polea
La fuerza de la masa colgante hace que el carro se desplaza.
Gracias a la tensión ejercida por el peso de las masas, la aceleración es la masa de las pesas,
más la fuerza de gravedad.
Se desplaza por la fuerza externa que hace que el carro dinámico tenga aceleración.
Por las fuerzas que generan las masas colgantes y si existe porque no va al mismo ritmo y
además de esto intercambia de movimiento.
Se mueve por la fuerza que ejerce la masa al otro lado de la polea lo cual produce aceleración
en el carrito.
3. ¿Que se analiza acerca de la fuerza en la masa colgante y la masa del carrito? ¿Por qué?
Que cuando la masa del carrito es mayor para ir más rápido se necesita igual o mayor fuerza
emitida por las masas
Entre mayor sea la fuerza de la masa colgante más fácilmente se va a poder mover la masa del
carrito ya que entre más fuerza se tenga mayor será la aceleración.
Que entre mayor masa, más fuerza y más aceleración.
Que a pesar que la masa del carro sea mayor a la masa que cuelga, puede desplazarse
lentamente y entre más masa tenga menos tiempo será el desplazamiento del carro.
La fuerza externa que obra sobre el carrito y su carga, es la tensión o fuerza que ejerce la cuerda
4. ¿Que se analiza acerca de la aceleración en la masa colgante y la masa del carrito? ¿Por qué?
Que la aceleración del carro y de las masas es igual porque el carro se desplaza a la misma
velocidad que las masas
El tiempo que dura el carro al llegar al final.
La fuerza externa que actúa sobre el carro y su masa, se observa que a pesar de que el carro es
más pesado la fuerza de la masa colgante y la fuerza de gravedad lo impulsan.
Que la aceleración varía porque depende de la masa colgante.
Se desprecia la masa de la cuerda, valido porque era mucho menor que las masas en el carro y
la colgante. La cuerda no estira, ni se afloja, se mantiene tensa sin elongarse.
50
5. ¿Qué pasaría con la aceleración y la fuerza, si en vez de variar la masa colgante se varía la masa
del carro, sucederá lo mismo? ¿Por qué?
No se tendrá menos aceleración porque no es lo mismo la fuerza de caída de las masas a la del
carrito que es de desplazamiento
Disminuiría, ya que los pesos cambian de lugar.
No, ya que habrán diferentes aceleraciones dependiendo de la masa
No sucederá lo mismo, ya que si la masa del carro es menor, la masa colgante podrá hacerlo
desplazar con más fuerza y menor tiempo, y si la masa del carro es mayor mas durara su proceso.
No sucedería lo mismo ya que al tener la masa el carro no tendría el mismo movimiento que
cuando las masas colgantes son más y tienen la fuerza para desplazarlo.
6. ¿Cómo crees que variaran los resultados de la experiencia si se hace más larga o más corta la
distancia de desplazamiento? ¿Por qué?
Varían en el tiempo, porque si es más larga dura más tiempo el desplazamiento y si es más
corta es más corto el desplazamiento.
Los resultados variarían en tiempo y aceleración ya que entre mayor o menor distancia, mayor o
menor tiempo igual con la aceleración.
Con la masa se varían
Variarían en el tiempo ya que el carro tendrá que desplazarse más si es más larga y si es más
corta duraría menos tiempo.
Los resultados varían en el tiempo ya que si la cuerda es más corta se demora menos y si es más
larga se demora más.
7. ¿Cómo crees que cambiarían los resultados si en vez de utilizar el carro se utiliza un bloque de
masa? ¿Por qué?
Varia el tiempo y la aceleración porque el bloque de masa es más pesado y no tiene ruedas para
desplazarse
Serían más lentos porque tendrán más masa y menos agilidad
Cambiarían todos los resultados porque puede que este sea más complejo su proceso de
desplazamiento.
La masa se moverá en mayor tiempo porque es más pesada
8. ¿En cuánto varían los resultados experimentales de acuerdo a los datos teóricos?
En nada solo que se desarrollen con diferentes operaciones matemáticas
En mucho ya que nos es precisamente iguales.
Los resultados pueden variar en decimas pero al momento de aproximarlo el resultado no
cambia.
9. ¿Qué pasaría si se realiza el experimento haciendo deslizar el carrito sobre una superficie
rugosa, lisa o acuosa? ¿Cambia en algo los resultados? ¿Por qué?
Rugosa: se hace más lento el recorrido porque el carrito saltaría mucho. Lisa: se hace más
lento porque el carrito deslizaría para todos lados. Acuosa: se hace más rápido porque el recorrido
resbalaría e iría más rápido.
Si porque dependiendo de la superficie puede haber más aceleración que en las otras
Si cambia, ya que si es rugosa el carro se podrá detener con facilidad y posiblemente no
funcionara o sería mucho más lento.
51
La primera pregunta, relacionada con la fuerza y la aceleración los estudiantes responden que la
fuerza se encuentra relacionada con la masa y el movimiento, es decir que la masa es la que
ejerce la fuerza sobre el cuerpo y esta hace que se mueva el mismo, y la aceleración es la
reacción a este movimiento con velocidad que varía en el tiempo. Si nos regimos a la ecuación
𝐹 = 𝑚 ∗ 𝑎 , se podría decir que la fuerza es la relación directamente proporcional con la masa y
la aceleración, es decir que un cuerpo con cierta masa genera cierto movimiento o velocidad que
cambia con el tiempo. Esto lo pudieron evidenciar los estudiantes al colocar una masa de
diferente masa que se encuentra unida a otra y esta la hala provocando que se mueva con una
velocidad que no es constante sino que varía o se hace más rápida con el tiempo.
En la segunda pregunta, se cuestiona que causa que el carro se mueva, si la fuerza o la
aceleración, la mayoría de los estudiantes respondieron que gracias a fuerza que ejerce la masa
colgante y que este movimiento produce que el carro se acelere. Es evidente que el estudiante
llegue a esta conclusión pues al colocar una masa unida por una cuerda al carro este por la fuerza
que él le ejerce hace que se mueva.
En la tercera pregunta, se pide analizar el significado de las dos masas relacionadas con la fuerza,
en la que los estudiantes respondieron con una relación de las dos en conjunto, es decir que entre
más pesado sea el cuerpo de la masa colgante, mas aceleración tendrá y entre menos masa del
cuerpo colgante, menos aceleración. También relacionan la masa colgante con la fuerza, es decir,
entre más pesada sea la masa es porque ejerce más fuerza al carro y viceversa. En esta relación
de las masas también sobresale otra variable que es el tiempo, entre más pesada sea la masa
colgante menos tiempo se demorara su recorrido, contrario a lo que sucedería si la masa colgante
fuera más liviana pues a pesar que esta acelerada demoraría más tiempo en realizar su
movimiento, comparada con una masa colgante de mayor masa.
52
En la cuarta pregunta, se pide analizar el significado de las dos masas relacionadas con la
aceleración, aquí el estudiante también relacionan las dos masas como un conjunto, pues la masa
colgante debido a su peso y la fuerza que ejerce hace que se mueva la masa del carrito, pero estas
dos tienen la misma aceleración.
En la quinta pregunta, se cuestiona si sucedería lo mismo si, en vez de variar la masa colgante se
varía la masa del carro, los estudiantes respondieron que no sucedería lo mismo pues las
cantidades ahora varían, a pesar que la masa colgante sea constante y que se varían las
cantidades de la masa del carro dinámico, y que probablemente se evidencie el mismo
movimiento por la fuerza de la masa colgante, los valores de la fuerza y la aceleración cambian,
es decir no serían los mimos que en el primer experimento. El estudiante hace referencia aquí
solo a la variación de una cantidad numérica, mas no del movimiento, pues sigue afirmando que
por la fuerza de la masa colgante, el carro se va a acelerar, ellos los consideran que más despacio
y que demorara más tiempo en finalizar su movimiento.
En la sexta pregunta, hace referencia a la variable de la cuerda, en cuanto a su longitud, ¿qué
sucedería si fuera más corta o más larga? Los estudiantes respondieron que variaría el tiempo
Y del mismo modo la aceleración, la masa colgante ejercería la misma fuerza pero el tiempo que
demoraría el movimiento del sistema varia, pues si la cuerda es más larga se demoraría mas y si
es más corta se demoraría menos el desplazamiento, y relacionan esta longitud de la cuerda con
la aceleración, ya que si es larga menor aceleración contrario a si es corta pues tendría una mayor
aceleración. Es decir hay una relación directamente proporcional de la longitud de la cuerda con
el tiempo e inversamente proporcional con la aceleración.
En la séptima pregunta, se cuestiona si se cambia el carro dinámico por un bloque de masa, ¿qué
sucedería?, los estudiantes respondieron que la masa colgante ejercería fuerza sobre el bloque de
53
masa, pero este no lograría moverse tan rápido o de la misma forma que el carro dinámico por su
contextura, referida a que el carro tiene ruedas que le ayudan a moverse más fácilmente que el
bloque. A pesar de esto sigue existiendo fuerza ejercida y aceleración, es importante que el
estudiante en esta situación prediga que el sistema tiene las mismas variables que el primer
experimento, es decir no las elimina solo por el hecho de que aparentemente el sistema se
encuentre “quieto” pues sigue existiendo fuerza y aceleración.
En la octava pregunta, se relaciona con la diferencia entre los datos obtenidos experimentalmente
y los teóricos, se llegan a varias situaciones pues, cuando se analizan los datos obtenidos se llega
a un error porcentual bastante alto, pues los datos teóricos no se encuentran cercanos a los
experimentales. Sin embargo, los datos experimentales que obtuvieron los estudiantes evidencian
ciertas variaciones que los llevan a construir un concepto, por ejemplo, al analizar la aceleración
debida a la variación de la masa colgante, se puede analizar de acuerdo a los resultados obtenidos
de la tabla 4, que:
A medida que aumenta la masa colgante, disminuye el tiempo del desplazamiento.
A medida que aumenta la masa colgante, aumenta la velocidad del sistema.
A medida que aumenta la masa colgante, aumenta la aceleración.
Y esta relación cuantitativa que se obtuvo nos ayuda a analizar el movimiento sin que
necesariamente se obtengan los mismos resultados, ya que para esto habría que analizar qué
factores del medio en la toma de datos o variables que no se tuvieron en cuenta, los cuales
intervinieron para que no se obtuvieran los mismos resultados.
La novena pregunta, se encuentra relacionada con el concepto de la “fuerza de fricción”, si bien
es cierto en la mayoría de experimentos y ejemplos a los que se enfrentan a los estudiantes se
hace despreciable la fuerza de rozamiento del experimento, por lo cual ellos no la consideran,
54
pero en esta pregunta se quiere indagar sobre lo que ellos conocen por esta fuerza, si se cambiara
la superficie por donde se está desplazando el carro dinámico y se plantean tres situaciones:
rugosa, lisa y acuosa. Los estudiantes relacionan estas superficies con la variación de la
aceleración, pues ellos afirman que:
Si es rugosa se hace más lento el movimiento, por lo cual menos acelerado.
Si es lisa se hace lento el movimiento porque el carro se movería en muchos sentidos
menos lineal haciéndolo menos acelerado.
Si es acuosa se hace más rápido el desplazamiento y por lo cual mas acelerado.
Teóricamente entre más rugosa la superficie existiera más fuerza de fricción provocando que el
movimiento sea lento y tenga una aceleración mínima, contrario a una superficie lisa en la que el
movimiento sería más rápido y por lo tanto más acelerado.
3.7 Conclusiones
Finalmente después de realizada la práctica experimental, que buscaba definir los conceptos de
fuerza y aceleración y las diferentes variables que se encuentran implícitas en este movimiento
como los son, la masa, el peso, la velocidad, el tiempo, la fuerza de fricción; los estudiantes
llegan a las siguientes conclusiones:
Tabla 14. Conclusiones estudiantes experimento Juego de Masas
Se concluyó que de acuerdo a las medidas de la masa usando la balanza se logró igualar la
fuerza teórica y la experimental logrando el propósito del experimento.
La aceleración y el tiempo varían con la masa y la fuerza que se aplica al objeto.
La aceleración teórica y la experimental fueron las mismas
La aceleración del carro cambio al momento de incrementar la masa.
Se nota que hay una variación notoria en el tiempo teniendo en cuenta que entre más cerca este
el carrito de la polea menor tiempo habrá.
Se encontró una incertidumbre en la masa por los gramos y 5 centímetros, además del tiempo
por una diferencia de 1,6 milésimas de segundo, esto implica que es un experimento bastante inexacto
es difícil llegar a una solución en concreto.
La fuerza, la masa y la aceleración son directamente proporcionales.
Se logró hacer todo lo esperado, dependiendo de la masa colgante puede hallarse la aceleración
y el tiempo del carro.
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Al aumentar el peso de la masa colgante la aceleración del carro se incrementa y más rápido
recorre la distancia.
Si la masa que cuelga es mucho mayor que la masa del carro su desplazamiento será más
rápido.
Un objeto que está en reposo puede moverse por una fuerza exterior.
De acuerdo al experimento realizado se logra obtener el concepto de fuerza y aceleración:
La fuerza es la magnitud que ejerce un movimiento sobre un cuerpo con cierta masa.
La aceleración es el cambio de la velocidad en el tiempo ejercida por una fuerza externa.
Durante el experimento una masa que se encuentra unida a otra y esta se encuentra
suspendida por la fuerza de peso que ejerce la gravedad y que a su vez hala la masa provoca un
movimiento con una velocidad que cambia con el tiempo o aceleración.
Sin importar la cantidad de movimiento o desplazamiento de las masas, las dos se
encuentran sometidas a factores de fuerza y aceleración, ya sea por la masa de los cuerpos, la
longitud de la cuerda o la superficie donde sucede el desplazamiento.
La fuerza tiene una relación directamente proporcional con la masa y la aceleración.
La aceleración tiene una relación inversamente proporcional con el tiempo durante el
movimiento.
El estudiante descubre y aprende a utilizar los elementos físicos necesarios para recrear
un fenómeno físico como la segunda ley de newton, encontrando de la misma forma que el
elemento artesanal estrategias adecuadas para una buena toma de datos.
Se expuso al estudiante en un ambiente totalmente diferente al acostumbrado, en el que se
evidencio curiosidad, inquietud y concentración en la realización de la práctica experimental
para descubrir y confrontar sus hipótesis acerca del fenómeno.
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Actividades con los estudiantes de grado Once
Las practicas experimentales que se realizaron con los estudiantes de grado Once del colegio
Nuevo Reino de Granada, se encuentran relacionadas con las temáticas de energía, conservación
de la energía y viscosidad. Al igual que las dos primeras practicas del grado Decimo se
realizaron con montajes caseros construidos por los mismos estudiantes en el aula de clase y
finalmente la tercera practica se llevó al estudiante a interactuar en un ambiente propicio para la
realización del experimento.
5. Practica 1. Hablemos de energía potencial y energía cinética
“La energía es uno de los conceptos más importantes en la ciencia. Todavía no podemos
dar una definición sencilla, pero precisa, de la energía en unas cuantas palabras. Sin embargo
la energía en diversos tipos específicos se puede definir con mucha sencillez (Douglas C.
Giancoli, cuarta edición, pagina 142)”
“…en términos generales se define como la capacidad de efectuar un trabajo. Es una
propiedad de la materia y se manifiesta en forma indirecta en cambios de rapidez, de masa, de
posición, etc. La energía es la cantidad escalar y si característica más importante es que se
transfiere de una forma a otra pero la cantidad total permanece siempre inalterada: la energía
total se conserva (Hildebrando Leal C., Conceptos básicos de la mecánica, segunda edición,
pagina 154)”
En este caso la temática se encuentra relacionada con dos energías básicas: la Energía Cinética y
la Energía Potencial.
La energía en movimiento se llama energía cinética, la cual se encuentra relacionada con el
principio de Trabajo – Energía, el cual se define como el trabajo efectuado sobre un objeto es
57
igual a su cambio de energía cinética, de acuerdo como lo describe la ecuación de su
movimiento:
La fuerza neta constante F, aplicada sobre un cuerpo de masa m, en la dirección del
desplazamiento d, ejerce un trabajo:
𝑊 = 𝑓𝑑 (1)
La segunda ley de Newton establece que si la fuerza neta aplicada a un cuerpo de masa m es F,
dicho cuerpo se moverá con aceleración a y se cumple la relación:
𝐹 = 𝑚𝑎 (2)
Al reemplazar la ecuación (2) en (1) se obtiene:
𝑊 = 𝑓𝑑 = 𝑚𝑎𝑑 = 𝑚(𝑎𝑑) = 𝑚 (𝑣𝑓
2 − 𝑣𝑖2
2) =
1
2𝑚𝑣𝑓
2 −1
2𝑚𝑣𝑖
2
1
2𝑚𝑣𝑓
2, es la energía cinética final del cuerpo 𝐸𝑐𝑓, y 1
2𝑚𝑣𝑖
2, es la energía cinética inicial de
cuerpo 𝐸𝑐𝑖. Por lo tanto: 𝑊 = 𝐸𝑐𝑓 − 𝐸𝑐𝑖. El trabajo hecho por la fuerza resultante que actúa
sobre un cuerpo es igual al cambio de su energía cinética.
La energía potencial, es la energía que se almacena por la interacción de dos o más objetos
materiales relacionados con la posición o configuración de un cuerpo o cuerpos y su entorno. En
muchas situaciones el trabajo que se hace sobre uno a más cuerpos del sistema, parece que se
almacena en el sistema en forma de energía que puede ser recuperada después.
De esta energía se deriva la energía potencial gravitatoria, el cual se define como el trabajo
mínimo requerido para llevar a un cuerpo desde la superficie de la tierra hasta una altura h, es
igual a la fuerza que se le debe aplicar, cuya magnitud debe ser igual al peso del cuerpo mg,
multiplicada por la altura h, es decir: 𝑊 = 𝑚𝑔ℎ, si se define la energía potencial de un cuerpo
como cero cuando se encuentra sobre la superficie de la tierra, dicho trabajo es almacenado en el
58
sistema cuerpo – Tierra en forma de energía potencial, 𝐸𝑝, por lo tanto: 𝐸𝑝 = 𝑚𝑔ℎ, el trabajo
que se hizo para llevar el cuerpo desde una altura ℎ1 hasta una altura ℎ2, es igual al cambio de la
energía potencial del cuerpo, es decir: ∆𝐸𝑝 = 𝑚𝑔(ℎ2 − ℎ1).
El trabajo que hace la gravedad sobre un cuerpo cuando este se mueve desde una altura ℎ1 hasta
una altura ℎ2 es: 𝑊 = 𝐸𝑝1 − 𝐸𝑝2 = 𝑚𝑔ℎ1 − 𝑚𝑔ℎ2 = −∆𝐸𝑝
Si solamente hay fuerzas conservativas, es decir, para las cuales el trabajo efectuado no depende
de la trayectoria recorrida, sino tan solo de las posiciones final e inicial que actúan sobre el
sistema, llegamos a la relación particularmente sencilla de lo que se conocen como energía
mecánica, la cual se refiere a la suma de todas las energías conservativas en este caso la
potencial y la cinética, tal como: 𝐸𝑚 = ∑ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑡𝑒𝑚𝑎 = 𝐸𝑝 + 𝐸𝑐 + ⋯
4.1 Descripción de la actividad
Para la primera práctica experimental para los estudiantes de grado Once se van a estudiar y
reproducir la temática de la energía mecánica de un sistema propuesto, además de las energías
implícitas en el sistema expuesto. Para empezar analizar la temática de energía potencial y
cinética, y sabiendo que el estudiante previamente se le han dado pautas temáticas relacionadas
con el tema además de las ideas previas, se propuso un sencillo experimento, el cual consta de
tener dos pelotas de diferente tamaño, en este caso se tenían una pelota de baloncesto y una
pelota de tenis, el objetivo de la práctica era colocar la pelota pequeña sobre la grande y dejarlas
caer con el fin de analizar el recorrido de cada una de las pelotas en función de las energías
cinética y potencial del sistema. Como el objetivo es analizar las energías del sistema se le pide a
los estudiantes que desarrollen este experimento dejando caer el sistema pelota pequeña –
grande, a 5 diferentes alturas y describan lo sucedido durante cada prueba y así analizar si se
encuentra una variación en el cambio de altura propuesto.
59
4.2 Hipótesis
Después de explicar lo que se iba a realizar en la práctica experimental, los estudiantes obtienen
las siguientes hipótesis del experimento a realizar:
Tabla 15. Hipótesis estudiantes experimento Energía potencial y cinética
La pelota grande al momento de caer, crea una energía elástica hacia la pequeña que la hace
resbalar
Las dos pelotas rebotan una más fuerte que la otra, llegando una más alto y más veloz a cierta
altura esta podría ser la de tenis
La pelota de basquetbol siempre caerá primero y con demasiado impulso, más que con la de
tenis
Según las alturas que tiene los balones se obtendrá mayor energía potencial y menos energía
cinética
La pelota rebotara con el contacto del piso a distancias dependiendo la altura en la que lo
dejemos caer
Probablemente al dejar caer las dos pelotas la de baloncesto llegue al piso antes debido a que su
peso es mayor, también puede que la pelota de tenis rebote hasta una altura superior a aquella desde la
que fue lanzada cuando lo hace rebotando sobre la de baloncesto
Se puede analizar que a pesar que el estudiante tenga una temática previa relacionada con las
energías, en la hipótesis analiza lo que sucederá a nivel descriptivo y no a nivel físico
relacionando la energía potencial y cinética presentes en el sistema.
