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UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLEMA Iztapalapa

'C5Z DW'AR'l'AMEhTO DE bi5ICA

-1 Nombre : NADIA AMAR ABOüL HOSN.

Matrícula: 88321784

Nombre del proyecto : DISENO Y ELAE3ORACION DE PRACTICAS DE LABORATORIO DE FISICA ExpERlMENTAL PARA SER USADAS EN LOS CURSOS DE LABORATORIO

DE FISICA EXPERIMENTAL ELEMENTAL I Y I i EN C.B.I.

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J Nombre del F o r : ROGELIO RODRIGUEZ TALAVERA

J c , enero de 1995

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A Dios por darme el amor y la paciencia para realizar este trabajo.

4 mi madre y mi hermana por su gran apoyo.

' A los profesores que tienen un sincero interés, inquietud y responsabilidad por la docencia.

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Quiero expresar mi agradecimiento al Dr. Luis Mier Y Terán quien durante SU gestión como jefe del departamento de física, me brindó la oportunidad de iniciar éste trabajo, colaborando de esta manera en las inquietudes de mejorar las actividades de enseñanza- aprendizaje en los laboratorios de física.

Así mismo agradezco al Dr. Salvador Cruz el apoyo otorgado para la realización de éste trabajo.

En forma muy especial al Dr. Rogelio RoMguez por su acesoría y dirección.

Hago extensivo mi agradecimiento al M. en C. Raúl Montiel por sus ideas y su colaboración e iniciativa en la comprobaci6n de las prácticas implimentadas, en sus cursos de laboratorio.

Finalmente, no puedo pasar por alto la ayuda proporcionada por los técnicos-laboratoristas de los laboratorios correspondientes.

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notablemente en nuevos conceptos

REPORTE DEL SERVICIO SOCIAL

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Hace un par de décadas los problemas mas visibles que se presentaban en la enseñanza de la física se consideraban como una cuestión de método, es decir, como un problema didáctico, teniendo en claro que era necesario motivar el desarrollo de las aptitudes, habilidades y creatividad de los estudiantes, se desarroílaron grandes proyectos en esta dirección como : el PSSC, el NUFFIELD. el proyecto piloto de la UNESCO, o el Mechanical Universe.

Esto fue especialmente en la enseñanza teórica de la física y aunque en menor escala las grandes universidades e institutos del mundo también han hecho diversos intentos de mejorar el aprendizaje de la física experimental; En todos estos proyectos se hizo énfasis en orientaciones metodologicas sobre procesos de enseñanza y aprendizaje y en el desarrollo de las habilidades cognoscitivas de los estudiantes, por ejemplo, en el ámbito experimental se hizo hincapié en el " desarrollo del métdo científico" y en la adquisición de equipo "moderno" de medición y de análisis

Estos proyectos constituyen excelentes ejemplos del establecimiento de programas educativos con abundantes recursos y planteamientos consistentes, pero cuyos resultados nos fueron los esperados, ya que no se tomó en cuenta las características de los estudiantes y de los docentes, Por ello resultaron descontextualizados y por consiguiente, alejados de los estudiantes tanto como las estrategias educativas anteriores que se pretendían mejorar.

Además se dividió más la ciencia de la ingeniería y la tecnología, considerando la planeación del equipamiento de un laboratorio, y el desarrollo experimental de los estudiantes como un problema de financiamiento, olvidándose , especialmente en México, de que este puede ser un problema de conocimiento científico y habilidades técnicas, esto es que la instrumentación es precisamente el " punto de traslape" entre la ciencia y la ingeniería, lo cuál desmotiva al estudiante para realizar trabajos interdisciplinarios.

Esta visión sobre la enseñanza de la ciencia ha cambiado las últimas dos décadas. Para la adquisición de en física, se ,requiere tener en cuentas tres factores:

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La psicología cognoscitiva. la epistemología de la física, y la física misma, en cuanto al análisis conceptual y estructural de esta.