Sin embargo el estudiante considera que al dejar caer el sistema de las dos pelotas pequeña –
grande, al tocar el suelo rebotaran las pelotas y una por acción de la otra rebotara más alto,
encontrando una variación de energía potencial y cinética.
El estudiante relaciona la caída de las dos pelotas con el peso, es decir refiere que a pesar que
están unidas las dos pelotas caerá primero la que tiene mayor peso, que en este caso será la de
baloncesto. Además entiende que si cae primero la que tiene mayor peso, caerá más rápido y con
mayor impulso de que la pelota pequeña o de menor peso.
Se evidencia que el estudiante analiza el movimiento y la energía cambiante de la pelota pequeña
de tenis, dejando de lado las energías presentes en la pelota grande de baloncesto, puesto que
como se sabe teóricamente las energías del sistema son conservativas es decir cada una de las
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pelotas experimenta tanto energía potencial como cinética. Sin embargo el estudiante predice que
la pelota pequeña al momento de llegar al suelo y rebotar será esta la que llegue a una altura
mayor que la de baloncesto.
4.3 Experimentos
Figura 14. Montaje experimental de dos pelotas para analizar las energías del sistema
Los estudiantes cuentan con un sistema experimental únicamente de dos elementos cotidianos
como lo son dos pelotas, una de baloncesto y una de tenis, para analizar la energía mecánica del
sistema a diferentes alturas. Para este primer experimento, no se tomaran datos, será una práctica
cualitativa en la que se busca que el estudiante observe que sucede al liberar dos pelotas juntas a
cinco diferentes alturas con el fin de analizar la reacción de las dos pelotas después de tocar el
suelo y como serian la energía potencial y cinética del sistema.
Para realizar un análisis cualitativo se le pide al estudiante que dibuje lo obtenido y especifique
en el dibujo como y donde están las energías potencial y cinética, al momento de liberar las dos
pelotas y después que las pelotas tocan el suelo.
4.4 Análisis de resultados
Después de realizada la práctica experimental y de liberar el sistema de las dos pelotas a cinco
diferentes alturas, se obtienen los siguientes resultados:
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Figura 15. Análisis cualitativo de la práctica experimental
Para analizar esta práctica, se debe comprender que sucedió en cada momento por esto se pide a
los estudiantes que analicen cada parte del movimiento:
Primero, cuando las pelotas están a una cierta altura antes de soltarse,
Segundo, cuando las dos pelotas están cayendo y tocan el suelo
Tercero, cuando las pelotas tocan el suelo.
Como vemos en la figura cuando las dos pelotas no se han soltado, tienen cierta cantidad de
energía potencial y energía cinética cero. Cuando las dos pelotas están cayendo las dos pelotas
está disminuyendo su energía potencial y aumentando su energía cinética. Cuando las pelotas
tocan el suelo nuevamente se hace cero la energía cinética y hay cierta energía potencial. Pero
después que las pelotas tocan el suelo, la pelota de baloncesto rebota con el suelo para poder
ascender nuevamente pero al chocar con la pelota de tenis le transmite la energía a la pelota de
tenis, provocando que la pelota de baloncesto tenga una mínima cantidad de energía potencial y
cinética. La restante energía del sistema la toma la pelota de tenis encontrando que al chocar con
la pelota de baloncesto disminuye su energía potencial casi a cero y aumentando la energía
cinética al rebotar mucho más alto que a la altura a la que fue lanzada inicialmente. Como se
62
sabe teóricamente la energía del sistema de este experimento que se tiene al comienzo debería
ser la misma al final del mismo.
A continuación veremos los dibujos que realizaron los estudiantes después de realizada la
práctica, en la que se analiza cómo y dónde ven ellos las energías del sistema.
Grupo 1.
Grupo 2.
Grupo 3.
63
Grupo 4.
Figura 16. Resultados de los estudiantes practica 1. Energía potencial y energía cinética
Los estudiantes realizan el siguiente análisis de lo obtenido de la práctica experimental:
Este fenómeno se explica apelando a la conservación de momento y energía mecánica.
La energía cinética de la pelota de basquetbol se transfiere a la pelota de tenis, mientras que
dejamos caer la pelota simplemente presenta un tipo de energía “energía potencial” por estar a
una cierta altura que se transfiere a en energía cinética al rebotar contra el suelo. La pelota
grande colisiona contra el suelo, rebota y golpea a la pequeña cediendo parte de su energía
cinética. Esta energía adicional es muy grande comparada con la energía que posee la pelota
pequeña.
Se analizó y se dio a entender que a medida que más alto dejemos caer la pelota, caerá
con más fuerza y saltaría o rebotaría a una distancia más alta, y que la pelota de tenis por el
material, su peso y su tamaño rebotara más alto que el balón de baloncesto.
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Después de desarrollar el experimento, se obtienen los siguientes análisis de las gráficas
realizadas por los estudiantes:
Grupo 1. Los estudiantes grafican el movimiento de las dos pelotas, en el que no se
describen las energía aplicadas en el proceso, en cambio pero se evidencia una descripción del
movimiento cualificando la velocidad y el peso de cada una de las pelotas desde el momento en
que se suelta la pelota, va cayendo y rebota, es decir la pelota más pesada en este caso la de
baloncesto cae primero, que también sumen que es la más rápida. Luego de la caída de las dos
pelotas es estudiante refiere que entre menos altura la pelota de tenis rebota con mayor rapidez,
pero con poca altura. En este caso el estudiante no refiere cuando se lanzan las dos pelotas desde
una altura mayor a la que describe, para tener un punto de referencia y poder afirmar que entre
menos altura, la pelota pequeña rebotara más, este análisis lo veremos más adelante en las
preguntas para reflexionar.
Grupo 2. Los estudiantes grafican el movimiento en dos formas, la primera una
descripción de las energías de cada una de las pelotas desde el momento de la caída hasta el
rebote, en ellas se refiere que tanto la pelota de baloncesto como la de tenis, antes de caer tienen
energía potencial y al momento de caer y tocar el suelo tienen energía cinética. La segunda
descripción la realiza cuando las dos pelotas caen juntas, aunque en este caso establece que las
dos pelotas tienen las mismas energías que las nombradas anteriormente, afirma que las energías
tanto potencial y cinética al momento de la caída hay una mayor que la otra, y para el momento
del rebote la masa menor depende de la masa mayor, como si se la pelota grande le transfiriera
tanto la energía cinética como la potencial a la pelota pequeña, para que esta tenga una mayor
altura después del rebote.
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Grupo 3. Los estudiantes grafican el lugar donde se encuentra ubicada la energía
potencial desde el momento en que se sueltan las dos pelotas, a medida que va cayendo va
perdiendo energía potencial que se va convirtiendo en energía cinética hasta que toca el suelo. Al
rebotar la pelota de baloncesto queda con energía potencial mínima y la pelota de tenis adquiere
nuevamente energía cinética al rebotar a una altura mayor que la pelota de baloncesto. En este
caso el estudiante no enfatiza como en los grupos anteriores las variables de la velocidad y la
masa.
Grupo 4. Los estudiantes realizan un análisis del movimiento utilizando planteamiento de
las ecuaciones de movimiento. En momento en que las dos pelotas se encuentran en una cierta
altura antes de soltarse, las dos pelotas tienen energía potencial ya que tienen masa, actúa la
fuerza de gravedad y se encuentran a una cierta altura, mientras que carecen de energía cinética
porque se están moviendo y no hay velocidad. Cuando las dos pelotas van cayendo tienen las dos
energías, aquí los estudiantes no especifican cuantitativamente cual energía es mayor, solamente
afirman que se encuentran presentes las energías por el hecho de tener todos los datos, es decir,
hay energía potencial porque hay altura, masa y gravedad, y hay energía cinética porque hay
velocidad y masa. Al momento de tocar el suelo las dos pelotas el estudiante afirma que no hay
energía potencial porque no hay altura pero en cambio sí tiene energía cinética, en este caso los
estudiantes afirman que no hay altura, pero si a ahí ya que la pelota de baloncesto tiene un rebote
mínimo y no se está moviendo. Este grupo no grafica lo sucedido después de tocar el suelo las
dos pelotas cuando sucede el rebote.
4.5 Preguntas para reflexionar
Después de desarrollar este experimento se realizan una serie de preguntas relacionadas con la
realización del mismo, con el fin de enfrentar las teorías y conocimientos adquiridos por los
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estudiantes, cambiando ciertas variables en el experimento como la altura, la masa de las pelotas,
etc. Por lo cual se obtuvo:
Tabla 16. Análisis preguntas para reflexionar experimento Energía potencial y cinética
1. Cuenta con tus palabras lo que sucedió durante el experimento
Descubrimos que la altura con las cual sean disparadas las pelotas es proporcional a la altura
desde la cual la pelota de tenis se eleva, es decir, entre más altura más se eleva la de tenis.
Lo que sucedió fue que al momento de soltar las pelotas, siempre la de basquetbol no rebotaba
tanto como debería, mientras que la de tenis entre más altura esta rebotara mucho más.
La pelota de básquet no tiene el mismo rebote normal, sino que impulsa a la pequeña.
Al soltar las dos pelotas bajaron al mismo tiempo más no a la misma velocidad. La más grande
es decir la de basquetbol toco primero el piso pero no rebota, se queda quieta, y la pequeña reboto en
la grande y se elevó mucho más, cayó a unos metros de distancia, la pelota pequeña volvió a la altura
original.
Al caer la pelota de basquetbol, la de tenis reboto y salió volando hacia arriba.
Observamos que entre más altura tuvieran los balones al tener el choque con el piso se
despegaban con menos rapidez pero se separaban más, y que al tener una menor altura la velocidad
aumentaba y los balones se separaban menos
2. ¿Porque crees que la pelota de basquetbol no regreso a la altura original?
Porque transfiere la energía a la pelota de tenis
No regresa a la altura original porque al momento de tocar el piso la energía obtenida de la
pelota de basquetbol es transferida a la pelota de tenis haciéndola rebotar más.
Porque la pelota pequeña crea una energía elástica que hace que la de básquet se devuelva y
esta al contrario toma más impulso
La pelota de tenis absorbió la energía de la de basquetbol y por eso esta perdió su altura y su
movimiento.
Por el peso que ejerce la pelota de tenis sobre la pelota de basquetbol.
Porque tenía un peso encima el cual generaba más masa. Por la gravedad
3. ¿Qué le sucedió a la pelota de tenis después del choque? ¿Porque?
Al llegar al piso la pelota de tenis sale disparada porque se transfirió la energía y como la masa
de la pelota de tenis es menor se incrementa la energía
Al momento del choque la pelota de tenis obtiene la energía de la pelota de basquetbol
haciéndola rebotar más.
La pelota de tenis lleva la misma energía potencial y energía cinética que la grande pero al
momento de caer el rebote de la grande gracias a su masa hace que se incremente mucho la energía de
la pelota de tenis y de un rebote anormal.
La pelota alcanza el doble de la altura inicial porque esta absorbió la energía del balón más
grande.
Al chocar la pelota de tenis rebota sobre el balón y alcanza una gran altura
Cambiaron los resultados dependiendo de la altura, ya que entre menos altura el choque genero
menos velocidad y entre más altura hubo más velocidad al momento del impacto contra el piso.
4. Si se realiza el mismo experimento pero con pelotas de otros materiales ¿qué sucedería?, ¿Qué
materiales?, ¿Porque?
Realizamos el experimento con una pelota de goma, con la de tenis y ocurrió lo mismo
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Se podría hacer el mismo experimento con una pelota de pingpong, plástico, etc., y se
produciría el mismo resultado
Con el material de plástico en vez de la pelota de tenis, no tuvo la misma altura al rebotar.
Con materiales como vidrio, madera o acrílico, no pasaría lo mismo, porque no tendría energía
elástica como el caucho que son de plástico.
La otra pelota no alcanzaría la misma altura que la pelota de tenis, ya que esta pelota es un poco
más grande, esta pelota es de plástico.
Con otros materiales diferentes del plástico o caucho, al momento que sucede el impacto las
pelotas no van a rebotar porque no son de goma.
5. ¿Qué sucedería si se intercambian las pelotas, es decir la pelota de tenis se encuentra abajo y la
de basquetbol arriba?, ¿Porque?
Cuando se intercambiaron no rebotan las pelotas porque la masa de la de básquet es mayor que
la de tenis y la “aplasto”.
No pasa nada ya que la pelota debe ser la más grande abajo para que se cumpla la ley de
conservación de la energía.
La pelota de tenis solo recibe a la grande, pero no la impulsa hacia arriba con la misma energía
porque no tiene la misma masa para impulsarla.
Ninguna de las dos reboto porque la energía de la pelota pequeña es menor la de la grande por
eso cuando esta la absorbe no es suficiente para que se eleve de nuevo.
La pelota de tenis se queda quieta y la de basquetbol cae sin elevarse ya que la pelota de tenis
amortigua la caída del balón.
Ya que el balón que está encima tiene mayor masa que el de abajo no se separan ni rebotan,
solo le cae encima.
6. ¿Cuál es la diferencia entre cada una de las cinco alturas a las que dejaste caer las pelotas?,
¿Porque?
Entre mayor sea la altura, más energía se transfiere y la pelota de tenis se eleva más.
Es difícil explicar esto, sin embargo lo que observamos fue que entre más altura, son lanzadas
más alto rebota la pelota de tenis.
Entre cada altura la diferencia está en que si es más alta, la energía será mayor y el rebote
impulsara más alta a la pequeña, porque se supone que el rebote entre más alto es mayor y su energía
cinética, potencial y elástica.
La altura, porque cada vez que dejan caer, la pelota pequeña se eleva mucho más como tanto la
inicial y la final.
Al cambiar la altura cambia la velocidad y la fuerza.
Varían las energías, entre más altura menos energía cinética y entre menos altura menos energía
potencial.
Como ya se había mencionado anteriormente esta práctica experimental no tiene un desarrollo
cuantitativo ya que no se obtienen datos de la experiencia, sino cualitativo, por lo cual se
analizaran los conceptos previos y las construcciones de los mismos para que el estudiante pueda
realizar las conclusiones a la pregunta realizada.
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En la primera pregunta se le pide al estudiante que realice una descripción de la práctica
experimental, en esta se busca un análisis de energías por parte del estudiante, sin embargo, se
encuentra una descripción de lo obtenido visualmente, mas no físicamente, ya que el estudiante
describe el movimiento que se obtiene de las dos pelotas, es decir, al dejar soltar las dos pelotas
cae con mayor velocidad la que tiene mayor peso, al llegar al piso la pelota de basquetbol rebota
a una altura mínima, pero la pelota de tenis si lo hace a una altura mayor que la de básquet.
Algunos estudiantes describen esta altura final obtenida por la pelota de tenis como una relación
proporcional entre la altura a la que son lanzadas, entre más alta sea lanzado el sistema de
pelotas, más alto rebotara la pelota de tenis.
Sin embargo al realizar la segunda pregunta relacionada con las alturas obtenidas por las pelotas,
se encuentran racionamientos más concretos, es decir, el estudiante responde que la pelota de
basquetbol no reboto hasta su altura inicial, porque en el momento en que toco el piso, le
transfirió la energía que tenía a la pelota de tenis, haciendo que esta rebotara más alto. Algunos
de los estudiantes hablan incluso de “energía elástica” por parte de la pelota de basquetbol, la
cual actuaba como un medio para que la pelota de tenis rebotara mas alto. Pero a pesar que el
estudiante habla de transferencia de energías no clarifica sobre cual energía concretamente está
actuando sobre las dos pelotas.
En la tercera pregunta, se cuestiona lo sucedido ahora con la pelota de tenis, y es interesante ver
que hablan que la trasferencia de la energía, es causada por la masa de la pelota de tenis, es decir
las dos pelotas al momento de caer tienen la misma energía potencial y cinética, porque se
encuentran como un solo sistema, pero al chocar contra el piso, la energía no se pierde ya que la
pelota de basquetbol al ser más pesada no puede rebotar muy alto y le transfiere esa energía a la
pelota de tenis y está por ser más liviana, absorbe la energía transferida, entonces entre menos
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masa más energía. Si realizamos un análisis físico de la energía mecánica que se encuentra en
este experimento se obtiene:
𝐸𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝐸𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
(𝑚𝑡𝑒𝑛𝑖𝑠𝑔ℎ𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 +1
2𝑚𝑡𝑒𝑛𝑖𝑠𝑣2
𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙) + (𝑚𝑏𝑎𝑠𝑞𝑢𝑒𝑡𝑔ℎ𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 +1
2𝑚𝑏𝑎𝑠𝑞𝑢𝑒𝑡𝑣2
𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙) =
(𝑚𝑡𝑒𝑛𝑖𝑠𝑔ℎ𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 +1
2𝑚𝑡𝑒𝑛𝑖𝑠𝑣2
𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙) + (𝑚𝑏𝑎𝑠𝑞𝑢𝑒𝑡𝑔ℎ𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 +1
2𝑚𝑏𝑎𝑠𝑞𝑢𝑒𝑡𝑣2
𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙) (1)
(𝑚𝑡𝑒𝑛𝑖𝑠 [𝑔ℎ𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 0 +1
2𝑣2
𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 0]) + (𝑚𝑏𝑎𝑠𝑞𝑢𝑒𝑡 [𝑔ℎ𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 0 +1
2𝑣2
𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 0]) =
(𝑚𝑡𝑒𝑛𝑖𝑠 [𝑔ℎ𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 1 +1
2𝑣2
𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 1]) + (𝑚𝑏𝑎𝑠𝑞𝑢𝑒𝑡 [𝑔ℎ𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 2 +1
2𝑣2
𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 2]) (2)
𝐸𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = (𝑚𝑡𝑒𝑛𝑖𝑠 [ℎ𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 1 +1
2𝑣2
𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 1]) + (𝑚𝑏𝑎𝑠𝑞𝑢𝑒𝑡 [ℎ𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 2 +1
2𝑣2
𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 2]) (3)
De los cual se explica:
Las masas de las pelotas siempre permanecen constantes, desde la caída hasta el rebote.
La altura y velocidad inicial son las mismas para las dos pelotas al momento de soltarlas,
es decir que las dos tienen la misma energía potencial y cinética.
Al momento de tocar el piso cambia tanto la altura como la velocidad de las dos pelotas.
Al inicio la pelota de básquet tiene una energía potencial y cinética proporcional a su
peso, y en este sentido mayor que la pelota de tenis. Al tocar el piso no hay energía cinética por
tener velocidad cero, y hay una mínima de energía potencial por tener mínima altura para las dos
pelotas, al rebotar la velocidad final es ahora inicial donde la pelota de básquet es mínima, pero
para la pelota de tenis es máxima, por lo cual la pelota de tenis adquiere una energía cinética
suficiente para rebotar hasta cierta altura logrando una energía potencial. Como la energía no se
destruye, se analiza que las energías tanto cinética como potencial, de la pelota de básquet, son
transferidas a la pelota de tenis.
70
En la cuarta pregunta se cuestiona el hecho del cambio de materiales de las pelotas y que
sucedería, la mayoría de los estudiantes llego a la conclusión que los únicos materiales con los
que se podría recrear el mismo experimento serian pelotas de caucho o plástico, que tuvieran la
suficiente elasticidad para lograr un buen rebote, caso contrario si se utilizaran materiales como
de vidrio o de madera.
Sin embargo se pregunta al estudiante, ¿estos materiales también tendrían energías?, en lo que
ellos contestaron “solo tendrían energía potencial antes de caer y energía cinética mientras caen
hasta llegar al suelo, y como no son materiales elásticos quedarían quietos en el suelo” y a
¿dónde se va la energía que tenían? “la energía no se va se queda dentro de las pelotas, la
energía se transfiere al piso…”, importante analizar esto pues el estudiante sabe que la energía
no se destruye, sino que se transforma. Aunque este experimento trata de analizar las energías
potenciales y cinéticas, se hace evidente que el estudiante sabe que hay una energía elástica
implícita por la acción de los materiales de las pelotas, sin embargo no se estudiara esta energía.
Se han hecho análisis cuando la pelota de tenis que es la más liviana esta encima de la de
baloncesto que es la más pesada, pero ¿Qué sucede cuando se arrojan las dos pelotas al
contrario? Al invertir el sentido de las pelotas el estudiante concluye que no sucede lo mismo que
al principio, pues las masas de las pelotas intervienen, como la pelota de tenis es la que se
encuentra abajo no tiene la suficiente masa para lograr que la pelota de baloncesto rebote sobre
ella, entonces en el sistema de las dos pelotas no hay transferencia de energía de una pelota a
otra. A pesar de esto un grupo de estudiantes cree que el sistema aún tiene energías, pero estas
son más pequeñas que las del primer experimento. Al momento de caer las dos pelotas tienen
cierta energía que en este caso no es igual a la anterior, pues la altura de la pelota de tenis y la de
baloncesto esta invertida, a pesar de esto allí hay energía potencial, cuando el sistema va
71
descendiendo, el sistema tiene mayor energía cinética y menor energía potencial, al llegar al
suelo el sistema queda con mínima energía potencial y cinética, ¿hay conservación de energía?,
claro que sí, a pesar que la energía que vimos al principio del este experimento es mayor cuando
esta elevado que cuando está en el suelo, el sistema conserva la energía, en este caso la pelota
que más energía tiene es la de baloncesto debido a que tiene más masa, como la pelota de tenis es
pequeña y con una energía pequeña debido a su masa, no tiene la capacidad de lograr que la
pelota de básquet rebote sobre ella, por lo cual se asume que la energía del sistema fue
transferida y cedida al suelo, encontrando que la misma energía inicial es igual a la final.
En la sexta pregunta se cuestiona al estudiante sobre la variación de la energía potencial y
cinética, al variar las alturas. El estudiante responde que cambia su velocidad e impulso al caer,
pues a mayor altura mayor energía potencial, y a mayor velocidad mayor energía cinética. Al
comprobar la pregunta el estudiante evidencia una relación proporcional entre la altura de
lanzamiento y la altura final obtenida por las pelotas, es decir que al ir aumentando la altura, se
observa que la pelota de básquet aumenta su altura de rebote y del mismo modo hace que la
pelota de tenis se eleve mucho más, entonces al aumentar la altura aumenta del mismo modo las
energías del sistema.
4.6 Conclusiones
Después de realizada la práctica y cuestionar al estudiante sobre el desarrollo de la misma, se
encuentran las siguientes conclusiones por parte de ellos:
Tabla 17. Conclusiones estudiantes experimento Energía potencial y cinética
La pelota de baloncesto alcanza una altura de rebote menor que cuando la dejamos caer sola.
Sin embargo, la pelota de tenis sale disparada y alcanza una altura superior lo que prueba que la
pelota de baloncesto transfiere parte de su energía a la de tenis. La pelota de baloncesto colisiona
contra el suelo, rebota y golpea a la de tenis cediendo parte de su energía cinética. Esta energía
adicional es muy grande comparada con la que posee la pelota de tenis.
Cada objeto reacciona muy distinta en la acción que lo usemos, debido a sus características y la
altura en que lo usemos como en este experimento, en cada vez que cambiábamos de altura, el objeto
cambiaba de dirección.
72
Se concluye que la energía del balón más grande fue absorbida por el balón pequeño y luego
este reboto en el suelo mientras que el otro no lo hizo.
Al lanzar las pelotas se ejerce una fuerza y esta hace que haya energía potencial y cinética.
No siempre se obtiene la misma reacción ya que es inversamente proporcional ya que a mayor
altura, mayor fuerza de la pelota que tenga menor masa.
Ya que la energía es la capacidad que tiene los cuerpos para realizar un trabajo, los balones
durante su recorrido no se separaron mucho lo que género que al tener el choque contra el piso entre
más alto estaba menos hacia rebote, por lo tanto entre menos altura más rebote tenían.
Con el desarrollo de este experimento se quería dar a entender que la energía es una magnitud
presente en cada una de las actividades que realicemos en el día a día, desde caminar, correr,
desarrollar alguna actividad física incluso comer, es mostrar al estudiante que la energía no es
una cantidad inmensa que solo se evidencia en ejemplos como la electricidad o en explosiones y
que podemos cualificar y cuantificar la energías que intervienen en cada fenómeno de la vida.
Al analizar las hipótesis del experimento, el estudiante realiza una mera descripción de los que
cree que sucederá, en el que se encuentran conceptos físicos como tiempo de caída, velocidad y
masa. Después de realizada la práctica experimental, el estudiante entiende el desarrollo y el
resultado de la práctica tiene una explicación teórica relacionada con el concepto de energía y
conservación de la misma, por esto esté concluye con conceptos como trasferencia de energía,
conservación de energía, altura, masa y velocidad relacionada con energía cinética, potencial y
elástica. Entonces encontramos que la realización de la práctica experimental ayuda a confrontar
y construir conceptos útiles para encontrar la explicación a un fenómeno.
Entonces encontramos conclusiones como:
Al soltar las pelotas, la fuerza gravitacional hace que caiga al suelo, donde el balón de
basquetbol rebota, pero a una altura muy pequeña, pues su energía potencial gravitacional se
transforma casi integralmente en energía cinética que transfiere a la pelota de tenis, lo cual
permite a esta alcanzar una gran altura.
73
El estudiante encuentra que al lanzar cada una de las pelotas por separado tienen cierta
energía potencial y cinética, y al momento de tocar el suelo tienen la capacidad de rebotar alto,
caso contrario que si encontraran en un sistema las dos pues la pelota de basquetbol cede su
energía a la de tenis para que ella rebote alto.
O la conclusión más clara: “La pelota de baloncesto alcanza una altura de rebote menor
que cuando la dejamos caer sola. Sin embargo, la pelota de tenis sale disparada y alcanza una
altura superior lo que prueba que la pelota de baloncesto transfiere parte de su energía a la de
tenis. La pelota de baloncesto colisiona contra el suelo, rebota y golpea a la de tenis cediendo
parte de su energía cinética. Esta energía adicional es muy grande comparada con la que posee
la pelota de tenis.”
6. Practica 2. ¿Cómo determinamos la conservación de la energía?
La segunda práctica experimental realizada con los estudiantes de grado once, se encuentra
relacionada con la temática del experimento anterior sobre energía. En este caso se realizara un
análisis cuantitativo de la conservación de la energía, en donde el estudiante tendrá que
ensamblar un montaje que se ha condicionado en el que se pone en práctica los términos
conocidos como energía potencial y cinética para definir la energía mecánica.
5.1 Descripción de la actividad
Al igual que en las practicas anteriores se entrega al estudiante una guía de laboratorio la cual
explica el objetivo de la práctica, para este experimento como se van a analizar cambios
cuantitativos de energía, los estudiantes deben traer ciertos materiales sencillos que se pueden
encontrar en casa, como lo son un tubo de PVC cortado en la mitad, una base de madera para el
tubo, canicas o esferas metálicas, transportador, metro y cronometro.
74
El objetivo principal es recrear una situación en el que una esfera o canica de masa m se deja
caer desde el punto A, a una altura h1 por un tobogán recto que en este caso será el tubo de PVC,
finalizado el tobogán en el punto B, la esfera caerá desde una altura h2, con un alcance x,
describiendo un movimiento parabólico, como lo muestra la figura 16. Por lo cual se quiere
analizar los cambios de energía potencial y cinética de todo el recorrido. Este tipo de
experimentos se aprecian en la vida real en los juegos de diversiones como la montaña rusa o
toboganes, en los que hay una variación de alturas y velocidades, como del mismo modo de
energía cinética y potencial para finalmente estudiar la conservación de la energía mecánica del
sistema.
El estudiante colocara el tubo de PVC sobre una mesa a una cierta inclinación medida por el
transportador, esta medida del ángulo no se encuentra implícita en los cálculos matemáticos, ya
que solo habría una variación de la altura inicial h1, al dejar soltar la esfera o canica desde el
punto A, se cronometra el tiempo hasta el punto B, del mismo modo y al mismo tiempo se
cronometra el tiempo del punto B al punto C. Al analizar este movimiento vemos que se
encuentra dividido en dos momentos unos desde el punto A al B y otro desde el punto B al C,
entre más datos se tengan del experimento mejor será la precisión de los resultados cuantitativos
de las energías cinéticas y potenciales del sistema.
5.2 Hipótesis
Antes de iniciar la práctica experimental se pide al estudiante realizar una hipótesis de lo que
creen que sucederá, de acuerdo a los conceptos ya adquiridos y la previa lectura de la guía de
laboratorio para esta práctica, de la cual se obtienen los siguientes resultados:
Tabla 18. Hipótesis estudiantes experimento Conservación de la Energía
Entre más alto se lance la canica, mayor será la distancia a la que se caiga.
Se cree que el peso influye en la velocidad de la canica durante la trayectoria del punto A al C.
Según la inclinación que tiene el soporte para rodar la canica, entre más altura la canica va a
coger más distancia y entre menos altura la canica llegara a menos distancia.
75
La canica se va a deslizar por el tubo y entre menos altura tenga del piso más rápido va a caer,
aunque si la inclinación del ángulo es más cerrado, así este en una altura mayor mas rápido va a caer.
Al realizar el experimento creemos que a medida que variemos la altura de la posición del tubo,
serán diferentes las distancias que recorrerá la esfera.
Probablemente al realizar el experimento, a medida que variemos la altura de la canica, las
distancias serán diferentes, como por ejemplo si la altura es menor, el tiempo será menor ya que la
velocidad es mayor.
De acuerdo a las hipótesis obtenidas se puede analizar que:
El estudiante considera el experimento como el movimiento de una canica, que se
desplaza por un tubo y cae a una cierta distancia del piso.
La variación de las distancias de caída del suelo dependen del ángulo de inclinación que
se coloque el tubo, ya que el estudiante cree que entre más inclinado la canica llegara más lejos y
entre menos inclinado la canica llegara a menos distancia.
Algunos estudiantes creen que la influencia de la velocidad de la caída dependa del peso
de la canica o esfera y del tiempo que esta se demore en realizar el recorrido.
A pesar que al estudiante tiene construidos unos conceptos de acuerdo al experimento realizado
anteriormente, no se evidencia un análisis del concepto de energía del sistema, aunque si de las
variables implícitas en los cambios de energía potencial y cinética, como la masa, la altura, el
tiempo y la velocidad.
5.3 EXPERIMENTOS
Figura 17. Montaje experimental conservación de la energía
76
Los estudiantes ensamblan el montaje experimental, con materiales solicitados previamente. En
una base de madera pegan el tubo de PVC para que tenga mayor firmeza, este tubo se encuentra
a una cierta altura del suelo sobre una mesa del aula, para ayudar a logra una inclinación fija y
sostenible para cada toma de datos, el tubo es sostenido por libros y cuadernos a cierto grado de
inclinación de la horizontal de la mesa de trabajo, el cual se variara colocando o quitando los
libros y cuadernos, se pide a los estudiantes realizar en experimento con 5 diferentes ángulos de
inclinación.
Como se tiene que tomar tres medidas al mismo tiempo, se pide al estudiante pintar la esfera o
canica con un poco de tempera para marcar el lugar exacto o distancia “x” donde cae la canica,
mientras que otros estudiantes toman la medida de los tiempos del A al B y del B al C durante el
recorrido.
5.4 Análisis de resultados
Después de realizada la práctica experimental los estudiantes tomaron los datos de la altura “h1”
o la del tubo, la altura “h2” o desde el suelo hasta la mesa, el alcance horizontal “x” logrado por
la esfera o canica y el tiempo del recorrido “t”.
Para determinar la conservación de la energía del movimiento, los estudiantes por medio de
ecuaciones, deberían analizar el movimiento, con el fin de determinar la velocidad del sistema,
que es la única incógnita. Pero ¿Cómo determinar que hay conservación de energía, si con las
ecuaciones de conservación de la energía mecánica solo se obtienen las velocidades del
movimiento?, después de obtener los valores de las velocidades en cada una de las posiciones A,
B y C, reemplazaremos estas velocidades en las ecuaciones tanto cinética como potencial inicial
y final para así determinar que hubo conservación de la energía.
77
Para analizar el movimiento, se hace necesario dividirlo en dos momentos, el primero del punto
A al punto B, el cual describe un movimiento rectilíneo uniforme, ya que es una masa que
desciende por una superficie recta y lisa; el segundo momento será de B a C, el cual describe un
movimiento semi parabólico, ya que la esfera cae libremente desde cierta altura hasta lograr un
cierto alcance horizontal, describiendo una semi parábola en el recorrido.
Entonces para el primer momento de A – B que describe un movimiento rectilíneo, será:
𝐸. 𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐴 = 𝐸. 𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐵
𝐸. 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙𝐴 + 𝐸. 𝐶𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝐴 = 𝐸. 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙𝐵 + 𝐸. 𝐶𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝐵
𝑚𝑔ℎ𝐴 +1
2𝑚𝑣𝐴
2 = 𝑚𝑔ℎ𝐵 +1
2𝑚𝑣𝐵
2 (1)
Del movimiento se puede analizar que: la energía cinética en el punto A es cero, ya que la esfera
se encuentra en reposo, por lo tanto no hay velocidad, y la energía potencial en el punto B es
cero, ya que la altura que alcanza la canica en este punto es cero, por lo tanto se obtiene:
𝑚𝑔ℎ𝐴 =1
2𝑚𝑣𝐵
2 (2)
La masa de la esfera es la misma cantidad de inicio a fin por lo cual sale de la expresión.
𝑔ℎ𝐴 =1
2𝑣𝐵
2 (3)
Determinando al organizar la velocidad en el punto B, la cual es:
𝑣𝐵2 = 2𝑔ℎ𝐴 (4)
𝑣𝐵 = √2𝑔ℎ𝐴 (5)
Para el segundo momento de B – C, que describe un movimiento semi parabólico será:
𝐸. 𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐵 = 𝐸. 𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐶
𝐸. 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙𝐵 + 𝐸. 𝐶𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝐵 = 𝐸. 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙𝐶 + 𝐸. 𝐶𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝐶
78
𝑚𝑔ℎ𝐵 +1
2𝑚𝑣𝐵
2 = 𝑚𝑔ℎ𝐶 +1
2𝑚𝑣𝐶
2 (6)
Del movimiento se puede analizar que 𝑣𝐵2 es la misma velocidad final obtenida del movimiento
en el momento A – B, entonces seria 𝑣𝐵. Al finalizar el recorrido la energía potencial de la esfera
al toca el suelo es cero, por lo que se obtiene.
𝑚𝑔ℎ𝐵 +1
2𝑚𝑣𝐵 =
1
2𝑚𝑣𝐶
2 (7)
La masa de la esfera es la misma cantidad de inicio a fin por lo cual sale de la expresión
𝑔ℎ𝐵 +1
2𝑣𝐵 =
1
2𝑣𝐶
2 (8)
De la ecuación anterior despejamos la 𝑣𝑐, de la cual queda:
2 (𝑔ℎ𝐵 +1
2𝑣𝐵) = 𝑣𝐶
2 (9)
√2 (𝑔ℎ𝐵 +1
2𝑣𝐵) = 𝑣𝑐 (10)
Finalmente se obtienen del análisis de los dos momentos la ecuación (5) relacionada con la
velocidad en el punto b, y la ecuación (10) relacionada con la velocidad en el punto c, la cual
depende de la velocidad en b. Hay que tener en cuenta que la velocidad en el punto a es cero.
Ahora para comprobar que hay conservación de energía después que los estudiantes
determinaron de las ecuaciones analizadas el valor de la velocidad, seria reemplazar los valores
en las ecuaciones de movimiento de cada uno de los momentos, es decir, para primer momento
del punto A al B hay movimiento uniformemente rectilíneo y para el segundo momento del
punto B al C hay movimiento semi parabólico. Por lo cual se tomaran las siguientes ecuaciones:
Momento A-B o M.R.U, seria:
𝑥 = 𝑣𝑡 (11)
79
Donde v seria:
𝑥
𝑡= 𝑣𝐴−𝐵 (12)
Momento B-C o Semi Parabólico, seria:
𝑐𝑜𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑥 → 𝑥 = 𝑣𝑡
𝑐𝑜𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑦 → 𝑦 =1
2𝑔𝑡2
Despejando en al ecuación (13) el tiempo seria:
2𝑦
𝑔= 𝑡2 (13)
Elevando toda la ecuación (1) a la segunda potencia para despejar la ecuación (3) seria:
𝑥2 = 𝑣2𝑡2
𝑥2 = 𝑣22𝑦
𝑔 (14)
𝑣2 =𝑥2𝑔
2𝑦
𝑣𝐵−𝐶 = √𝑥2𝑔
2𝑦 (15)
Entonces de la ecuación (3) reemplazamos la 𝑣𝐵 de la ecuación (12)
𝐸. 𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐴 = 𝐸. 𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐵
𝑔ℎ𝐴 =1
2𝑣𝐵
2
𝑔ℎ𝐴 =1
2(
𝑥
𝑡)
2
𝑔ℎ𝐴 =1
2 𝑥2
𝑡2 (16)
Donde:
80
g = gravedad
ℎ𝐴 = Altura del tubo a la mesa (la cual varia)
x = distancia del tubo (la cual es constante)
t = es el tiempo desde el punto A al punto B
De la ecuación (8) reemplazamos 𝑣𝐶 de la ecuación (15)
𝐸. 𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐵 = 𝐸. 𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐶
𝑔ℎ𝐵 +1
2𝑣𝐵 =
1
2𝑣𝐶
2
𝑔ℎ𝐵 +1
2𝑣𝐵 =
1
2(
𝑥2𝑔
2𝑦)
𝑔ℎ𝐵 +1
2𝑣𝐵 =
𝑥2𝑔
4𝑦
𝑔ℎ𝐵 +1
2(
𝑥
𝑡) =
𝑥2𝑔
4𝑦 (17)
Donde:
g = gravedad
ℎ𝐵 = altura de la mesa al piso (la cual es constante)
𝑣𝐵 = 𝑥
𝑡 por ser M.U.R
x = el alcance máximo (la cual varía en cada lanzamiento)
y = altura de la mesa al piso (la cual es constante)
Finalmente al despejar los valores conseguidos del experimento, los estudiantes deberían obtener
a ambos lados de la ecuación los mimos valores con el fin de comprobar la conservación de la
energía mecánica para cada momento del experimento.
Al analizar los datos tomados de los estudiantes se evidencia la toma de un solo tiempo total, es
decir que para la ecuación (17) sería imposible determinar el tiempo por el que la esfera o canica
81
descendió del tubo, por lo cual tomaremos la energía mecánica inicial en el punto A y la energía
mecánica final en el punto C, la cual quedaría:
𝐸. 𝑀𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝐴 = 𝐸. 𝑀𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝐵 = 𝐸. 𝑀𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝐵 = 𝐸. 𝑀𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝐶
𝐸. 𝑀𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝐴 = 𝐸. 𝑀𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝐶
𝑔ℎ𝐴 =𝑥2𝑔
4𝑦 (18)
De esta ecuación (18) deberían obtener los estudiantes la conservación de la energía mecánica de
todo el movimiento. Para esto se mostraran las siguientes tablas de datos obtenidas por lo
estudiantes:
Tabla 19. Datos experimentales experimento Conservación de la Energía.
GRUPO 1
Altura
h1 (m)
Altura
h2 (m)
Tiempo
(s)
Alcance
Horizontal
(m)
Velocidad
A-B (m/s)
Velocidad
B-C (m/s)
0,30 0,83 5,70 0,42 2,45 4,36
0,25 0,83 5,60 0,40 2,24 4,34
0,20 0,83 5,50 0,39 2,00 4,31
0,15 0,83 4,80 0,37 1,73 4,28
0,10 0,83 3,60 0,33 1,41 4,24
0,05 0,83 3,30 0,23 1,00 4,20
GRUPO 2
Altura
h1 (m)
Altura
h2 (m)
Tiempo
(s)
Alcance
Horizontal
(m)
Velocidad
A-B (m/s)
Velocidad
B-C (m/s)
0,092 0,720 0,850 0,352 1,36 3,97
0,082 0,720 0,900 0,345 1,28 3,96
0,067 0,720 0,950 0,325 1,16 3,94
0,057 0,720 0,580 0,280 1,07 3,93
0,047 0,720 0,560 0,253 0,97 3,92
0,035 0,720 0,620 0,203 0,84 3,90
GRUPO 3
Altura
h1 (m)
Altura
h2 (m)
Tiempo
(s)
Alcance
Horizontal
(m)
Velocidad
A-B (m/s)
Velocidad
B-C (m/s)
0,090 0,700 1,860 0,310 1,34 3,92
0,050 0,700 1,680 0,230 1,00 3,87
0,030 0,700 1,200 0,170 0,77 3,84
0,032 0,700 0,840 0,150 0,80 3,85
82
0,045 0,700 1,210 0,220 0,95 3,87
0,010 0,700 0,530 0,060 0,45 3,80
GRUPO 4
Altura
h1 (m)
Altura
h2 (m)
Tiempo
(s)
Alcance
Horizontal
(m)
Velocidad
A-B (m/s)
Velocidad
B-C (m/s)
0,200 0,700 0,750 0,460 2,00 4,00
0,160 0,700 0,620 0,403 1,79 3,97
0,140 0,700 0,510 0,356 1,67 3,96
0,110 0,700 0,300 0,313 1,48 3,93
0,070 0,700 0,350 0,243 1,18 3,90
0,020 0,700 0,300 0,082 0,63 3,83
GRUPO 5
Altura
h1 (m)
Altura
h2 (m)
Tiempo
(s)
Alcance
Horizontal
(m)
Velocidad
A-B (m/s)
Velocidad
B-C (m/s)
0,120 0,680 0,270 0,280 1,55 3,89
0,100 0,680 0,170 0,215 1,41 3,87
0,950 0,680 0,120 0,190 4,36 4,24
0,800 0,680 0,091 0,155 4,00 4,20
0,650 0,680 0,071 0,142 3,61 4,15
0,520 0,680 0,055 0,100 3,22 4,10
GRUPO 6
Altura
h1 (m)
Altura
h2 (m)
Tiempo
(s)
Alcance
Horizontal
(m)
Velocidad
A-B (m/s)
Velocidad
B-C (m/s)
0,12 0,69 0,60 0,35 1,55 3,92
0,90 0,69 0,40 0,29 4,24 4,25
0,11 0,69 0,30 0,36 1,48 3,91
0,70 0,69 0,40 0,32 3,74 4,19
0,50 0,69 0,50 0,23 3,16 4,12
0,30 0,69 0,30 0,18 2,45 4,03
Se puede analizar de los datos tomados por los 6 grupos de estudiantes que:
Al disminuir la altura H1 o el ángulo de inclinación del tubo o tobogán el tiempo que
dura el recorrido también disminuye.