Ya no basta la idea simplista de considerar a la educación solamente como una cuestión metodológica o didáctica , como tampoco es suficiente el amplio dominio del campo de conocimientos científicos por parte del docente (si bien es una condici6n deseable). Ahora el estudiante tiene un papel diferente y en cierto sentido principal en el aprendizaje, pero es el docente quien debe guiar a esto al estudiante y para ello, el profesor debe tomar en cuenta las ideas previas de los estudiantes y que sea consciente de la necesidad de contar con un modelo sobre las formas de razonamiento y de estructuración conceptual de sus estudiantes, y que esté qctualizado para poder traiisferir al aula algunas de las aportaciones de la investigación. Si bien, lo ideal es que el docente sea quien estudie las características de sus alumnos en particular, , también puede basarse en los diferentes estudios que han sido cuidadosamente elaborados en todo el mundo. Sin olvidar que considerar esto es un requisito indispensable en la elaboración de los planes de estudio y los temarios.

También es necesaria la preparación del profesor dentro de una visión mas integrada que comprenda los aspectos de la epistemología la ciencia, la historia de la ciencia, las teorías cognoscitivas y herramientas metodológicas. Esto requiere , especialmente en México, de un serio esfuerzo para motivar a los profesores para prepararse en estas ramas, facilitando esta labor mediante cursos especiales para profesores, seminarios, mesas redondas, entre otras cosas que se plantearan mas ampliamente al final de este trabajo.

Enfocándonos a la enseñanza de la física experimental, se tienen m a s requisitos que debe tener el docente, entre las cuales destacan las siguientes:

- Que el profesor conozca bien el funcionamiento del equipo de laboratorio. - Que sea consciente de los riesgos de los alumnos en el laboratorio y del equipo, y enseñe a los alumnos a tomar las precauciones necesarias y a tratar adecuadamente el equipo. - Que tenga los suficientes conocimientos y habilidades técnicas. - Que cultive l a intemelación docente- técnicos laboratoristas, para detectar las fallas tanto en el equipo, como del trato de los alumnos con el equipo y los laboratoristas. -Que tenga el criterio suficiente para permitir la libre iniciativa del alumno o del fomento del entusiasmo e inventiva del mismo.

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PROPUESTAS PARA EL CURSO DE FIS. EXPERIMENTAL ELEMENTAL I.

Para ei curso de Física Experimental Elernentai I además de los objetivos ya existentes se sugieren lo siguiente : 1.- Revisar y discutir entre los aliimnos, ya sea por equipo, exposiciones, o formar una mesa redonda en clase donde se discuta ampliamente el " método científico", después de algunas lecturas actualizadas del tema. 1 .- Investigar bibliográficamente los antecedentes, historia y desarrollo de instrumentación que no se encuentre al alcance de los alumnos en los laboratorios.(ej.: Desarollo de aceleradores de partículas, de maquinas de vapor, desarrollo de los relojes, de los microscopios hasta el microscopio electrónico, funcionamiento de diferentes aparatos médicos como: estetoscopios, electrocardiógrafos, elzctroencefalógrafos. ultrasonido, ... ). 2.- Investigar bibliográficamente , los resultados de algunas mediciones históricas y comparar los datos obtenidos con datos obtenidos con instrumentos modernos.(Ej. : Expansión al vacío, ... ) 3.- Realizar algún experimento histórico ilustrativo.( Ej.: experimento de Michelson y Morley, ... )

111. procedió a elaborar algunas prácticas de laboratorio, para Física Experimental Elemental 11.

EL proceso fue el siguiente: Algunas prácticas fueron elaboradas sin ayuda(otros estudiantes o profesores) por lo que el proceso era sumamente lento, por lo que se dispuso un grupo de estudiantes de\ diferentes carreras del área de CBI , que cursaban Física Experimental Intermedia I, y con el apoyo de los profesores Rogelio Rodríguez y Raúl Montiel, se elaboraron otras prácticas. Esto tuvo varias ventajas, puesto que el trabajo en equipo además de ser motivante para todos, permite el intercambio de ideas que enriquecen el trabajo; s in olvidar que algunos experimentos son imposibles de realizar sin el apoyo de varias personas.

Una vez replanteados los objetivos y metas de cada curso, se especificamente

OBIETIVOS DEL CURSO DE FISICA EXPERIMENTAL ELEMENTAL II.

Los objetivos generales replanteados que se persiguen en el curso de Física Experimental Elemental ii son los siguientes:

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OBJETIVOS INMEDIATOS.