Al disminuir la altura H1 del tubo en el punto A-B, el alcance máximo x también
disminuye
Al disminuir la altura H1 del tubo en el punto A-B, tanto la velocidad en el punto A-B
como en el punto B-C también disminuye
83
Entonces se encuentra una relación directamente proporcional entre las variables del
tiempo, el alcance máximo y las velocidades obtenidas, las cuales dependen de la variación en la
altura H1 del tubo. Para esto se les pidió a los estudiantes de realizar una graficas con el fin de
analizar los datos, de los cuales se obtuvieron las siguientes graficas:
Figura 18. Grafica datos experimentales del alcance máximo y el tiempo en función de la altura H1
Figura 19. Grafica datos experimentales de la velocidad en A-B y B-C en función de la altura H1
Las gráficas de las figuras 17 y 18 muestran los resultados de los datos experimentales de un solo
grupo, no se muestran los otros grupos ya que los resultados obtenidos de los demás grupos
resultan en graficas iguales.
0,00
2,00
4,00
6,00
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35
AL
CA
NC
E M
AX
IMO
(M
)
ALTURA H1 (M)
GRUPO 1
ALCANCE MAXIMO Y TIEMPO EN FUNCION DE
LA ALTURA H1
ALCANCE MAXIMO TIEMPO
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35
VE
LO
CID
AD
A-B
Y B
-C
(M/S
)
ALTURA H1 (M)
GRUPO 1
VELOCIDAD A-B Y B-C EN FUNCION DE LA
ALTURA H1
VELOCIDAD A-B VELOCIDAD B-C
84
Estas graficas verifican lo analizado anteriormente con los datos obtenidos, una relación
directamente proporcional de la altura H1 con el tiempo, el alcance máximo y las velocidades.
Ahora que se determinaron las velocidades en cada punto del experimento, se hace necesario
verificar la conservación de la energía. Para esto los estudiantes reemplazaron los datos
obtenidos en el experimento en la ecuación (18), lo cual resulto:
Tabla 20. Datos experimentales conservación de la energía.
Grupo 1
Altura
h1 (m)
Altura
h2 (m)
Alcance
horizontal
(m)
Energía
mecanica
inicial "a"
Energía
mecanica
final "c"
0,30 0,83 0,42 2,94 0,52
0,25 0,83 0,40 2,45 0,47
0,20 0,83 0,39 1,96 0,45
0,15 0,83 0,37 1,47 0,40
0,10 0,83 0,33 0,98 0,32
0,05 0,83 0,23 0,49 0,16
Grupo 2
Altura
h1 (m)
Altura
h2 (m)
Alcance
horizontal
(m)
Energía
mecanica
inicial "a"
Energía
mecanica
final "c"
0,092 0,720 0,352 0,90 0,42
0,082 0,720 0,345 0,80 0,41
0,067 0,720 0,325 0,66 0,36
0,057 0,720 0,280 0,56 0,27
0,047 0,720 0,253 0,46 0,22
0,035 0,720 0,203 0,34 0,14
Grupo 3
Altura
h1 (m)
Altura
h2 (m)
Alcance
horizontal
(m)
Energía
mecanica
inicial "a"
Energía
mecanica
final "c"
0,090 0,700 0,310 0,88 0,34
0,050 0,700 0,230 0,49 0,19
0,030 0,700 0,170 0,29 0,10
0,032 0,700 0,150 0,31 0,08
0,045 0,700 0,220 0,44 0,17
0,010 0,700 0,060 0,10 0,01
Grupo 4
Altura
h1 (m)
Altura
h2 (m)
Alcance
horizontal
(m)
Energía
mecanica
inicial "a"
Energía
mecanica
final "c"
0,200 0,700 0,460 1,96 0,74
85
0,160 0,700 0,403 1,57 0,57
0,140 0,700 0,356 1,37 0,44
0,110 0,700 0,313 1,08 0,34
0,070 0,700 0,243 0,69 0,21
0,020 0,700 0,082 0,20 0,02
Grupo 5
Altura
h1 (m)
Altura
h2 (m)
Alcance
horizontal
(m)
Energía
mecanica
inicial "a"
Energía
mecanica
final "c"
0,120 0,680 0,280 1,18 0,28
0,100 0,680 0,215 0,98 0,17
0,950 0,680 0,190 9,31 0,13
0,800 0,680 0,155 7,84 0,09
0,650 0,680 0,142 6,37 0,07
0,520 0,680 0,100 5,10 0,04
Grupo 6
Altura
h1 (m)
Altura
h2 (m)
Alcance
horizontal
(m)
Energía
mecanica
inicial "a"
Energía
mecanica
final "c"
0,12 0,69 0,35 1,18 0,43
0,90 0,69 0,29 8,82 0,30
0,11 0,69 0,36 1,08 0,46
0,70 0,69 0,32 6,86 0,36
0,50 0,69 0,23 4,90 0,19
0,30 0,69 0,18 2,94 0,12
Al calcular los datos experimentales para verificar la conservación de la energía, se evidencia
que la energía final es la mitad de la energía inicial. Como se sabe de la temática conceptual
relacionada con la conservación de la energía, la energía no se destruye sino que se transforma,
es decir, en este caso la energía final se pudo haber transmitido o ha sido absorbida por alguna
variable, por ejemplo, al caer la esfera o canica al piso parte de la energía potencial y cinética
pudo ser cedida al suelo. Sin embargo se realiza un análisis dimensional de la ecuación (18) de la
cual se obtiene:
𝐸. 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙𝐴 = 𝐸. 𝐶𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝐵 = 𝐸. 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙𝐴 + 𝐸. 𝐶𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝐴 = 𝐸. 𝐶𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝐵
𝐸. 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙𝐴 = 𝐸. 𝐶𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝐵
𝑔ℎ𝐴 =𝑥2𝑔
4𝑦 (18)
86
(𝑚
𝑠2) (𝑚) = (
𝑚2 (𝑚𝑠2)
𝑚)
(𝑚2
𝑠2) = (
𝑚3
𝑠2
𝑚1
)
(𝑚2
𝑠2) = (
𝑚31
𝑠2𝑚)
(𝑚2
𝑠2) = (
𝑚2
𝑠2) (19)
Como se puede ver de la ecuación (19) la energía mecánica inicial resulta ser dimensionalmente
igual a la energía mecánica final, entonces se analizará los puntos internos que son del A al B y
del B al C.
Punto A-B
𝐸. 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙𝐴 = 𝐸. 𝐶𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝐵
𝑔ℎ𝐴 =1
2 𝑥2
𝑡2
𝑚
𝑠2𝑚 = (
𝑚2
𝑠2)
(𝑚2
𝑠2) = (
𝑚2
𝑠2) (20)
Punto B-C
𝐸. 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙𝐴 + 𝐸. 𝐶𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝐴 = 𝐸. 𝐶𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝐵
𝑔ℎ𝐵 +1
2(
𝑥
𝑡) =
𝑥2𝑔
4𝑦
𝑚
𝑠2𝑚 + (
𝑚
𝑠) = (
𝑚2 𝑚𝑠2
𝑚)
87
(𝑚2
𝑠2) + (
𝑚
𝑠) = (
(𝑚3
𝑠2 )
𝑚1
)
(𝑚2
𝑠2) + (
𝑚
𝑠) = (
𝑚3
𝑚𝑠2)
(𝑚2
𝑠2) + (
𝑚
𝑠) = (
𝑚2
𝑠2) (21)
De la ecuación (20) es decir del punto A-B, no hay trasferencia de energía ya que resulta que la
energía inicial cuando la canica desciende por el tubo es igual a la energía final cuando la canica
finaliza el tubo. En la ecuación (21) es decir el punto B-C, no es dimensionalmente correcta
puede que esto se deba a que durante el recorrido de la canica por el aire hasta tocar el suelo
hubo cierta transferencia de energía cinética o perdida de velocidad.
5.5 Preguntas para reflexionar
Después de desarrollada esta práctica experimental se realizan una serie de preguntas
relacionadas con la realización del mismo, con el fin de enfrentar las teorías y conocimientos
adquiridos por los estudiantes a partir de la práctica experimental, de lo que se obtuvo:
Tabla 21. Resultados preguntas a reflexionar de Conservación de Energía.
1. ¿Qué tipo de trayectoria describe la canica en el punto A-B? ¿Porque?
De la posición 1 a la 2 la canica se desplaza con un movimiento uniformemente rectilíneo y cae
por la acción de la gravedad.
La canica presenta un movimiento semi parabólico porque antes de caer al suelo tiene caída
libre
Describe un movimiento uniformemente rectilíneo
La canica tiene una trayectoria rectilínea uniforme
2. ¿Qué sucede con la canica después de caer por el tobogán? ¿Porque?
Se evidencia un tiro semi parabólico que describe la trayectoria de la canica en el punto 2
Al dejar caer la canica desde el punto 1 se tiene un movimiento uniformemente rectilíneo, pero
también tiene una aceleración constante y al momento de tocar el borde del tubo es un movimiento
semi parabólico.
Después de tocar el tobogán en el punto 2 la canica describe un movimiento parabólico
La canica tiene una trayectoria semi parabólica en dos dimensiones horizontal y vertical.
88
3. Si la canica fueran de caucho ¿qué crees que suceda? ¿Porque? ¿Qué materiales serian?
¿Porque?
Si las canicas fueran de caucho, la velocidad disminuiría porque el material es pesado y
disminuiría su velocidad y aceleración.
Si fueran de caucho no se deslizarían de una manera más limpia y al momento de tocar el suelo
rebotarían, tendrá mayor fricción y cambiaría la trayectoria en x.
No sería el mismo efecto ya que la canica no tomaría el mismo impulso y por ende no tendrá la
misma energía
Aumenta la distancia a la hora de tener el impacto ya que al tener menos peso no cae de una
sino que demora en llegar al piso
Si fuera de caucho rebotaría debido a que esta es la característica principal de este material
El coeficiente de rozamiento seria mayor por lo tanto será más pesado y no daría la misma
distancia que la bola de cristal y la de caucho en una altura mayor será de menor distancia.
4. En este experimento ¿porque hay conservación de energía?
Porque la energía cinética y la potencial siempre es constante es decir siempre hay energía
mecánica
Se tiene una interacción con la mesa, el tubo y la fuerza de gravedad
ECI + EPI = ECF + EPF 1
2mv2 + mgh =
1
2mv2 + mgh
1
2(0,195 kg)(0,76 m
s⁄ )2 + (0,195 kg) (9,8 ms2⁄ ) (0,12 m)
=1
2(0,195 kg)(1,86 m
s⁄ )2 + (0,195 kg) (9,8 ms2⁄ ) (0,68 m)
(0,0563 kg m2
s2⁄ ) + (0,2293 kg m2
s2⁄ )
= (0,3373 kg m2
s2⁄ ) + (1.2994 kg m2
s2⁄ )
(0,2856 kg m2
s2⁄ ) = (1,6367 kg m2
s2⁄ )
Se evidencia que la energía mecánica final es mayor que la inicial
Porque son energías que no pueden ser destruidas ni creadas y porque en esta hay energía
cinética
Porque cuando la canica toca el piso termina una energía cinética y vuelve a ser potencial.
5. ¿Qué puedes concluir respecto a las gráficas obtenidas?
Que dependiendo de cada altura la velocidad y el desplazamiento varían
La velocidad obtenida durante el primer instante en el que se deja caer la canica por el tubo de
PVC y al caer al suelo cambia con respecto del punto en el que se deje soltar la canica
Que son inversamente proporcional
Que si en el tubo aumentamos la altura el alcance máximo era mayor
Podemos concluir velocidades finales mediante tiempo, altura y distancia.
En la pregunta 1 se cuestiona al estudiante que tipo de movimiento se presenta en el punto A-B,
es decir cuando la canica se desliza por el tubo, es evidente que el estudiante sabe que es un
89
movimiento uniformemente rectilíneo, sin embargo no lo describe. Es un movimiento rectilíneo
porque la canica se desplaza en línea recta por una superficie plana a una velocidad constante.
En la pregunta 2 se cuestiona lo sucedido ahora en el punto B-C es decir cuando la canica deja el
tubo o tobogán, el estudiante concluye que la canica describe un movimiento semiparabolico, sin
embargo no lo describe. Es un tiro parabólico ya que la canica cae libremente desde una cierta
altura, describiendo una parábola, con velocidad constante y aceleración de la gravedad cayendo
hasta cierto alcance horizontal.
Las preguntas 1 y 2 se realizaron para corroborar que conocimientos tenían los estudiantes de lo
sucedido a nivel mecánico en este experimento.
El la pregunta 3 se cuestiona al estudiante acerca del material de la canica, si en vez de que fuera
está, se utilizaba una de caucho o de otro material sucedería lo mismo, en lo que los estudiantes
analizaron que no sucedería lo mismo debido al peso de la masa, es decir para los estudiantes la
pelota de caucho es mucho más pesada que la canica, por lo cual tendría más fuerza de
rozamiento con el tubo y al caer de el por su peso no llegaría al alcance horizontal como el de la
canica sino que más corto, como si la masa de caucho no tuviera la capacidad de elevarse por
mucho tiempo el aire y describiría una parábola muy pequeña comparada con la de la canica.
Otros estudiantes concluyeron que la masa de caucho, después de descender por el tubo y caer
con movimiento parabólico hasta un cierto alcance horizontal, la masa de caucho rebotaría y
seguiría su movimiento. Es importante analizar esta conclusión ya que el estudiante evidencia
que el movimiento no acaba cuando la masa toca el piso después de caer del tubo, sino que al
rebotar experimenta otro movimiento puede ser de un punto C-D y D-E,… etc., por la acción del
suelo y debido a la composición de la masa que la hace rebotar, y si analizamos esto
encontraríamos pequeñas cantidades de energía potencial y cinética de esta interacción.
90
En la pregunta 4, se cuestiona al estudiante después de analizada cada parte del experimento,
porque hay conservación de la energía, a lo que los estudiantes no respondieron nada, a pesar de
que ellos realizaron la ecuaciones pertinentes de la conservación de la energía de cada punto para
determinar las velocidades resultantes y reemplazarla en cada una de la ecuaciones de cada punto
del movimiento, no concluyen la conservación, simplemente responden que hay una cierta
cantidad de energía potencial y cinética durante la realización del experimento. Sin embargo si
analizamos la tabla de datos (20) y la ecuación (18) la cual se deduce del análisis de la de
conservación de energía mecánica, se encuentra que la energía mecánica final es 14⁄ de la
energía mecánica final, por ejemplo, para el primer dato de la tabla del grupo 5, hay una energía
mecánica inicial de 1,18 Julios (J) y la energía mecánica final es 0,28 Julios (J) (sabiendo que se
desprecia el valor de la masa), si realizamos la división del primer dato entre 14⁄ nos damos
cuenta que se obtiene 0,29 Julios (J), es decir si hay conservación de la energía, esto mismo
sucede con todos los datos encontrando un error mínimo.
En la pregunta 5, se cuestiona a los estudiantes acerca de las gráficas que obtuvieron, donde a
pesar que las construyeron no las analizaron, los estudiantes carecen de analizar cualquier grafica
por lo cual encontramos respuestas como “Que dependiendo de cada altura la velocidad y el
desplazamiento varían, o Podemos concluir velocidades finales mediante tiempo, altura y
distancia”, sin embargo se explican las gráficas a los estudiantes y se llegan a las siguientes
conclusiones:
Las gráficas que los estudiantes realizaron están en función o dependen de la cantidad que
se varía la cual es la altura H1 del tubo a la mesa.
91
Al aumentar la altura o inclinación del tubo, la canica que desciende por esté y se
desplaza por el aire, aumenta más su tiempo de recorrido, es decir entre más alto más se demora
la canica en recorrer todo el sistema.
Al aumentar la altura o inclinación del tubo, la canica logra también aumentar el alcance
máximo, es decir entre más alto, la canica después que deja el tubo describe semiparábolas
mucho más abiertas haciendo que el alcance máximo sea mayor en cada variación de
lanzamiento.
Al aumentar la altura o inclinación del tubo, la velocidad que experimenta la canica en el
punto A-B también aumenta proporcionalmente. Esto puede que se deba a la característica lisa
de la superficie que permite que la canica se deslice uniformemente.
Al aumentar la altura o inclinación del tubo, la velocidad que experimenta la canica en el
punto B-C después de descender del tubo y caer por el aire describiendo un movimiento
semiparabolico la velocidad tiene un aumento aproximado de una a dos unidades. Sin embrago
podemos analizar también de las gráficas, que la velocidad que experimenta la canica en el punto
B-C es mucho mayor que en el punto A-B, esto puede que se deba a la acción que ejerce el
medio por el cual se desplaza la canica.
5.6 Conclusiones
Realizada la práctica experimental se pide a los estudiantes llegar a una conclusión del
laboratorio, de lo cual se obtuvo:
Tabla 22. Conclusiones de los estudiantes de Conservación de Energía.
Al lanzar la canica por el tubo de PVC a seis alturas diferentes se evidencia que mientras más
alturas, más velocidad hay y se desplaza más. También se evidencia una velocidad constante y un tiro
semi parabólico.
Se concluye que el valor de x que es la distancia en el cual la canica logra un alcance máximo
varía desde los diferentes puntos en los que se toma
Al realizar el procedimiento 3 veces, el resultado tuvo una variación mínima
Ya que no hay una fuerza externa la energía se conserva.
92
Se puede concluir que la distancia varia porque depende de las alturas a las que se deje caer, al
igual en el tiempo en que se caiga.
En conclusión a mayor altura mayor distancia ya que soltar la bola más alto hay más velocidad
y el coeficiente de rozamiento es pequeño.
La primera práctica experimental relacionada con la energía potencial y cinética, buscaba hacer
una introducción al tema de conservación de energía, en ese laboratorio no se tomaron datos sino
conclusiones cualitativas. Para este experimento se buscaba una construcción más firme sobre lo
que es la conservación de la energía y como se evidencia.
Desafortunadamente a pesar que el estudiante realizo una buena toma de datos, se limita para
analizar datos y graficas obtenidas, ya que, solo se encuentran conclusiones netamente externas
al tema, como que la variación de la altura, varia los datos resultantes como el tiempo, el alcance
máximo y la velocidad; pero no hay conclusiones relacionadas con los cambios de energía
potencial y cinética durante todo el experimento y a que se debe que halla o no conservación de
energía.
A pesar que la práctica de laboratorio que se entregó a los estudiantes se realizó como una serie
de pasos a seguir, se pidió al estudiante extrapolar más de lo que se explica, es decir el
estudiante realizo la práctica por deber y no por curiosidad.
6. Practica 3. ¿Qué son los fluidos viscosos?
“Los tres estados comunes, o fases, de la materia, son sólido, líquido y gaseoso.
Podemos diferenciar estas tres fases como sigue. Un sólido mantiene una forma y un tamaño
fijos; aun cuando se le aplique una gran fuerza, un sólido no cambiaría con facilidad de forma
ni de volumen. Un líquido no mantiene una forma fija, sino que toma la de su recipiente; al igual
que los sólidos no se comprime con facilidad, pero su volumen puede cambiar apreciablemente
si se le aplica una fuerza muy grande. Un gas no tiene forma ni volumen fijos; se expande y llena
un recipiente. Por ejemplo, cuando se bombea aire a un neumático de automóvil, el aire no se
93
concentra en el fondo, como lo haría un líquido, sino que llena todo el volumen del neumático.
Puesto que los líquidos y los gases no mantienen una forma fija, tienen la capacidad de fluir; es
por ello que se les llama generalmente fluidos ( Douglas C. Giancoli, cuarta edición, pagina 259)”
En esta práctica experimental se realizara el estudio de los fluidos es su estado líquido, así como
la aplicación de algunas de sus características de este, como lo son la densidad y la viscosidad.
La densidad δ de un objeto, se define como su masa por unidad de volumen: 𝛿 =𝑚
𝑉, donde m es
la masa del objeto y V es el volumen. La densidad es una propiedad característica de cualquier
sustancia pura. Los objetos fabricados con determinadas sustancias, digamos, que el hierro puro,
pueden tener cualquier tamaño o masa, pero la densidad será la misma para todos. Esto mismo
pasa con los fluidos tales como el agua, el aceite, el mercurio, etc., cada uno de estos líquidos
tiene una densidad específica, lo único que cambia es la masa y el volumen que lo determinara el
recipiente en el que este se encuentre.
La viscosidad es el rozamiento interno entre las capas de fluido. A causa de la viscosidad, es
necesario ejercer una fuerza para obligar a una capa de fluido a deslizar sobre otra. Para entender
el termino de viscosidad, imaginemos un bloque en reposo, el cual esta seccionado en láminas
tangenciales, al momento de hacer una fuerza, entre las láminas se ejerce una fuerza de fricción,
la cual se hace más evidente en las capas superiores, ya que las inferiores tratan de oponiéndose
al movimiento. Las láminas superiores se mueven a cierta velocidad mientras que las inferiores
se mueven a una velocidad mínima o casi nula. Por ejemplo, se tiene un líquido viscoso como
miel que se encuentra en un recipiente, al mover el recipiente hacia un lado, las capas superiores
se mueven con cierta velocidad, mientras que las inferiores o las cercanas a las paredes del
recipiente ejercen cierta resistencia al movimiento, quedando pegadas al recipiente.
94
“Para poder determinar experimentalmente la viscosidad de un líquido se utilizara la ley
de Stokes, la cual se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos
moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de
Reynolds. Fue derivada en 1851 por George Gabriel Stokes tras resolver un caso particular de
las ecuaciones de Navier-Stokes. En general la ley de Stokes es válida en el movimiento de
partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas. La ley de Stokes puede escribirse
como: 𝐹𝑟 = 6𝜋𝑅𝜂𝑣 (22), donde R es el radio de la esfera, v la velocidad y η la viscosidad del
fluido (https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Stokes)”
“Un cuerpo que cumple la ley de Stokes se ve sometido a dos fuerzas, la gravitatoria y la
de arrastre. En el momento que ambas se igualan su aceleración se vuelve nula y su velocidad
constante”, si realizamos un diagrama de cuerpo libre y analizamos todas las fuerzas presentes
cuando la esfera cae por el fluido viscoso se llegaría a la siguiente conclusión:
𝑉𝑠 =2𝑟2𝑔(𝜌𝑝 − 𝜌𝑓)
9𝜂 (23)
Donde:
𝑉𝑠, es la velocidad de caída de las partículas,
g, es la aceleración de la gravedad,
𝜌𝑝, es la densidad de la esfera,
𝜌𝑓, es la densidad del fluido,
𝜂, es la viscosidad del fluido,
r, es el radio equivalente de la esfera.”
Si reescribimos la ecuación para poder determinar la viscosidad del fluido, teniendo en cuenta
que es la única variable por determinar, quedaría de la siguiente manera:
95
𝜂 =2𝑟2𝑔(𝜌𝑝 − 𝜌𝑓)
9𝑉𝑠 (24)
Como la esfera que desciende por el fluido tiene una velocidad constante, la velocidad de caída,
se pude determinar por la ecuación de movimiento uniformemente rectilíneo (M.U.R),𝑣 = 𝑥𝑡,
donde, x es la distancia de desplazamiento y t el tiempo que tarda en recorrer esta distancia.
Basados en esta teoría se dará aplicación con la práctica experimental.
6.1 Descripción de la Actividad
Para poder estudiar el fenómeno de la viscosidad en fluidos líquidos, se lleva a los estudiantes a
los laboratorios de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas con el fin de que desarrollen
la práctica experimental e interactúen con los instrumentos adecuados para poder realizarla. Hay
que tener en cuenta que antes de realizar cualquier práctica experimental previamente se ha dado
una temática mencionada anteriormente.
Para el desarrollo de la práctica, se pide a los estudiantes traer desde casa fluidos líquidos como
aceite de cocina, Shampoo para el cabello, miel y agua, para determinar experimentalmente su
viscosidad basada en la teoría aprendida. Por lo cual el laboratorio de la Universidad Francisco
José de Caldas presta a cada grupo de estudiantes los elementos como balanzas, probetas,
cronómetros, metros, etc., para la realización del mismo. A pesar que es una práctica
experimental sencilla y fácil de desarrollar la cual se podría haber realizado desde las
instalaciones del colegio Nuevo Reino de Granada, se busca que los estudiantes encuentren y
conozcan tanto el ambiente como los instrumentos propicios para el desarrollo de prácticas
experimentales físicas, además se busca con esto que el estudiante se interese, interactúe, se
cuestione y curiosee respecto al desarrollo de la práctica así como una experimentación alterna
que puede surgir en la práctica.
96
Para esta práctica los estudiantes determinaran la viscosidad de ciertos líquidos aplicando la ley
de Stokes de la siguiente manera: tienen cierta cantidad de fluido viscoso en una probeta, dejan
caer en este líquido una masa esférica, a la cual le contabilizan el tiempo que se demora en
recorrer cierta distancia determinada, para finalmente reemplazar estos datos cuantitativos en la
ecuación (24). Como son cuatro líquidos a estudiar, el objetivo es que los estudiantes
caracterizan cada líquido de acuerdo a su viscosidad.
6.2 Hipótesis
Para esta práctica experimental las nociones e ideas previas de los estudiantes acerca de la
temática, es más vivencial, es decir, se dio una breve explicación de la temática en clase no muy
profunda, entonces se prevé que el estudiante asocia el tema de la viscosidad como un líquido
espeso, mas no la explicación física de lo sucedido en un líquido cuando es viscoso. Sin embargo
se pide a los estudiantes una hipótesis sobre el experimento, los cuales respondieron:
Tabla 23. Hipótesis de los estudiantes con el experimento de viscosidad
Se cree que la viscosidad del agua es mayor a la de la miel, entre más viscoso es el líquido, más
se tarda la canica en bajar.
Se cree que la esfera de metal demorara menos tiempo en el aceite debido a que este es menos
denso y se demora más tiempo en bajar en la miel ya que esta es mucho más densa.
Se analizaran los datos obtenidos durante la práctica para probar la viscosidad como magnitud a
raíz de una teoría física, en la que se va a utilizar miel, agua y aceite, donde el tiempo va a determinar
la viscosidad.
Al realizar el experimento creemos que la esfera caerá más rápido en las sustancias que no
tienen tanta viscosidad.
Lo que creemos que pasara es que la esfera metálica caerá de forma más rápida, dependiendo de
la viscosidad de la sustancia.
En esta práctica se comprobara que el agua es la distancia más fluirle y con menor grado de
densidad.
Cada sustancia se esparcirá o fluirá de forma diferente, ya sea más rápido o más lento.
Como era de esperarse en esta práctica experimental, la cual es nueva para este grupo de
estudiantes, se esperaban hipótesis muy vivenciales, tales como que un líquido es viscoso o no
por su densidad o por su fluidez. Sin embargo se aprecia que todos los estudiantes creen que al
dejar caer la esfera metálica en un líquido viscoso, esta se demorara más tiempo en descender
97
por este fluido, a diferencia de un líquido que no es tan viscoso como lo es el agua. Entonces no
vemos en las hipótesis de los estudiantes, conceptos físicos de la explicación de un fluido viscoso
o la explicación de las fuerzas que experimenta una esfera metálica al bajar desde una cierta
distancia por un fluido viscoso.
6.3 EXPERIMENTOS
Figura 20. Montaje experimental para determinar la viscosidad de un fluido liquido
Cada grupo de estudiantes cuenta con fluidos como agua, miel, aceite de cocina y Shampoo para
el cabello, adicional el laboratorio de física de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas,
les proporciona materiales como lo son: una probeta, una esfera metaliza, un cronometro, un
metro, un calibrador y una balanza.
Primero que todo el estudiante tomara medidas como el peso de la probeta con y sin fluido, para
determinar la densidad de cada uno de los fluidos con los que cuenta, además tomara el peso de
la esfera y la medida espacial de la misma con el calibrador y posterior mente el volumen, para
determinar su densidad.
Para empezar el estudiante tomara y marcara con la ayuda del metro una distancia aproximada
entre 10 a 20 centímetros de distancia sobre la probeta, la cual le permitirá calcular el tiempo que
se demora la esfera metálica en recorrer esa distancia. Después de la toma de datos, se procederá
98
a reemplazarlos en la ecuación (24) en la cual se relaciona la densidad de la esfera y del líquido,
el radio de la esfera, la gravedad y la velocidad que tiene la esfera tras descender por el fluido,
con la viscosidad.
6.4 Análisis de resultados
Después de realizada la práctica experimental, los estudiantes tomaron y calcularon los datos,
los cuales los consignaron en cuatro tablas:
La tabla 1, corresponde a los datos tomados de la esfera metálica,
La tabla 2, corresponde a los datos obtenidos de cada uno de los fluidos líquidos,
La tabla 3, corresponde a los datos experimentales tomados de la velocidad con la que
desciende la esfera por cada uno de los fluidos líquidos,
La tabla 4, corresponde a la viscosidad experimental obtenida de cada fluido líquido por
los estudiantes.
En las siguientes tablas se muestran los resultados experimentales obtenidos por 4 grupos de
estudiantes:
Tabla 24. Datos experimentales del grupo 1 de estudiantes para determinar la viscosidad.
Tabla 1
Datos de la esfera
Diametro (m) 0,0005
Masa (kg) 0,0004
Volumen (m^3) 0,0000
Densidad
(kg/m^3) 7358118,5326
Tabla 2
Datos de los líquidos
Sustancia liquida Masa (kg) Volumen (m^3) Densidad
(kg/m^3)
Aceite de cocina 0,0986 1,2723 0,0775
Miel 0,1446 1,2723 0,1136
Shampoo 0,1076 1,2723 0,0846
Agua 0,1055 1,2723 0,0829
Tabla 3
Datos experimentales
99
Sustancia liquida Distancia (m) Tiempo (s) Velocidad (m/s)
Aceite de cocina 0,0680 0,1500 0,4533
Miel 0,0680 34,3500 0,0020
Shampoo 0,0680 11,9000 0,0057
Agua 0,0680 0,1000 0,6800
Tabla 4
Viscosidad
Sustancia liquida
Viscosidad
(pa*s)
Aceite de cocina 1,9521
Miel 447,0271
Shampoo 154,8653
Agua 1,3014
Tabla 25. Datos experimentales del grupo 2 de estudiantes para determinar la viscosidad.
Tabla 1
Datos de la esfera
Diametro (m) 0,0005
Masa (kg) 0,0011
Volumen (m^3) 0,0000
Densidad
(kg/m^3) 17856848,2191
Tabla 2
Datos de los líquidos
Sustancia liquida Masa (kg) Volumen (m^3) Densidad
(kg/m^3)
Aceite de cocina 0,0916 1,2723 0,0720
Miel 0,1650 1,2723 0,1297
Shampoo 0,1020 1,2723 0,0802
Agua 0,1000 1,2723 0,0786
Tabla 3
Datos experimentales
Sustancia liquida Distancia (m) Tiempo (s) Velosidad (m/s)
Aceite de cocina 0,0750 0,1800 0,4167
Miel 0,0750 50,0000 0,0015
Shampoo 0,0750 9,0000 0,0083
Agua 0,0750 0,1900 0,3947
Tabla 4
Viscosidad
Sustancia liquida
Viscosidad
(pa*s)
Aceite de cocina 5,6022
Miel 1556,1780
Shampoo 280,1120
Agua 5,9135
100
Tabla 26. Datos experimentales del grupo 3 de estudiantes para determinar la viscosidad.
Tabla 1
Datos de la esfera
Diametro (m) 0,0005
Masa (kg) 0,0005
Volumen (m^3) 0,0000
Densidad
(kg/m^3) 9197648,1658
Tabla 2
Datos de los líquidos
Sustancia liquida Masa (kg) Volumen (m^3) Densidad
(kg/m^3)
Aceite de cocina 0,0890 1,2723 0,0699
Miel 0,1380 1,2723 0,1085
Shampoo 0,1020 1,2723 0,0802
Agua 0,1000 1,2723 0,0786
Tabla 3
Datos experimentales
Sustancia liquida Distancia (m) Tiempo (s) Velosidad (m/s)
Aceite de cocina 0,1500 0,5800 0,2586
Miel 0,1500 60,0000 0,0025
Shampoo 0,1500 9,0000 0,0167
Agua 0,1500 0,1900 0,7895
Tabla 4
Viscosidad
Sustancia liquida
Viscosidad
(pa*s)
Aceite de cocina 4,2772
Miel 442,4723
Shampoo 66,3708
Agua 1,4012
Tabla 27. Datos experimentales del grupo 4 de estudiantes para determinar la viscosidad.
Tabla 1
Datos de la esfera
Diametro (m) 0,0005
Masa (kg) 0,0007
Volumen (m^3) 0,0000
Densidad
(kg/m^3) 9931245,2254
Tabla 2
Datos de los líquidos
Sustancia liquida Masa (kg) Volumen (m^3) Densidad
(kg/m^3)
101
Aceite de cocina 0,0440 1,2723 0,0346
Miel 0,1430 1,2723 0,1124
Shampoo 0,0950 1,2723 0,0747
Agua 0,0780 1,2723 0,0613
Tabla 3
Datos experimentales
Sustancia liquida Distancia (m) Tiempo (s) Velosidad (m/s)
Aceite de cocina 0,0950 0,5300 0,1792
Miel 0,0950 23,1900 0,0041
Shampoo 0,0950 5,5000 0,0173
Agua 0,0950 0,5000 0,1900
Tabla 4
Viscosidad
Sustancia liquida
Viscosidad
(pa*s)
Aceite de cocina 7,5414
Miel 329,9700
Shampoo 78,2594
Agua 7,1145
Se observan de los datos experimentales tomados por los estudiantes que:
La tabla 1, la cual muestra los valores experimentales de la masa, el volumen y la densidad de la
esfera metálica, son similares en los 4 grupos de estudiantes, ya que las esferas proporcionadas a
cada grupo tenían las mismas dimensiones, los resultados pueden variar por ciertos errores a
momento de la toma de las medidas proporcionadas por la balanza o el calibrador o incluso el
resultado arrojado por la calculadora.
La tabla 2, la cual muestra los valores experimentales de la masa, el volumen la densidad de
cada uno de los líquidos experimentales, al igual que la tabla 1 es similares, a pesar de que cada
grupo de estudiantes contaba con la misma probeta con el mismo volumen, los estudiantes para
obtener la masa neta de cada líquido debían pesar cada sustancia con la probeta y restar el valor
de la masa de la probeta desocupada, tal vez en este proceso se encuentra la variación de los
datos, por ejemplo, mientras se acompañaba a los estudiantes en la práctica y toma de datos se
notó que varios estudiantes tomaban la masa en gramos y realizaban el cálculo en gramos, sin
102
notar que deberían convertir esta unidad a kilogramos para obtener el resultado bajo la misma
unidad de medida. Sin embargo si se comparan los datos obtenidos de la densidad experimental
de cada sustancia con la densidad real se encuentra que:
En su orden la sustancia menos densa es el aceite de cocina, seguido por el agua, el Shampoo y
finalmente la sustancia más densa es la miel. Si comparamos estos datos con los obtenidos
experimentalmente no se acercan a los valores reales, sin embargo se evidencia que de los datos
experimentales obtenidos por los estudiantes muestran, que la sustancia de la más densa a la
menos densa es la miel, el Shampoo, el aceite y el agua.
La tabla 3, la cual nos muestra el valor de la velocidad que tiene la esfera al descender cierta
distancia por el tiempo que se demora en recorrerlo, para cada uno de los fluidos viscosos de
estudio, en esta se evidencia una velocidad muy pequeña en las sustancias como la miel y el
Shampoo, pero contrario a esto hay una velocidad mucho mayor para el agua y aceite de cocina,
siendo más rápida la del agua, de esto se puede concluir que la miel y el Shampoo son fluidos
con un alto grado de viscosidad y que el agua y el aceite tienen un bajo grado de viscosidad, ya
que la esfera metálica, se logra desplazar mucho más rápido en fluidos con bajo grado de
viscosidad.
6.5 Preguntas para reflexionar
SUSTANCIA
LIQUIDA
DENSIDAD REAL
(Kg/m^3)
Aceite de cocina 𝟗𝟐𝟎
Agua 𝟏𝟎𝟎𝟎
Shampoo 𝟏𝟎𝟒𝟎
Miel 𝟏𝟒𝟏𝟑
103
Después de desarrollada esta práctica experimental se realizan una serie de preguntas
relacionadas con la realización del mismo, con el fin de enfrentar las teorías y conocimientos
adquiridos por los estudiantes a partir de la práctica experimental, de lo que se obtuvo:
Tabla 28. Resultados preguntas para reflexionar sobre la viscosidad
1. ¿qué entiende por fluido? ¿el aire los es? ¿porque?
Es una sustancia que presenta poca movilidad y un desplazamiento libre, el aire se comporta
como un fluido ya que los cuerpos pueden desplazarse por el aire solo que se ejerce una presión.
Es un líquido y no el aire no es un fluido es un componente que se encuentra en la atmosfera
Es algo suave por donde algo fluye fácilmente como el agua, si lo es, porque hay cosas que
fluyen fácilmente a través de él y genera resistencia
Sustancia con mayor moléculas solo hay una fuerza de atracción débil, si ya que se comporta
como un fluido
Es una consistencia blanda, como el agua, aceite, etc., que corre y se adapta con facilidad. Sí,
porque cualquier definición de fluido incluye los gases.
Es algo blando que se forma por alguna sustancia. Si por eso la mecánica de fluidos incluye el
aire
2. Después de la práctica, ¿qué entiende por densidad y viscosidad? ¿porque?
La densidad es la cantidad de masa que tiene un fluido en determinado volumen y la viscosidad
la resistencia de un fluido a cambiar de forma
La viscosidad es una constante que se determina a la sustancia como un líquido y la densidad es
la relación entre la masa y el volumen de una sustancia
La densidad la puedo entender como una relación entre la masa y el volumen o entre masas y
por viscosidad algo espeso y pegajoso, entiendo eso por densidad porque al sacarla usamos la masa y
el volumen en el procedimiento
Densidad es la relación de masa y volumen de una sustancia, viscosidad es cuando los líquidos
al fluir tienen un poco de resistencia y estos dos se dan por su forma molecular
La densidad es la cualidad de lo que es denso, es decir la relación entre su masa y volumen de
una sustancia. La viscosidad es la consistencia espesa y pegajosa de una sustancia
La viscosidad según entendí con la práctica es que es una parte de una sustancia la cual está en
varios lubricantes en el uso cotidiano
3. ¿qué factores determinan la viscosidad en las sustancias? ¿porque?
La masa, la densidad y el volumen, porque de esta manera se determina la viscosidad de las
sustancias.
La fricción dentro del fluido es el resultado de las fuerzas intermoleculares dentro de una
sustancia, es directamente proporcional a la intensidad de esta fuerza
Radio de la esfera, gravedad, densidad, porque estos son los factores que se utilizan para sacar
la fórmula de viscosidad
La forma en la que se ve o cómo reacciona a otras sustancias
Fuerzas intermoleculares, fuerza constante, coeficiente de viscosidad, altura nivel fluido,
velocidad del fluido
Es causada por la fricción dentro del fluido y este es el resultado de las fuerzas intermoleculares
entre partículas dentro de la sustancia
4. Realiza en una gráfica de las fuerzas intervienen en el sistema
104
Imagen 2. Resultados graficas de fuerzas laboratorio de viscosidad
Grupo 1
Grupo 2.
Grupo 3.
Grupo 4.
Grupo 5.
105
5. ¿si se varía la distancia de desplazamiento de la esfera cambiara el resultado? ¿porque?
No, porque el fluido sigue siendo el mismo
Sí, porque al hallar la velocidad necesita la distancia y el tiempo, entonces si cambiaria todo.
No, debido a que el fluido sigue siendo el mismo y por ende su viscosidad igual
Si, ya que al variar el desplazamiento se cambia la distancia y el tiempo
No, porque siempre se desplazara en la misma densidad del fluido
Sí, porque cambiaría la velocidad y esto cambiaria a su vez el resultado de la viscosidad ya que
esta magnitud se tiene que operar con otras.
6. ¿qué factor(es) intervienen para que un fluido viscoso se vuelva no viscoso? ¿porque?
La temperatura y el movimiento, debido a que con la temperatura pierde viscosidad
El calor afecta la viscosidad ya que las fuerzas se debilitan y en consecuencia se vuelve menos
viscoso y más liquido
La temperatura y el movimiento, debido a que con la temperatura pierden la viscosidad y el
movimiento, es la única forma que se presenta la viscosidad de una sustancia
La temperatura ya que si se incrementa la cohesión disminuye.
El agua o un fluido menos viscoso, pero habría más volumen
Los factores que intervienen son temperatura: calor – frio, movimiento: al mezclarlo con otra
sustancia o al agitarlo.
7. ¿cómo varia el valor de la viscosidad si la esfera es más grande o más pequeña? ¿porque?
Es el coeficiente de arrastre este de la bola es 0,47, no varía si es grande o pequeña siempre será
el mismo coeficiente
Porque entre mayor masa de la esfera mayor resistencia en el fluido
Por la forma en la que se desplaza ya sea rápido o lento
Fue su masa y su volumen
Varia de modo que se hace más resistente al bajar en el líquido, es decir, entre as masa tenga,
mayor resistencia se opone.
8. De acuerdo a lo que conoces que enumera del menos viscoso al más viscoso 10 sustancias.
Agua, aceite, avena, yogurt, shampoo, leche condensada, productos para el pelo, gel, miel,
petróleo.
Aire, metanol, agua, leche, vino, mostaza, crema de manos, miel, chocolate, salsa de tomate.
Etanol, acetona, xileno, tolueno, benceno, aceite de soya, aceite de castor, agua, tietranolamina,
miel de abejas.
9. Investiga en internet los valores reales de estas sustancias y compara con los obtenidos en la
práctica.