Lo anterior nos lleva la proposición de una Reorganización de los Laboratorios de Física de Docencia, la cual tiene como objetivo inmediato lo siguiente: Replanteamiento de Objetivos, Metas y Alcances de los Laboratorios

Experimentales. a) Replantear los objetivos y enfoque de las prácticas de

laboratorio. bj Diseiiar nuevas picticas de laboratorio. c) Probar el Cxito y los pormenores de las nuevas prácticas con

pequeños equipos de los laboratorios de dichas materias. d) Reparar el ma::riaI de laboratorio que convenga repararse. e) Adquirir cl nuevo material que se considere el adecuado al

diseñar las prácticas.

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I. En primer lugar se desarrollaron los incisos d) y e). Para ello se hizo un análisis detallado del equipo existente en los laboratorios de docencia en física. Se cncontró que gran parte de ese material se encontraba prestado a los diferentes laboratorios de investigación, por lo que el primer púso fue recuperar ese material; A la par ;e envió a reparación el material que convenía reparar y se decidió que material convenia adquirir. Esto fue en base a los cambios que se plantearon en las metas y alcance de los laboratorios.

Actualmente hemos adquirido ya bastante material que consideramos el &cuado para esos cursos, como por ejemplo : Computadoras. irnpresoras, videocaseteras, cámaras de video, retroproyectorec. tulanzas analíticas, multímetros, rieles de aire, compresoras. d i ~ p a ~ m c s y material "común" de laboratorio. Sin embargo, aún falta rn~terial por adquirir.

Del equipo que s: ha reparado se encuentra: Estroboscopios, multímetros, generadores de funciones, osciloscopios, bombas y rieles de aire, mesas de aire. cntre otras cosas.

11. En cuanto 3 I O P i+jetivos y metas, sabemos que estos dependen de cada curso. pv io que se mencionaran con las prácticas desarrolladas para c ~ d a curso y se detallaran en los próximos manuales de laboratono into p a alumnos como para profesores.

1.- Conocer y manejar el análisis dimensional. 2.- Reconocer las limitaciones de un modelo propuesto por el profesor. 3.- Manejar el tratamiento estadístico de datos para calcular u estimar las incertidumbres medidas 4.- Aplicar el método de mínimos cuadrados para el análisis de datos relacionados linealmente. 5.- Utilizar un programa para el análisis de datos relacionados por polinomios o relaciones exponenciales. ( ej.: Kaleidagraph). 6.- Investigar bibliográficamente en textos, enciclopedias y manuales el planteamiento del modelo y otros resultados experimentales para comparar con los suyos. 7.- Justificar posibles discrepancias entre su resultado y el modelo. 8.- Conocer y manejar la cámara de video y algunos programas de digitalización de imágenes por computadora. 9.- Conocer y manejar instrumentación eléctrica de medición *. 10.- Se sugieren además prácticas como las sugeridas anteriormente para F.E.E. I ' 11.- Redactar un informe que contenga: Tablas de análisis estadístico de datos, conclusiones justificadas y referencias bibliográficas.

PRACTICAS DESARROLLADAS.

A continuación se describen brevemente algunas de las prácticas sugeridas, considerando que los manuales incluirán mayores detalles.

Las primeras cuatro prácticas tienen los siguientes objetivos particulares:

1.- ?Establecer las variables relevantes del fenómeno y su relación teórica. 2.- Reconocer las limitaciones del modelo. 3.- Aplicar el método de mínimos cuadrados para el análisis de datos relacionándolos linealmente. 4.- Familiarizarse con los programas de digitalización de. imágenes y aprender a medir distancias y tiempos con la computadora. 5.- Justificar posibles discrepancias entre sus resultados y el modelo. 6.- (en lugar del objetivo 3) Utilizar un programa de análisis estadístico polinomial para relacionar los datos.

PRACTICA I: TIRO PARABOLIC0 Y CAIDA LIBRE

PROBLEMA

a) Encontrar la velocidad inicial de la partícula en tiro parabólico. b) Utilizando el método de mínimos cuadrados, con la ayuda de una cámara de video y computación de digitalización de imkgenes. encontrar los tiempos de caída de ambas partículas, comparar y discutir los resultados. b') Con la ayuda del equipo de digitalización de imágenes y el método de mínimos cuadrados encontrar la velocidad final de ambas partículas y verificar que son iguales entre sí. Otra alternativa es usar programas de ajuste estadístico de polinomios .en lugar de mínimos cuadrados para encontrar lo anterior.

un programa de

6:

MATERIAL

- 2 pelotas de hule del mismo tamaño. - 2 rieles de madera. - Hilo - Polea - 2 prensas. - Cronómetro. - Cámara de video.