Aceite (1000 cps), miel (10000 cps), agua (1 cps)
106
Miel (10000 cps), agua (1 cps), aceite (0,0257 n*m/s^2), shampoo (2500 cps)
Aire (0,01 cps), metanol (0,5 cps), agua (1 cps), leche (3 cps), vino (25 cps), mostaza (70000
cps), crema de manos (100000 cps), miel (10000 cps), chocolate (25000 cps), salsa de tomate (50000
cps).
Miel de abejas (10000 cps), agua (1 cps), aceite (85 – 150 cps), shampoo (15 cps)
Durante el desarrollo de la práctica experimental, se evidencia la curiosidad por el estudiante por
determinar y descubrir que le sucede a la esfera con cada uno de los fluidos viscosos, por los cual
en la primera pregunta, se cuestiona al estudiante sobre lo entendido por el concepto de fluido de
lo cual se obtienen respuestas como: que un fluido es una sustancia suave o blando que tiene
mucha facilidad para desplazarse y adaptar la forma donde se encuentre; la conclusión de los
estudiantes no es errada, pues teóricamente un fluido es una sustancia que tiene la capacidad de
fluir por su composición molecular, ya que tanto las moléculas de los líquidos como los gases se
encuentran separadas a diferencia de los sólidos, esto les da la posibilidad de desplazamiento y
de adquirir la forma en donde se encuentren. Sin embargo se les pregunta a los estudiantes si
ellos creen que los gases se comportan como fluidos, pero no la mayoría se refiere que si es un
fluido porque lo han leído en la teoría de los libros de física, solo algunos opinan que los gases si
son fluidos porque cualquier cuerpo que se encuentre en él puede desplazarse. Entonces se puede
concluir que cualquier objeto que puede desplazarse con mucha o poca resistencia en algún
medio este medio se comporta como un fluido, como lo es el líquido y el gas. De esto también se
puede concluir que el estudiante inconscientemente determino una característica de los estados
de la materia, y es su capacidad para fluir.
En la segunda pregunta se cuestiona al estudiante por lo que él considera que es la densidad y la
viscosidad, para el concepto de densidad la mayoría de los estudiantes la concluyen como los
libros de física, como una relación que existe entre la masa y el volumen de cierto material o
sustancia; otros estudiantes concluyen que la densidad la determina el peso, es decir entre más
pesado es más denso y entre más liviano menos denso, sin embargo se les explica a los
107
estudiantes, que la densidad, es una característica que poseen todos los materiales y sustancias de
los tres estados de la materia, en la que si se relaciona la masa con el volumen y que se puede
analizar de varias maneras, evidentemente un objeto entre más masa tenga, más denso es y entre
más volumen menos denso es, por ejemplo, en la vida cotidiana encontramos en los diferentes
deportes pelotas con el mismo volumen pero diferente densidad, esto se evidencia con una pelota
de voleibol y una de bolos, las dos tienen el mismo volumen, pero la masa de la de bolos es
mayor por lo cual tiene mayor densidad que la de voleibol. Es importante ubicar al estudiante en
un plano cotidiano en la explicación y aplicación de un concepto de física, para que el estudiante
no lo vea como un concepto abstracto, sino como un concepto aplicado a la vida.
Por otro lado se pregunta por lo entendido relacionado con el concepto de viscosidad, a lo que
los estudiantes responden, como una sustancia liquida, espesa y pegajosa, la cual por su
consistencia ejerce cierta resistencia a fluir. De esta conclusión, se puede apreciar que el
estudiante entendió el concepto de viscosidad ya que lo relacionan como una característica de
todo líquido que tiene consistencia espesa y cierta resistencia a fluir; para esta práctica
experimental, se hace interactuar al estudiante con líquidos de su cotidianidad como lo son el
Shampoo, la miel, el agua y el aceite de cocina, para que el estudiante encuentre una relación de
estos conceptos físicos en su ambiente social, entonces el estudiante entiende como caracterizar
un líquido si es o no viscoso, además de intuir entre ciertos líquidos su grado de viscosidad.
En la tercera pregunta, se cuestiona al estudiante sobre qué factores cree él que determinan que
una sustancia sea viscosa, físicamente no existe un factor que haga que una sustancia liquida
pura se vuelva espesa ya que la viscosidad es una característica que tienen ciertos líquidos y va
relacionada con su composición molecular y densidad innata de cada sustancia, la viscosidad en
un líquido se hace evidente cuando se le aplica un movimiento o es agitado, sin embargo se
108
encuentran respuestas de algunos estudiantes que entienden el concepto de viscosidad como la
existencia de unas fuerzas intermoleculares y de fricción que se están ejerciendo haciendo que el
líquido se vuelva viscoso y espeso, ciertamente cuando un líquido está fluyendo, se puede
caracterizar su viscosidad por la velocidad con el que fluye, como se había nombrado
anteriormente, un líquido viscoso está formado por varias capas laminares, las cuales al moverse,
cada lamina ejerce una fuerza de resistencia o de fricción al movimiento con la lámina siguiente,
que en la cotidianidad se caracteriza como el espesor de una sustancia. Esta conclusión es válida
como también importante, ya que el estudiante analiza e intuye todos los factores que suceden a
nivel intermolecularmente en una sustancia.
En la cuarta pregunta, se pide a los estudiantes realizar un diagrama de fuerzas que experimenta
la esfera metálica al descender por la sustancia viscosa, ya que para determinar cuantitativamente
el valor de la viscosidad se aplica la ley de Stokes, en la que se hace necesario un análisis de las
fuerzas intermoleculares que experimenta la esfera. De las gráficas obtenidas por los estudiantes
se analiza que, para los grupos 1, 2, 4 y 5, describen que las fuerzas que le son aplicadas a la
esfera metálica hacia abajo son: fuerza de peso y fuerza de gravedad y hacia arriba la fuerza de
empuje, sin embargo se sabe que la fuerza de gravedad no es una fuerza independiente ya que
está implícita en la fuerza de peso, entonces la esfera metálica al ir descendiendo por el fluido
viscoso experimenta una fuerza de peso hacia abajo y una fuerza de empuje por parte del líquido
hacia arriba. En grupo 4 de otro modo describe las fuerzas que experimenta la esfera como
energía potencia y energía cinética, velocidad, gravedad y normal, la apreciación de los
estudiantes de este grupo se encuentra errado, pues si bien es cierto que la esfera metálica
experimenta una energía potencial alta al momento que se suelta y va disminuyendo a medida
que desciende para convertirse en energía cinética, estas energías no son fuerzas, como tampoco
109
lo son la gravedad ni la velocidad, para este experimento no se experimenta fuerza normal, ya
que para que exista, la esfera debería estar sobre una superficie horizontal.
En la quinta pregunta, se cuestiona al estudiante, sobre la distancia que determino para tomar el
tiempo de desplazamiento de la esfera, es decir si esta distancia se hace más corta o más larga se
podría obtener el mismo resultado. Teóricamente la ley de Stokes afirma que una esfera que
desciende por un líquido viscoso experimenta una velocidad constante, por lo cual no debería
afectar el valor cuantitativo de la viscosidad si se toma una distancia corta o larga para analizar el
fenómeno. Sin embargo se encuentran dos conclusiones, la mitad de los estudiantes concluyen
que si cambiaría el valor de la viscosidad porque al variar la distancia, varia el tiempo y así su
velocidad, la otra mitad de estudiantes afirman que no, ya que la sustancia por la que se está
desplazando la esfera es la misma, es decir no hay variación de densidad, volumen, masa,
gravedad o dimensiones de la esfera. De la primera conclusión se puede afirmar que el estudiante
no tiene claro que la esfera en un fluido viscoso se mueve a una velocidad constante, es decir no
varía, por lo cual no afecta el resultado final, ya que como lo afirman los estudiantes en la
segunda conclusión la sustancia liquida es la misma, no hay cambio de ninguna variable o
liquido viscoso. Físicamente si nos referimos a la ecuación (24), en al que se expresa la
viscosidad de acuerdo a la ley de Stokes, en esta se aprecia una relación inversamente
proporcional entre el valor de la viscosidad y la velocidad de desplazamiento de la esfera
metálica, sin embargo a una velocidad contante hay una viscosidad constante, por lo cual si se
varia la distancia de desplazamiento de la esfera, ya sea más corta o más larga, la velocidad va a
ser constante, por lo cual la viscosidad no varía.
En la sexta pregunta, se cuestiona al estudiante sobre lo que creen ellos que hace que un fluido
viscoso se vuelva no viscoso, la mayoría de los estudiantes contesto que al incrementar la
110
temperatura de la sustancia, las fuerzas intermoleculares se debilitarían, haciendo que el fluido se
vuelva más líquido y pierda su viscosidad. Por ejemplo de acuerdo a los fluidos estudiados en
este laboratorio, el líquido con mayor viscosidad es la miel, si se expone esta sustancia a un
incremento en su temperatura se volverá más liquida y perderá parte de la viscosidad que tenía.
Si nos vamos a estudian lo que sucede intermolecularmente, al exponer el fluido viscoso a un
aumento en su temperatura, los enlaces entre las moléculas de la sustancia se romperían,
entonces pasarían de estar juntas como en el estado sólido a estar algo dispersas como en el
estado líquido. Es importante encontrar esta conclusión de los estudiantes ya que en este
laboratorio no se estudia que factores intervienen para cambiar la viscosidad de una sustancia,
por los cual los estudiantes extrapolaron esta conclusión de su vivencia social. Se encontró otra
conclusión de un grupo de estudiantes y es mezclar la sustancia viscosa con otro líquido para que
cambie su viscosidad, esta conclusión puede ser válida, pero al hacer esto se está variando la
composición molecular de la sustancia así como su densidad y volumen, por lo cual no cambia la
viscosidad, sin variar o afectar las características únicas e innatas de la sustancia inicial.
En la séptima pregunta, se cuestiona al estudiante otra variación de la inicial, y esta es que
sucedería si se cambia las dimensiones de la esfera, es decir más grande o más pequeña,
cambiaría la viscosidad del líquido?, al analizar las respuestas de los estudiantes se evidencia que
ellos aprecian este cambio de las dimensiones de la esfera, no a una variación del valor de la
viscosidad, sino a un cambio en la resistencia que está ejerciendo la esfera al bajan por el fluido
viscoso. Físicamente el hecho de que cambien las dimensiones de la esfera, no hace que cambie
el valor de la viscosidad del fluido puesto que no se está afectando la composición de la
sustancia, si nos referimos a la ecuación (24), se evidencia que la densidad de la esfera metálica
está implícita, pero el hecho de realizar una variación en las dimensiones de la volumétricas de la
111
esfera podrían hacer que varié la velocidad de desplazamiento de la esfera, de este modo, seria
mínima y constante esta variación , por lo cual no afectaría el valor final de la viscosidad.
La octava pregunta es informativa, después de realizada la práctica y haber estudiado las cuatro
diferentes sustancias, se pide al estudiante investigar 10 sustancias y su valor cuantitativo de la
viscosidad con el fin de que el estudiante caracterice otro tipo de fluidos que puedan o no
encontrar en su ambiente social o educativo, entre los que se puede apreciar sustancias como:
Agua, aceite, avena, yogurt, Shampoo, leche condensada, productos para el pelo, gel, petróleo.
aire, metanol, agua, leche, vino, mostaza, crema de manos, chocolate, salsa de tomate, etanol,
acetona, xileno, tolueno, benceno, aceite de soya, aceite de castor, tietranolamina, algunas de
estas sustancias comunes son para los estudiantes.
En la novena pregunta, se le pide al estudiante que realice una comparación entre los valores
definidos de la viscosidad de los fluidos de estudio y los valores experimentales obtenidos por
los estudiantes, entre los valores investigados por los estudiantes se aprecia que la viscosidad se
encuentra en unidades cps, los cps, son centipoise que corresponde a un submúltiplo del poise, en
la práctica los estudiantes obtuvieron los resultados en la unidad SI de pascal-segundo o poise, el
centipoise es 10−3pascal-segundo. Sin embargo se evidencia que los valores experimentales
obtenidos de la viscosidad, no se acercan a los valores teóricos, podrían existir diferentes factores
por los cuales los valores se alejaron de los reales, una de las más comunes es la toma exacta de
las medidas y la conversión de las mismas para que se estudie sobre la misma unidad de medida.
A pesar de los valores obtenidos por los estudiantes, se aprecia que con estos datos se puede
cualificar la viscosidad acercándose a la realidad, es decir, teóricamente el orden de los fluidos
del más viscoso a menos viscoso es: Miel, Shampoo, Aceite de cocina y Agua, en la práctica
experimental se concluye que los estudiantes obtuvieron resultados similares para estas
112
viscosidades, es decir, el fluido más viscoso que obtuvieron fue la Miel, seguido el Shampoo, el
Aceite de cocina y finalmente el Agua. Se hace necesario para acercarse a los valores reales la
realización nuevamente de esta práctica y confrontar los errores y aciertos.
6.6 Conclusiones
Finalizada la práctica se pide a los estudiantes determinar las conclusiones obtenidas de la
temática de Fluidos líquidos y Viscosidad, de lo cual se obtuvo:
Tabla 29. Resultados conclusiones sobre la viscosidad
Algo viscoso es adhesivo o pastoso, diferenciándose de otros estados como el sólido o el
líquido.
El experimento nos ayuda a diferenciar el concepto de viscosidad de la sustancia que vimos en
general
Se alcanza analizar que la miel es la sustancia con mayor viscosidad porque es la que más se
demora en caer y su velocidad fue la menor
El agua es la sustancia con menor viscosidad y noto que también influye la masa para esto, ya
que esta era la de menor masa
Gracias al experimento se pudo observar las diferencias de viscosidad en los fluidos y como se
saca a cada sustancia
Cada fluido viscoso es diferente, un ejemplo seria el agua y el aceite los cuales fluyen rápido,
lo opuesto seria el Shampoo y la miel, lo que se puede afirmar que cada fluido tiene diferente
viscosidad
La viscosidad o fluido viscoso se encuentra también en el aire o gases.
De lo anterior se puede concluir que la viscosidad la determinan los estudiantes como algo
espeso y pegajoso, donde cada fluido tiene determinado valor de viscosidad.
De otro modo los estudiantes determinaron que la viscosidad la pueden cualificar utilizando la
ley de Stokes, ya que al arrojar una esfera metálica a cada fluido, el que tenga menor velocidad
será el más viscoso y viceversa.
Otra forma de cualificar la viscosidad de acuerdo con los estudiantes es la velocidad de recorrido
o movimiento que tiene un fluido, es decir, si se aplica una fuerza a un líquido haciendo que este
se mueva, el fluido que “fluye” más rápido es menos viscoso que el que “fluye” más lento, el
cual sería el más viscoso.
113
En cuanto a los resultados obtenidos experimentalmente por los estudiantes se aprecian varias
conclusiones:
Los valores de los datos experimentales se alejaron bastante de los valores reales lo cual podría
ser debido la inexperiencia de los estudiantes por desarrollar prácticas de laboratorio, la exactitud
en la toma de datos, al realizar la conversión de algunos valores para desarrollarlos bajo la
misma unidad de medida, las cifras significativas que se pudieron haber suprimido o agregado al
reemplazar los datos en las ecuaciones. Sin embargo, se evidencia que el valor cualitativo de la
viscosidad para cada uno de los fluidos líquidos, se
Asemeja a la realidad, es decir a pesar que los valores cuantitativos se alejaron bastante de los
reales, el valor cualitativo es certero ya que los estudiantes obtuvieron viscosidades altas para la
miel y el Shampoo y viscosidades bajas para el aceite y el agua.
Valores de Densidad obtenidos por los estudiantes aunque no obedecen a los reales, si
caracterizan la cualidad de la densidad de cada fluido, es decir los estudiantes obtuvieron
densidades altas para fluidos con alta densidad y viceversa.
El estudiante construye el concepto de fluido basado en sus ideas previas y en la aplicación de
esta práctica experimental, ya que confirma certeramente el concepto, caracterizándolo, “un
fluido liquido es una sustancia que tiene la capacidad de fluir debido a la distribución de sus
moléculas, los cuales tienen características aplicables a cada tipo de fluido como la densidad y
viscosidad”
Los estudiantes se dieron cuenta que aplicando la ley de Stokes se determina el valor de la
viscosidad de cualquier fluido líquido, especialmente observando la velocidad que muestra la
esfera metálica cuando desciende por un fluido.
114
Capítulo 3
Análisis y aplicación de la propuesta de la pasantía
Aristóteles (384 -322 a.C.) y sus discípulos trataron de explicar las causas de los fenómenos
partiendo de observaciones fragmentarias, con pleno menosprecio de la práctica (de la
experimentación). De todos los pensadores de la antigüedad sólo Arquímedes (287-212 a.C.) fue
el precursor del nuevo enfoque metodológico de la investigación de la naturaleza, pues
conjuntamente con el método deductivo empleó ampliamente el experimento como medio para
descubrir y comprobar las hipótesis de las ciencias deductivas.
La concepción de ciencia de Aristóteles, era concebir la ciencia como un tipo de conocimiento
demostrativo expresado en teorías. Las cuales debían tener un formato deductivo que siguiera el
modelo de las ciencias formales, en la cual algunas afirmaciones actuaban como principios a
partir de los cuales luego se obtendrían consecuencias. Las que proporcionó un modelo de la
manera como sería entendida la ciencia durante siglos, o como las conocemos actualmente
filosofía de las ciencias.
Sin embargo el método de enseñanza de las ciencias enfocado en el desarrollo de las prácticas
experimentales tiene como objetivo la complementar la enseñanza aprendizaje teórica, como
medio de construcción de conocimiento, donde el estudiante pone a prueba su habilidad para
medir y manipular diferentes instrumentos en la búsqueda de unos resultados que luego serán
analizados, este enfoque paso a convertirse en un método tradicionalista, es decir como la
realización de una receta o unos pasos a seguir para llegar a un fin, sin el que haya por echo un
análisis, verificación o construcción de un conocimiento, donde los estudiantes se rigen a utilizar
ciertos instrumentos y tomar medidas, donde carece la comprensión de lo que hacer y muchas
115
veces no está enfocado en las necesidades de los educandos sino que está propuesta en
desarrollar una serie de contenidos expuestos en el estándar curricular.
Este enfoque tradicionalista de la enseñanza de la ciencia desconoce la dinámica de la
construcción del conocimiento, ya que el docente enmarca el aula de clase como un escenario
especifico y homogéneo, donde se imparte de igual manera a todos los educandos, dejando de
lado la relación estudiante – profesor y alejándose de su contexto sociocultural pasando a ser un
sujeto receptor de un discurso científico. Este rol del docente se reduce como lo manifiesta Pozo
(1999), a exponer desde la explicación rigurosa, clara y precisa, los resultados de la actividad
científica y en donde la intención y perspectiva del aprendizaje es que los educandos apliquen el
conocimiento en la resolución de problemas cerrados y cuantitativos. En consecuencia, el
docente, al fundamentar la enseñanza en la transmisión oral, marca la diferencia entre los
poseedores del conocimiento (docentes) y los receptores (estudiantes) ignorantes del mismo
(Pozo, 1999).
La práctica de laboratorio se encuentra organizada en tres momentos: introducción, desarrollo y
conclusiones, que tiene como objetivo generar motivación, comprobar teorías y desarrollar
destrezas cognitivas de alto nivel, sin embargo muchos estudiantes piensan que el propósito de
las practicas experimentales es seguir unas instrucciones y obtener correctamente un resultado,
forzando muchas veces las variables para obtener cuantitativamente “lo exacto” dicho por el
docente.
Pero a todo esto donde queda el verdadero valor de la construcción del conocimiento científico?
Si bien es cierto el aprendizaje y comprensión del conocimiento científica así como los
principios, leyes y contenidos que la rigen, son lo suficiente mente abstractos, se hace necesario
que el docente se apoye de las practicas experimentales no para cumplir las actividades
116
planteadas en los libros de texto sino para ayudar a que el educando comprenda y aplique estos
conceptos y contenidos a su ambiente social, así como en la práctica encuentre sentido y analice
lo obtenido por él, se hace necesario que el docente le enseñe al estudiante a que analice y
comprenda los resultados que obtuvo, así no sean los correctos, ya que esto ayudara a que el
estudiante comprenda los errores que ejecutó y encuentre estrategias en la medición y toma de
datos, para obtener un valor cuantitativo cercano y certero.
El grupo de estudio de estudiantes del Colegio Nuevo Reino de Granada, en el que se
desarrollaron las actividades experimentales, carecía por mucho tiempo de implementación de
laboratorios, es decir, la comprensión de las ciencias estaba arraigada a un enfoque
tradicionalista, donde en el aula de clase se impartían el discurso de conocimientos físicos y
científicos a los estudiantes, alejados de la experimentación y guiados únicamente a resolución
de ejercicios de lápiz y papel. Por esto el objetivo de este trabajo era la implementación de
prácticas experimentales como método de comprensión del conocimiento científico, con el fin de
que el relacione los contenidos aprendidos en el aula de clase y los lleve a la aplicación y
explicación de los fenómenos físicos que evidencia en su contexto social, cultural y educativo.
Las prácticas experimentales que se diseñaron para este grupo de estudiantes se encontraban
regidas bajo los contenidos del plan de estudio de cada grado, es decir luego de la instrucción
teórica impartida por el docente en el aula de clase, el estudiante procede al desarrollo de la
práctica donde se busca que el estudiante confronte y construya su propio conocimiento basado
en lo aprendido dentro de la misma. Esta propuesta practico – experimental, se basa en las
siguientes cinco etapas como lo muestra el siguiente diagrama:
117
Figura 21. Esquema desarrollado para el desarrollo de prácticas experimentales
En el anterior diagrama encontramos un esquema de cómo se llevó a cabo el desarrollo de las
prácticas experimentales aplicadas a los estudiantes del colegio Nuevo Reino de Granada, el
cual estuvo orientado en las siguientes etapas:
La pregunta problematizadora enfoca el desarrollo de la practica experimental, es decir, pretende
que el estudiante indague y se cuestione sobre el tema a tratar con el fin de promover el
pensamiento crítico y deductivo del estudiante. Estas preguntas problematizadoras se hacen con
el objetivo de atraer su atención, enfocar al estudiante en un tema al cual le encuentre
explicación física y con el cual indague, curiosee y ponga a prueba su habilidad critica para que
así determine la posible solución de este.
Muchas de las preguntas problematizadoras que desarrollan los docentes ya implican la
respuesta, por lo cual es estudiante difícilmente tratara indagar sobre el experimento, limitan al
estudiante en su iniciativa por la exploración ya que fácilmente tiene la respuesta. Por ejemplo,
dentro de este trabajo que se desarrolló con estudiantes de grado Decimo, se plantea una práctica
experimental para estudian el movimiento parabólico, el cual tiene como título una aplicación de
este fenómeno: ¿Cómo funciona una catapulta?, dentro de esta pregunta no se plantea
directamente el movimiento parabólico, con ello el estudiante comienza a cuestionarse la
118
aplicación del movimiento parabólico para determinar la funcionalidad de una catapulta, dentro
de esta pregunta ya el estudiante expone las variables que él considera se ven implícitas en el
experimento, como lo son inclinación del ángulo, alcance máximo, tiempo y altura, aquí el
estudiante pone a prueba su habilidad para indagar y encontrar una posible respuesta a esta
pregunta. Diferente seria si el título de la práctica experimental expusiera “movimiento
parabólico”, ya que el estudiante caería la respuesta del fenómeno directamente sin necesidad de
indagar pues ya ha visto la temática y sabe lo que va a pasar. Dentro de este trabajo se pide a los
estudiantes llevar una cartilla exclusivamente para el desarrollo de estas prácticas
experimentales, está contiene ciertas pautas a seguir para la realización de estas prácticas
experimentales pero no como pasos de un recetario, ya que se cambiaron estos criterios por
preguntas problematizadoras, es decir, el estudiante no encuentra títulos como:
Título de la Practica = Cada practica tiene un titulo
¿Qué Sucederá? = Hipótesis del experimento
¿Qué se Quiere Averiguar? = Objetivos del experimento
¿De qué se trata? = Marco teórico del experimento
¿Qué se Necesita? = Materiales del experimento
¿Cómo se Desarrolla? = Procedimiento del experimento
¿Que se obtuvo? = Análisis de resultado del experimento
Preguntas para Reflexionar = Hace referencia a una serie de preguntas para reflexionar
a nivel cualitativo acerca del experimento
Conclusiones = Conclusiones y confrontaciones del experimento
Glosario = Conceptos que no se entiendan o que se quieran reforzar del experimento
119
Bibliografía = Referencia bibliográfica sea de un libro, internet o un artículo acerca del
experimento
Como se evidencia estas preguntas problematizadoras conllevan a que el estudiante indague
sobre lo que se pretende averiguar o desarrollar en la práctica experimental. Dentro del
cuadernillo de experimentos el estudiante escribe una interpretación de cada pregunta o ítem,
entonces esté comprende y razona el desarrollo de la practica experimental, aunque cada uno de
los ítems son los pasos de la realización de un clásico laboratorio físico, se cambiaron por
preguntas para ubicar al estudiante en otro contexto, que para él tenga mas sentido. El docente no
debe caer en actividades arcaicas y tradicionalistas las cuales hacen que el estudiante reproduzca
cabalmente las orientaciones dadas por el documento guía elaborado por el docente, en el cual se
encuentra planteado que acciones debe hacer el estudiante y como proceder y como medir,
limitando la capacidad de razonar, cayendo en un proceso repetitivo, el cual no hace parte del
objetivo de las ciencias.
1 etapa: Formulación de hipótesis:
Dentro de este marco los estudiantes emplean dos concepciones básicas, la primera es la
aplicación de las ideas previas y la segunda la interpretación de estos fenómenos físicos
aplicados en su entorno social y cultural. Las ideas previas han permitido en primer lugar, poseer
conocimiento acerca de las concepciones con las que los estudiantes enfrentan el aprendizaje de
los conocimientos científicos. En segundo, ha puesto de manifiesto que dicho aprendizaje lleva
incorporado un interesante problema de transformación conceptual y por lo tanto este proceso no
sería una adquisición aparentemente. En tercer y último lugar, la existencia de las ideas previas
pone de manifiesto el desafío de enfrentar los procesos de aprendizaje y especialmente la
didáctica, bajo una óptica distinta, puesto que para producir el cambio conceptual no bastaría
120
sólo con tomar en consideración estas ideas previas, si acaso este acto no va acompañado de una
metodología de enseñanza que incorpore la incertidumbre, la presencia de dudas y conjeturas, la
consideración de soluciones alternativas, el descarte de respuestas muy rápidas y seguras,
basadas en un mero sentido común, así como por tratamientos puntuales con falta de coherencia
en el análisis de diferentes situaciones (Gil, 1993).
Por otro lado el entorno socio – cultural del estudiante también juega un papel importante dentro
de la formulación de hipótesis ya que, el estudiante dentro de este ambiente se encuentra con
varias situaciones problemas relacionadas con fenómenos físicos, en las que ha interactuado y ha
visto el desarrollo y solución de este. Por ejemplo al dejar caer un objeto por experiencia, el
estudiante predice que el objeto caerá al suelo y se romperá, este es el concepto que el estudiante
construye de este fenómeno físico perdura, luego entonces entra el concepto de gravedad, con el
cual el estudiante entiende el resultado del fenómeno y sabe que cada vez que un objeto caiga al
suelo caerá por acción de la gravedad. Así como este hay muchos fenómenos en los que el
estudiante interpreta el resultado de acuerdo a la construcción conceptual, que haya adquirido de
la experiencia.
La formulación de hipótesis es fundamental antes de desarrollar cualquier práctica experimental,
ya que el estudiante expone una o varias ideas previas a la solución del problema, las cuales se
confrontaran durante el desarrollo de la experiencia y rectificaran si la solución era correcta o
incorrecta, basados en esta, el estudiante logra la construcción de un nuevo concepto del
fenómeno, el cual perdurara y le ayudara a determinar posibles soluciones que puede enfrentar el
situaciones relacionadas con este u otro fenómeno físico.
2 etapa: Construcción del mecanismo:
121
Generalmente el desarrollo de las prácticas experimentales se realizan dentro de un laboratorio
con instrumentos y condiciones físicas necesarias, sin embargo el Colegio Nuevo Reino de
Granada no cuenta con ninguno de estos recursos, por lo cual las prácticas experimentales se
diseñaron para que el estudiante construya sus propios mecanismos físicos con elementos
reciclables, con los cuales se puedan tomar medidas y reproduzcan el fenómeno físico planteado.
Tanto los estudiantes de grado Decimo como los de Once, desarrollaron dos practicas
experimentales dentro de las instalaciones del Colegio NRG y una dentro de las instalaciones de
la Universidad DFJC la cual si contaba con los recursos útiles para un laboratorio. Para los
estudiantes de grado Decimo que en su momento estudiaban la temática de movimiento de
proyectil o parabólico, los cuales construyeron para el primer experimento un cañón y para el
segundo experimento una catapulta, como se aprecia en las imágenes:
a. b.
Figura 22. a. Prototipo de un Cañón casero, b. Prototipo de una catapulta casera
Por otro lado los estudiantes de grado Once, que en su momento se encontraban estudiando la
temática de Energía potencial y Cinética y conservación de las mismas o Energía Mecánica, para
la primera practica al contrario de los estudiantes de grado decimo se utilizaron elementos
cotidianos como fueron balones de baloncesto y tennis, este experimento se hizo con el fin de
que los estudiantes apreciaran que en un laboratorio físico no necesariamente debe contener
elementos o instrumentos físicos con el fin de tomar medidas, ya que este experimento realiza un
análisis para obtener unas conclusiones netamente cualitativas, es fundamental que el docente
122
muestre al estudiante que los fenómenos físicos los encontramos en muchos aspectos de la vida
cotidiana o contextos socio – culturales en que se encuentre envuelto el estudiante, la temática de
energías y su conservación, si bien son conceptos abstractos que son difíciles de entender por el
estudiante ya que no lo ven o evidencian se hace fundamental llevar al estudiante a que analice
situaciones cotidianas que muestren a contengan el proceso de cualquier clase de energía y como
se puede analizar de acuerdo a la teoría estudiada en el aula de clase. Para el segundo
experimento que se aplicó a los estudiantes de grado Once, se pidió a los estudiantes construir un
prototipo útil en el que aprecien las energías, estos experimentos se aprecian en las siguientes
imágenes:
a. b.
Figura 23. a. Estudio energía potencial y cinética, b. Prototipo conservación de la energía
Para el tercer experimento los estudiantes grado Decimo y Once, lo desarrollaron dentro de las
instalaciones de la Universidad Distrital FJC, siendo esta la primera vez que interactúan dentro
de un ambiente científico con los instrumentos físicos adecuados para el análisis de un fenómeno
físico. Los estudiantes de grado Decimo realizaron el experimento relacionado con el tema de
segunda ley de newton, con la ayuda del carro dinámico, este les permitió analizar cuantitativa y
cualitativamente las fuerzas que se encuentran presentes en este sistema y su variación al
cambiar el peso de la masa colgante. Es importante que el estudiante desarrolle la habilidad para
medir, analizar y comprender el desarrollo de un laboratorio físico, del mismo modo entienda y
comprenda el funcionamiento de cada instrumento, con el fin de obtener el mejor resultado
123
posible y si no se obtuvo que variables influyeron que hicieron que cambiara el resultado y
porque, es esencial darle a entender al estudiante que los resultados que se obtuvieron no tienen
que ser precisamente exactos, ya que se caería en un intento del estudiante por esforzar el
sistema para que arroje resultados que el mismo no entenderá, el docente como guía deberá
preguntar y cuestionar al estudiante porque cree que obtuvo estos resultados, para que él razone y
comprenda que fenómeno físico está desarrollando en la práctica experimental y porque. El
desarrollo del experimento se puede evidenciar en las siguientes imágenes:
a. b. c.
Figura 24. a. Toma de medidas con el carro dinámico, b. Medición del peso de las masas del sistema con el
dinamómetro, c. Medición de las masas con la balanza
Los estudiantes de grado Once, desarrollaron una práctica experimental relacionada con el tema
de viscosidad, en este los estudiantes con ayuda de los instrumentos adecuados analizan,
comprenden y caracterizan los fluidos líquidos de acuerdo a su espesor o viscosidad, esto ayuda
a que el estudiante construya y ratifique lo entendido en el aula de clase y lo encuentra aplicado a
su ambiente socio – cultural. Al igual que los estudiantes de grado Decimo, los estudiantes de
Once desarrollaron la práctica experimental y la toma de datos con instrumentos similares,
implementando la habilidad y capacidad, para que el estudiante, comprenda y analice el
124
desarrollo del experimento. El desarrollo del experimento se puede apreciar en las siguientes
imágenes:
a. b. c.
Figura 25. a. Medición del peso de las masas del sistema con la balanza, b. Medición de las dimensiones de la
probeta, c. Esfera metálica cayendo en miel.
Como se puede apreciar tanto los estudiantes de grado Decimo como los de grado Once,
construyeron mecanismos útiles para él análisis y observación de los fenómenos físicos
estudiados en este momento. Los elementos que se utilizaron para construir los primeros dos
experimentos, fueron materiales reciclables con los que se realizaron fácilmente todos los
prototipos adecuados para la observación del fenómeno. A pesar de que los resultados obtenidos
por los estudiantes no son fueron los muy precisos, se logró que apreciaran, observaran y
confrontaran lo que ellos conocían del fenómeno físico.
3 etapa: Experimentación y observación de datos
Una vez desarrolladas las construcciones de los experimentos se sigue con la observación y con
ella la toma de medidas y datos de las variables a estudiar, con el fin de reevaluar las ideas
125
previas de los conceptos aprendidos. Durante este proceso se aprecia como el estudiante trata de
encontrar y buscar la mejor estrategia para que los resultados obtenidos tengan coherencia con el
experimento, es decir el estudiante interactúa, formula cuestionamientos, comprende y sintetiza
el fenómeno, construyendo una definición solida de los conceptos que está estudiando.
El experimento que se desarrolló en las instalaciones de la Universidad permitió al estudiante
interactuar con los instrumentos adecuados para recrear el fenómeno físico y obtener además de
medidas más exactas y mejores resultados, una confrontación de sus ideas previas, la hipótesis y
finalmente la construcción de un nuevo concepto.
4 etapa: Análisis de resultados
El análisis de los resultados permite que el estudiante desarrolle la capacidad de analizar los
datos obtenidos en las tablas y plasmados en gráficas, comprender el cambio o no de las
variables estudiadas, así como las relaciones directas o inversas entre las mismas. Es importante
desarrollar en el estudiante esta habilidad pues permite al estudiante analizar fácilmente gráficas
y tablas de datos sin necesidad de realizar la experiencia, además ayuda a predecir futuras
experiencias o análisis de variables e otro fenómeno.
5 etapa: Aplicación y confrontación de lo aprendido
Confrontar lo aprendido es poner a prueba lo fundamentado en las ideas previas e hipótesis de lo
que se tenía o no razón de lo que sucedería en el experimento, es decir estos resultados deben dar
respuesta a la hipótesis planteada.
En estas instancias la confrontación se convierte en una herramienta para el maestro que puede
“dirigir al estudiante a razonar sobre lo que ya domina, a relacionar los nuevos datos con lo que
ya conoce y a producir nuevos significados y relaciones”
126
Finalmente las aplicaciones y conclusiones del experimento son los procesos que permiten
expresar la medida cuantitativa y cualitativa del proceso de aprendizaje de los estudiantes
respecto al cumplimiento de los objetivos propuestos, cuyos resultados deben ser analizados y
valorados desde la perspectiva de la efectividad y la eficacia de la enseñanza y la calidad del
aprendizaje.
Con esta propuesta se busca mostrar un tipo de práctica de laboratorio donde al aproximarse
científicamente al medio, con la construcción de mecanismos sencillos, útiles y aplicables
permitan la recreación del fenómeno físico, además, se logre que el estudiante adopte una actitud
indagatoria, lo cual le posibilita formular hipótesis y plantearse problemas, elaborar estrategias
para resolverlas, buscar y confrontar sistemáticamente la información pertinente, intercambiar
opiniones y hallar pruebas para apoyar explicaciones. Es decir promover la flexibilidad para
renunciar a hipótesis y conceptos previos cuando los hechos los desmienten de la actividad
científica y al mismo tiempo, en un esfuerzo por incorporar plenamente el trabajo experimental,
en la enseñanza de las ciencias, asociándolo con otros aspectos igualmente importantes para la
investigación científica.
Desde el punto de vista científico, el docente tiene que darle más valor al desarrollo de las
prácticas experimentales dentro del aula de clase, a menudo es difícil para el estudiante, lograr la
construcción de cualquier concepto o ley física, ya que son conocimientos abstractos y aunque
están presentes en cualquier contexto, difícilmente el estudiante los aprecia, pues determina,
conoce, observa y ve el funcionamiento, pero no entiende él porque de este fenómeno físico,
cuando el estudiante asimila el funcionamiento de un fenómeno físico como los presentes en este
trabajo: movimiento parabólico, segunda ley de newton, conservación de energías y viscosidad,
quiere darle solución a cada una de las situaciones en la que encuentra algún fenómeno físico.
127
La segunda propuesta que se plantea en este trabajo es la fundamentación a los estudiantes de
cuadernos o cuadernillos de experimentos, saliendo de la tradicional presentación de laboratorios
rigurosos y obsoletos, en los que solo se aprecia un esfuerzo del estudiante por manipular los
datos que el docente le solicita obtener, es importante que el estudiante cometa errores, que no le
den los resultados correctos, pues de aquí se parte para que el estudiante indague y reestructure el
experimento, buscando las estrategias adecuadas y propias para verificar donde y como se
cometió el error. Mecanismos que construyan los estudiantes hacen que estos se apropien de su
experimento y que sientan la necesidad de que funcione para que se observe y obtenga el mejor
resultado con el que confronte la hipótesis y construya un nuevo concepto.
A continuación se mostraran algunos de los cuadernillos que se pretende el docente implemente
en el aula de clase, hay que tener en cuenta que el estudiante es el autor de este cuaderno por lo
cual, el estudiante está en la plena libertad de hacer comentarios, citar autores, realizar dibujos o
pegar recortes si él lo cree pertinente, por lo cual el docente como guía del conocimiento debe
valorar los aspectos positivos y negativos que el estudiante halla plasmado en su cuadernillo. A
continuación se muestran ideas para la realización del mismo:
128
Figura 26. Estudio del principio de pascal
Figura 27. Estudio de la fuerza de fricción
129
Figura 28. Estudio de la energía potencial eléctrica
Figura 29. Estudio de la densidad
130
Como se evidencia las prácticas experimentales propuestas en las figuras anteriores se salen de
los esquemas tradicionalistas, los cuales muestran un título atractivo a los ojos de los estudiantes,
el cual busca que él indague e investigue sobre el contenido y una posible solución al fenómeno
físico. En estos cuadernillos se describen una breve introducción al contenido de la temática, los
objetivos a cumplir, los pasos para desarrollar el experimento y el análisis de resultados, todo
enfocado en preguntas problematizadoras, finalizando este experimento con una conclusión
cualitativa o cuantitativa de la experiencia que acaba de realizar y su referente aplicación en la
cotidianidad.
Aportes de la pasantía a la formación como docente de Física
Es importante que el docente entienda el objetivo de la enseñanza de las ciencias y no como una
transmisión de conocimientos arcaicos y tradicionalistas impartidos de forma catedrática, donde
el estudiante siente los conceptos y leyes físicas como contenidos abstractos con el único fin de
memorizarlos para aprobar una materia, alejándose de la reflexión y la aplicación a la realidad de
esta importante temática que es la física. El docente debe encontrar una relación subjetiva entre
el estudiante – profesor para así implementar la física al ambiente socio – cultural en la que el
estudiante se encuentre envuelto. Si bien es cierto no todos los estudiantes entienden,
comprenden o interiorizan conceptos físicos de la misma forma que otros, por lo cual se hace
necesario que el docente encuentre una estrategia didáctica en la que todos los educandos
intervengan y puedan llegar a las mismas conclusiones al interactuar con el experimento físico y
con el grupo de trabajo, para así construir una conclusión de un concepto, termino o fenómeno
firme.
Durante el desarrollo de esta pasantía se encontraron estudiantes dispuestos a cuestionar,
preguntar y sacar conclusiones de diferentes cuestionamientos que se realizaban durante el
131
desarrollo de las practicas experimentales, por lo cual llevar a cabo laboratorios posteriores a la
inducción de algún tema como los propuestos en esta pasantía, incentivan al estudiante a
construir conocimiento científico y a tratar de darle una explicación física a cualquier ámbito de
la vida.
Desarrollar prácticas experimentales ayuda al docente a:
Aproximar a los estudiantes al descubrimiento del mundo de la ciencia, a la investigación
y la práctica de la misma sin recurrir a densos contenidos, sino una breve introducción de
algún contenido en el aula de clase y lo confronte con la experiencia en el laboratorio
Reafirmar la relación docente – estudiante, encaminada al progreso de los estudiantes a la
construcción y creación de conocimiento basado en experiencias cotidianas.
Apartar al estudiante de la forma errónea como ven la física, es decir, como meros
desarrollos de papel y lápiz de ejercicios matemáticos que ni ellos mismos entienden que
obtienen con hacerlos.
Instruir al estudiante en el análisis de tablas y graficas con el fin de que ellos deduzcan
posibles resultados y soluciones a futuros fenómenos físicos.
Las prácticas experimentales que se desarrollaron para esta pasantía, estaban diseñadas para una
población de estudiantes, la cual carece de elementos o instrumentos físicos necesarios para
desarrollar y recrear experimentos simples, por lo cual se hizo necesario que los estudiantes
construyeran mecanismos propicios que estén fundamentados en la física y con el cual se puedan
tomar medidas para confrontar la teoría aprendida en el aula de clase. Sin embargo en la
formación de docente uno se puede encontrar con instituciones educativas que si cuenten con
laboratorios físicos y que además tengan todos los elementos físicos, esto no debe desviar el
132
papel docente, es decir caer en tradicionalismo sino diseñar otra metodología útil para poner a
prueba el espíritu científico, investigativo y deductivo de los estudiantes, siempre y cuando estos
laboratorios tengan una fundamentación aplicativa y ubicada en el contexto socio – cultural de
aquella población de estudiantes.