- Liga - Tijeras

PROCEDIMIENTO :

Se sujeta una argolla al techo y otra sobre la mesa de laboratorio, por las cuales se pasa un hilo que sujeta dos masas iguales. Se sujetan dos reglas sobre la mesa y en el extremo de cada regla se fija una liga tensándola de tal forma que le aplique una velocidad inicial a la masa sobre la mesa(como se muestra en la figura). Se suspende del mismo hilo a la misma altura h la otra masa. Se corta el hilo de tal forma que las dos masas caen simultáneamente, una describiendo un tiro parabólico y la otra en caída libre. En forma perpendicular al plano en el que se mueven ambas masas se filma el movimiento de ambas. Se repite varias veces y se analiza la filmación con el uso de una computadora.

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ORSERVACíONES:

Esta práctica se probó con un equipo de laboratorio, donde observamos la utilidad, ventajas y desventajas de esta práctica. Como se ve, el montaje de esta práctica es sumamente sencillo, e introduce incertidumbres considerables debido a que no es muy preciso la forma de controlar la simultaneidad de los eventos; sin embargo, esto es lo que permite que los resultados se puedan analizar con la técnica de mínimos cuadrados, los resultados tuvieron un error porcentual entre el 2% y 4%, que es muy bueno a pesar de lo sencillo del experimento.

' Una ventaja importante de este expetkento, es la sencillez del experimento permite que sean varios equipos los que realicen el mismo experimento sin tener problemas de escasez de material.

Otra ventaja es que el experimento se puede realizar en un tiempo suficientemente corto para que se use máximo una sesión de laboratorio, y dedicarse mas tiempo a aprender el manejo de la cámara de video, el análisis de imágenes por computadora (digitalización de imágenes ) , y el manejo de programas de mínimos cuadrados y gráficas por computadora.

BIBLIOGRAFIA SUGERIDA

Título: Dinámica clásica de las partículas y sistemas. Autor : Jerry B. Marion. Edición: 199 1 Editorial: Reverté. S.A. Págs: 64-68.

Título: Mecánica. Autor : Eliezer Braun. Edición: 1988 Editorial: Trillas Págs: 89-100.

Título: al diseño de experimentos. Autor : D.C Baird. Edición: 1991 Editorial: Prentice Hall.

Experimentación. Una introducción a la teoría de mediciones y

Págs: 149-151

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PRACTICA 2: TRAYECTORIA PARABOLICA DEL CENTRO DE MAJA DE UN CUERPO RIGiDO.

PROBLEMA:

a) Utilizando el método de dnimos cuadrados, con la ayuda de una cámara de video y computación de digitalización de imágenes, encontrar la trayectoria del centro de masa de diferentes cuerpos geométricos y verificar que su trayectoria es independiente del movimiento de rotacih del cuerpo. b) Otra alternativa t . usar programas de ajuste estadístico de polinomios en lugar de mínimos cuadrados para encontrar lo anterior.

un programa de

MATERIAL. :

Dispositivo fabricado por los alumnos : Gómez de la Cruz Jesús y Yuck Franco Aldo. que consiste en :

Un .dispositivo de madera que acciona el movimiento parabólico de diferentes cuerpos, y varios cuerpos geométricos tanto simétricos como asimétricos.

PROCEDIMIENTO :

Se coloca un cuerpo piano de cierta figura sobre el dispositivo antes mencionado, se inclina la palanca y se suelta. Se filma con la cámara perpendicular al plano de movimiento.

0BSERVACIOSiI.S.