133
Conclusiones
El modelo docente establecido por el Sistema Educativo Colombiano implementa bajo unos
estándares curriculares un proceso enseñanza – aprendizaje de modo tradicionalista y no nos
arriesgamos a innovar nuestra forma de enseñanza. Es hora de devolverle a la ciencia su carácter
investigativo desde el aula de clase y aproximar a los educandos hacia el maravilloso mundo de
la Ciencia, la investigación y la práctica de la misma. Siendo los docentes un factor fundamental
en el proceso del aprendizaje de la Ciencia, este debe ser ante todo un sujeto investigativo,
orientador de procesos formativos teniendo en cuenta el contexto de sus educandos (social,
histórico y cultural), y ante todo dejar a un lado ese manto de “técnico” que se limita a la
aplicación de instrucciones estructuradas.
Durante el desarrollo de prácticas experimentales los estudiantes adquieren diferentes destrezas y
competencias que les ayudan a resolver situaciones problemáticas en los temas abordados,
además, gracias a la indagación ellos mismos pueden generar nuevos modelos físicos de la
realidad, no previstas en las guías de trabajo, y a su vez son capaces, con las leyes que se ponen
en juego, verificar el comportamiento de ciertos fenómenos a través de las leyes que los
gobiernan y por qué no llegar a un nuevo conocimiento o explicación.
La aplicación de prácticas experimentales como metodología didáctica tiene varias ventajas:
Una de ellas y la más importante es la motivación por parte del estudiante al construir y
desarrollar la practica con un prototipo ensamblado por el mismo, del cual toma y deduce
ideas, nociones y posibles resultados, acercando al estudiante a encontrarle una
explicación científica a cada fenómeno de su vida diaria.
Las prácticas de laboratorio constituyen un recurso importante en la enseñanza de la
física y la explicación de diferentes fenómenos, la cual es merecedora de una mayor
134
dedicación y planificación por parte del docente para su constante perfeccionamiento, por
cuanto es una actividad que contribuye al desarrollo científico del estudiante
El diseño de las prácticas experimentales debe estar planteada y fundamentada en motivar al
estudiante a la interacción con el experimento, a salir de común guía de trabajo y proyectarla a
infundir en el estudiante curiosidad y explicación basada en preguntas problematizadoras que
cuestionen y contrapongan lo que creen para que busquen el significado a diferentes fenómenos.
Como se evidenció en el desarrollo de esta pasantía los estudiantes construyeron sus propios
montajes los cuales estaban basados en mecanismos de la vida real como lo era el cañón o el
estudio de las energías que se encuentran en dos pelotas que chocan. Esto además de construir
conocimiento desarrolla en el estudiante la habilidad para investigar, construir y fijar la mejor
medida obtener un buen resultado, además de esto la capacidad de inferir los resultados y si están
mal, que el mismo encuentre y corrija el error.
Desarrollar una práctica experimental que impacta en el estudiante se fija en el pensamiento de
él, es decir que cada vez que el estudiante se encuentre con una experiencia similar a la planteada
en el laboratorio, determinara su resultado.
Después de realizadas las practicas experimentales se evidencia que los estudiantes no tiene la
habilidad para analizar tablas y gráficas, esto puede deberse a desarrollos académicos anteriores
en los que los estudiantes solo se limitaban a tomar unos datos que diera en lo posibles correctos,
por lo cual se hizo necesario una breve explicación de un simple de sus análisis de datos al
finalizar cada práctica, para que el educando encontrara una explicación lógica a las gráficas de
los datos obtenidos.
La educación no se basa en repeticiones de temáticas sin sentido, se fundamenta en la
observación, indagación e investigación y posible explicación y construcción de conocimiento de
135
cualquier fenómeno físico de un ambiente cotidiano con el que el estudiante interactúe
diariamente.
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Anexos
Actividades Experimentales Para Estudiantes De Grado Decimo
Practica 1
Grado Decimo
Titulo ¿Para que construimos un cañón?
¿Qué se quiere
averiguar?
Observar el movimiento de un objeto que es lanzado cerca de la superficie
terrestre con un ángulo de inclinación respecto a la horizontal
¿Qué se
necesita? 20 cm de tubo de pvc de 1 pulgada de diámetro
Un guante de caucho
Cinta adhesiva
Una canica
Una esfera metálica
Metro y regla
Cronometro
Transportador
Tijeras y temperas
Tabla como soporte
Pistola de silicona y silicona
¿Cómo se
desarrolla? Corta el dedo corazón del guante de caucho
Introduce uno de los extremos del tubo en el dedo de caucho. Sella la unión
con cinta y amarra alrededor de ella un trozo de cuerda de tal manera que
quede bien ajustado el montaje. Tu cañón de lanzamiento está listo
Fija el cañón a la tabla de soporte con un poco de silicona
Gradúa la inclinación de lanzamiento que va a tener el cañón con el
transportador
Introduce la canica en el interior del cañón de lanzamiento
Con tu mano estira el dedo e impulsa la canica hacia el exterior del cañón
Marca el punto donde cae la canica, te ayudaras de la tempera para untarle
un poco al objeto y así tomar la medida de la distancia precisa.
Dibujo
ilustrativo
¿Que se obtuvo? Determina la distancia a la cual cayo la canica, tomando como punto de
referencia el extremo del cañón.
Realiza esta misma experiencia 5 veces para 5 ángulos diferentes de
inclinación, puedes apoyar el cañón con diferentes libros.
Registrar para cada medida el tiempo de vuelo.
Ahora realiza el mismo procedimiento con la esfera metálica
Registra los datos en la siguiente tabla.
137
Encuentra el valor de las componentes de la velocidad inicial para la canica
y la esfera metálica.
Calcula el tiempo en que la canica y la esfera metálica alcanzan la altura
máxima
De acuerdo con los valores que se encuentran en la tabla, encuentra el valor
de la altura máxima que alcanzan la esfera y la canica
¿qué relación hay entre los ángulos y el alcance horizontal?
¿qué relación hay entre los ángulos y el tiempo de vuelo?
Angulo (°) Distancia (cm) Tiempo de vuelo (s)
Preguntas para
reflexionar Si realizas la practica con una bolita de papel, ¿cambiaran
considerablemente los valores con relación a los anteriormente obtenidos?
¿de qué depende el alcance máximo?
¿para que crees que sirve el estudio del movimiento parabólico?
¿porque si en este caso utilizamos resortes para impulsar la canica porque
crees que utilizan pólvora para realizar la misma experiencia?
Practica 2
Grado Decimo
Titulo ¿Cómo funciona una catapulta?
¿Qué se quiere
averiguar?
Desarrollar una aplicación y funcionalidad al fenómeno del movimiento
parabólico
¿Qué se
necesita? 4 palitos anchos de paleta
Dos ganchos de agarra la ropa
Una tapa de botella
Un palo de pincho
Un pitillo
Pistola de silicona y silicona
Un caucho elástico
Tijeras, temperas y bisturí
Transportador
Cronometro
Metro y regla
¿Cómo se
desarrolla? Para armar la base de la catapulta cortamos a la mitad uno de los palos de
paleta.
Pegaremos con silicona dos palos de paleta a los dos palos divididos
formando un rectángulo.
Se mide las distancia de separación de los ganchos para usarla como medida
del palo de pincho y cortarlo
Se realiza lo mismo con el pitillo y se corta.
Se introduce el palo de pincho ya cortado en el pitillo y se agarra con los
ganchos de ropa.
Se fijan con silicona los ganchos de ropa a la base ya hecha de la parte
donde se agarran dejando libre la parte donde se abren.
Con el cuarto palo faltante se realiza un corte o muesca a 1 cm de distancia,
que será la parte de donde se agarre le caucho elástico
138
Aproximadamente a 3 cm de donde se hizo el corte de pegar con silicona este
palo al sistema pitillo y palo de pincho y se verá que el palo es libre gracias
a la rotación del pitillo.
De la parte donde se hizo la muesca se amarra de la base el caucho elástico
y de la parte del palo de paleta que rota
En el otro extremo del palo libre se pegara con silicona la tapa de botella
Y ya tenemos nuestra catapulta.
Ahora a experimentar con diferentes objetos de diferentes pesos y con 5
diferentes ángulos, por cada objeto y ángulo se realizara la medida 5 veces.
Te ayudaras de la tempera para untarle un poco al objeto y así tomar la
medida de la distancia precisa.
Dibujo
ilustrativo
¿que se obtuvo? Vas a colocar en la catapulta 5 diferentes objetos de diferente peso y a
diferentes ángulos y realiza el registro en la siguiente tabla:
Angulo (°) Distancia (cm) Tiempo de vuelo (s)
¿qué relación hay entre los ángulos y el alcance horizontal?
¿qué relación hay entre los ángulos y el tiempo de vuelo?
Determina matemáticamente las componentes de la velocidad y altura
máxima de cada uno de los lanzamientos
Preguntas para
reflexionar Al realizar el experimento con diferentes objetos y el mismo ángulo, en que
crees que influya el alcance máximo
En tiempos de guerra esta herramienta era bastante utilizada, ¿a que crees
que se debía la precisión del impacto a la masa del objeto, el ángulo o a las
distancia? ¿porque?
¿qué información crees que nos da la gráfica? ¿porque?
Practica 3
Grado Decimo
Titulo Juego de masas
¿Qué se quiere
averiguar?
Determinar la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo inicialmente en reposo
¿Qué se
necesita? Un carro dinámico
Una cuerda
Una polea
Una regla o cinta métrica
Una balanza
Soporte para masas y masas
Un cronometro
Un dinamómetro
139
¿Cómo se
desarrolla? Determinar la masa del carro y de cinco deferentes masas, con ayuda de la
balanza.
Determina la fuerza de cada una de las masas y la del carro con ayuda del
dinamómetro.
Ubica la polea en el borde de la mesa.
Engancha en carro con la cuerda a la polea, y del otro extremo amarra una de
las masas.
Mide la distancia x entre el carro y el borde de la mesa.
Libera el sistema hasta que el carro se deslice libremente hasta el borde de la
mesa.
Registra el tiempo empleado por el carro durante el recorrido.
Repite el procedimiento anterior aumentando la masa colgante.
Dibujo
ilustrativo
¿Que se obtuvo? Realiza el diagrama de cuerpo libre de cada una de las masas del sistema
especificando las fuerzas que interactúan sobre él.
Registra el valor de la fuerza obtenido con el dinamómetro en la tabla 1.
Determina el valor de la fuerza teóricamente de acuerdo a lo visto en clase y
regístralo en la tabla 1. (w=m*g)
Tabla 1
Masa que cuelga (kg) Fuerza teórica (n) Fuerza experimental (n)
Determina la aceleración teórica de acuerdo a lo ya aprendido en clase y
regístrala en la tabla 2. (x=1/2*at²)
Determina la aceleración experimental de acuerdo a las ecuaciones de la
segunda ley de newton vista en clase por la sumatoria de fuerzas y regístrala
en la tabla 2.
Tabla 2
Masa que
cuelga
(kg)
Masa del
carro (kg)
Distancia
(m)
Tiempo
(s)
Aceleración
teórica (m/s²)
Aceleración
experimental (m/s²)
Determina la aceleración experimental y teórica sobre la masa del carro y
regístralo en la tabla 3.
Tabla 3
Fuerza (n) Masa (kg) Aceleración (m/s²)
140
Preguntas para
reflexionar Después de la práctica ¿qué entiende por fuerza y aceleración?
¿a qué crees que se deba que el carro se desplace? ¿existe alguna fuerza o
aceleración? ¿porque?
¿que se analiza acerca de la fuerza en la masa colgante y la masa del carrito?
¿porque?
¿que se analiza acerca de la aceleración en la masa colgante y la masa del
carrito? ¿porque?
¿qué pasaría con la aceleración y la fuerza, si en vez de variar la masa colgante
se varía la masa del carro, sucederá lo mismo? ¿porque?
¿cómo crees que variaran los resultados de la experiencia si se hace más larga
o más corta la distancia de desplazamiento? ¿porque?
¿cómo crees que cambiarían los resultados si en vez de utilizar el carro se
utiliza un bloque de masa? ¿porque?
¿en cuánto varían los resultados experimentales de acuerdo a los datos
teóricos?
¿qué pasaría si se realiza el experimento haciendo deslizar el carrito sobre una
superficie rugosa, lisa o acuosa? ¿cambia en algo los resultados? ¿porque?
Actividades experimentales para estudiantes de grado once
Practica 1
Grado Once
Titulo Hablemos de energía potencial y cinética
¿Qué se quiere
averiguar?
Demostrar que, si solo fuerzas conservativas están efectuando trabajo, la energía
mecánica total de un sistema se conserva.
¿Qué se
necesita? Una pelota de basquetbol
Una pelota de tenis
¿Cómo se
desarrolla? Coloca la pelota de basquetbol frente a ti y sobre ella sostén la pelota de
tenis.
Deja caer las pelotas a 5 diferentes altura de ti y observa lo que sucede.
Dibujo
ilustrativo
¿Que se obtuvo? Realiza un dibujo ilustrativo desde el momento en que se sueltan hasta el
momento cuando caen y tocan el piso de cada una de las pelotas, es decir
una para la de basquetbol y otra para la de tenis, colocando cada una de las
energías. Comenta la gráfica.
Realiza un dibujo ilustrativo desde el momento en que se sueltan hasta el
momento cuando caen y tocan el piso las dos pelotas al tiempo, colocando
cada una de las energías. Cometa la gráfica.
Preguntas para
reflexionar Cuenta con tus palabras lo que sucedió durante el experimento
¿porque crees que la pelota de basquetbol no regreso a la altura original?
¿qué le sucedió a la pelota de tenis después del choque? ¿porque?
141
Si se realiza el mismo experimento pero con pelotas de otros materiales ¿qué
sucedería? ¿qué materiales? ¿porque?
¿qué sucedería si se intercambian las pelotas, es decir la pelota de tenis se
encuentra abajo y la de basquetbol arriba? ¿porque?
¿cuál es la diferencia entre cada una de las cinco alturas a las que dejaste
caer las pelotas? ¿porque?
Practica 2
Grado Once
Titulo ¿Cómo determinamos la conservación de la energía?
¿Qué se quiere
averiguar?
Verificar la ley de conservación de la energía.
¿Qué se
necesita? 1 tabla como soporte de 30 cm x 10 cm
30 cm de tubo de pvc de 1 pulgada de diámetro cortado a la mitad a lo largo
1 canica o esfera de metal
Regla o cinta métrica
Cronometro
Pistola de silicona y silicona
Tempera
¿Cómo se
desarrolla? Para armar el soporte primero pegamos con silicona, el tubo cortado a lo
largo como si fuera un tobogán.
Para graduar la altura de la tabla tomaremos libros para que sirvan de
soporte de la tabla, con la ayuda del transportador se varia la altura de la
tabla
Se tomaran cinco valores diferentes de ángulo para cada medida
Para cada medida de ángulo colocamos la canica o esfera metálica en la
parte superior del tubo y se libera mostrando un desplazamiento por el tubo
que finalizara cayendo en el suelo a una distancia x.
Pinta la canica con un poco de tempera para marcar la distancia x donde
caerá.
Libera la canica 5 veces para cada medida de ángulo.
Cronometra el tiempo desde el punto a al b y desde el punto b al c.
Registrar los datos del tiempo, alturas y distancias de cada variación de
ángulo.
Dibujo
ilustrativo
¿que se obtuvo? Registra los datos obtenidos en la siguiente tabla
Angulo
(°
)
Altura h1
(cm)
Altura h2
(cm)
Tiempo de a-
b (s)
Tiempo b-c
(s)
Distancia x
(cm)
142
Calcula la energía cinética y potencial de cada medida para la canica en el
punto a, b y c.
Calcula las componentes de la velocidad de cada medida para la canica en
el punto a, b y c.
De acuerdo a los datos obtenidos en la tabla, representa gráficamente h1 en
función de x y h1 en función de x²
Preguntas para
reflexionar ¿qué tipo de trayectoria describe la canica en el punto a-b? ¿porque?
¿qué sucede con la canica después de caer por el tobogán? ¿porque?
Si la canica fueran de caucho ¿qué crees que suceda? ¿porque? ¿qué
materiales serian? ¿porque?
En este experimento ¿porque hay conservación de energía?
¿qué puedes concluir respecto a las gráficas obtenidas?
Practica 3
Grado Once
Titulo ¿Qué son los fluidos viscosos?
¿Qué se quiere
averiguar?
Determinar experimentalmente la viscosidad de diferentes sustancias
¿Qué se
necesita? Un tubo probeta
Un cronometro
Una balanza
200 ml de aceite de cocina
200 ml de miel
200 ml de Shampoo para el cabello
200 ml de agua
Una esfera metálica
Un calibrador
Una cinta métrica o regla
¿Cómo se
desarrolla? Medir el diámetro de la esfera con la ayuda del calibrador.
Tomar el peso de la esfera y de cada una de las sustancias.
Determinar la densidad de la esfera y de cada una de las sustancias. (d=m/v)
(4/3*pi*r³)
Marcar un sistema de referencia en el tubo de aproximadamente 15 cm.
Llenar el tubo con alguno de los líquidos.
Soltar la esfera y poner el cronometro en funcionamiento en el momento en
que la pelota pasa por la primera marca y se detiene cuando pasa por la
segunda marca, registrar los tiempos.
Repetir el mismo procedimiento con cada una de las sustancias, tomando 5
medidas por líquido para hacer un promedio del tiempo.
143
Dibujo
ilustrativo
¿Que se obtuvo? Dibujar las fuerzas que está experimentando la esfera al descender por el
fluido.
Registre los datos experimentales de la esfera en la tabla 1.
Tabla 1
Diámetro (m) Masa (kg) Volumen (m³) Densidad (kg/m³)
Registre los datos experimentales de cada una de las sustancias en la tabla 2.
Tabla 2
Sustancia liquida Masa (kg) Volumen (m³) Densidad (kg/m³)
Aceite de cocina
Miel
Shampoo para cabello
Agua
Registrar las medidas obtenidas en el experimento en la tabla 3.
Tabla 3
Sustancia Distancia (m) Tiempo (s) Velocidad (m/s)
Aceite de cocina
Miel
Shampoo para cabello
Agua
A partir de varios experimentos se llegó a la siguiente relación acerca de la
viscosidad, determinar el valor de la viscosidad experimental de acuerdo a
los datos obtenidos.
𝜇 =2𝑟2𝑔(𝜌𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎−𝜌𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜)
9𝑉, donde
R = radio de la esfera
G=gravedad
V=velocidad
d= densidad
v= viscosidad
Tabla 4
Sustancia Viscosidad (pa*s)
Aceite de cocina
Miel
Shampoo para cabello
Agua
Preguntas para
reflexionar ¿qué entiende por fluido? ¿el aire los es? ¿porque?
Después de la práctica, ¿qué entiende por densidad y viscosidad? ¿porque?
¿qué factores determinan la viscosidad en las sustancias? ¿porque?
Realiza en una gráfica de las fuerzas intervienen en el sistema.
¿si se varía la distancia de desplazamiento de la esfera cambiara el
144
resultado? ¿porque?
¿qué factor(es) intervienen para que un fluido viscoso se vuelva no viscoso?
¿porque?
¿cómo varia el valor de la viscosidad si la esfera es más grande o más
pequeña? ¿porque?
De acuerdo a lo que conoces que enumera del menos viscoso al más viscoso
10 sustancias.
Investiga en internet los valores reales de estas sustancias y compara con los
obtenidos en la práctica.
145
Lista de referencias
Referencias Bibliográficas:
Pozo, Juan Ignacio. Más Allá Del Cambio Conceptual: El Aprendizaje De La Ciencia Como
Cambio Representacional (1999). Debates, Enseñanza De Las Ciencias, 17 (3), 513-520.
Campanario, Juan Miguel Y Moya, Aida. ¿Cómo Enseñar Ciencias? Principales Tendencias Y
Propuestas (1999). Investigación Didáctica, Enseñanza De Las Ciencias, 17 (2), 179-192.
Gil Pérez, D. Diez Años De Investigación En Didáctica De Las Ciencias: Realizaciones Y
Perspectivas (1993). Investigación Y Experiencias Didácticas, Enseñanza De Las
Ciencias, 12 (2), 154-164.
Gil Pérez, D.' Y Valdés Castro, P. La Orientación de las Prácticas De Laboratorio Como
Investigación: Un Ejemplo Ilustrativo (1996), Investigación Y Experiencias Didácticas,
Enseñanza De Las Ciencias, 14 (2), 155-163
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Pearson Educación.
Hildebrando Leal C (2008). Conceptos Básicos De Mecánica Curso Libre Juvenil De Física
Segunda Edición, Colombia, Universidad Nacional De Colombia. Un La Librería.
Flor Emilia Cardona Buitrago. Las Prácticas De Laboratorio Como Estrategia Didáctica (2013).
Trabajo De Grado Presentado Como Requisito Para Optar El Título Licenciada Básica En
Ciencias Naturales Con Énfasis En Medio Ambiente.
Referencias Páginas Web
Proyecta tu Mente, Http://Www.Proyectatumente.Com
Concejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), México.
Http://Www.Conacyt.Mx/Index.Php/Cuadernos-De-Experimentos-Para-Ninos
Https://Es.Wikipedia.Org/Wiki/Ley_De_Stokes