Esta práctica también se probó con un grupo de Física Experimental intermedia I. se alcanzaron todos los objetivos planteados. Se c ~ b w v ó que la incertidumbre variaba con los diferentes cuerpoi .lue te usaron, siendo los cuerpos simétricos mas sencillos de analizu y con menor incertidumbre. La ventaja que ticne :I dispositivos( que se ha donado a los laboratorios de f i b i i a &wencia) es su gran facilidad de uso, y aún siendo un s610 extenso de alumnos, pues se filma I , trayectoria en menos de 15 mín.. Gracias a

d i ~ p o ~ i ~ i v o te puede usar para un grupo

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esto varios equipos pueden filmar en el intervalo de una clase, usando cada equipo un cuerpo diferente.

Se propone también, que una vez analizado ei experimento los diferentes equipos expongan sus resultados y se comparen y expliquen las discrepancias entre los resultados.

BIBLIOGRAFIA

Título: " Mechanics" Autor : Ingard Cap. : 17

Título : " Mecánica" Autor : Eiiezer Braun Edición : 1988 Editorial : Trillas.

PRACTICA 3: MOVIMIENTO DE PRECESION Y NUTACION DE UN TROMPODE AIRE.

PROBLEMA :

a) Determinar la velocidad angular y de precesión del trompo O giroscopio, cuando no existe natación, utilizando el método de mínimos cuadrados. b) Encontrar, según los conocimientos de movimiento circular, el momento angular total como la suma de los momentos angulares aportados por el movimiento angular y de precesión. o c) Determinar la velocidad de nutación , utilizando el método de mínimos. cuadrados.

MATERIAL :

Giroscopio 2 cámaras de video.

Aire a presión

Práctica 4: TIRO PARABOLICO-PLANO INCLINADO.

Se sugiere que a cada equipo de estudiantes en el laboratorio se le asigne un problema diferente. a) Obtener el valor de la velocidad inicial de la pelota disparada por el cañón, dado el ángulo de disparo. b) Obtener la constante de fricción entre plano inclinado y el disco de teflón que se proporciona , para ver las discrepancias del valor experimental con el valor teórico. c) Obtener el tiempo que tardaran en chocar la bala y el disco, conociendo el ángulo del plano inclinado y la velocidad inicial. d) Una vez encontrado el tiempo de vuelo de la pelota, necesario para chocar con el disco, se propoue:

Cambiar el disco de teflón por uno de cualquier otro material, y cambiar el ángulo del plano, para lograr que la pelota choque de nuevo con el disco. Deacuerdo con esto, determinar el coeficiente de fricción entre el nuevo disco y el plano. e) Obtener la velocidad del disco y la velocidad de la pelota en el momento del choque, conociendo el tiempo en que chocaron y los ángulos. f) Obtener la aceleración de la pelota conociendo la distancia que se desplazó y la velocidad final. g) Obtener la aceleración del disco conociendo el coeficiente de fricción y la velocidad inicial. h) Que el alumno proponga otro problema a su alcance.

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Dispositivo de un cañón con una rampa ( Este dispositivo, consiste en un cañón con una bala de plástico. que se encuentran en un plano horizontal, que a su vez va unido a una rampa que forma un plano inclinado, del que resbala un disco ligero) cámara de video

PROCEDIMIENTO

Se dispara el cañón, lo cual acciona un interruptor que dispara la bala y manda una señal a una bobina que se encuentra en el extremo del plano inclinado, para que suelte simultaneamente un pequeño disco que se encuentra en ese extremo, de tal forma que

para ciertos ángulos ,que el' estudiante puede ajustar, tanto del cañón como del plano inclinado, la bala choque con el disco. Se filma el movimiento

OBSERVAUONES :

Esta es una práctica que ademas de interesante e ingeniosa, presenta varias ventajas como son: Dado esta práctica incluye muchas variables, que a su vez se pueden conocer todas analizando las imágenes por computadora, se puede pedir que el estudiante sólo mida con la computadora algunas variables y las demás las encuentre sustituyendo en las relaciones conocidas teóricamente. Esto permite que cada equipo tenga diferentes problemas o que un solo equipo tenga varios problemas que analizar, dependiendo del tiempo que se les de para esta práctica. Una vez filmado el experimento ( lo cual tomará un tiempo de 15 mín aproximadamente) cuando se han ajustado los ángulos, el análisis de cada problema en la computadora, si. ya se domina el uso de esta, tomará máximo una clase. Debido a que solo hay un cañón, se requiere de una buena organización de los equipos. Si estos están bien coordinados en una clase de 3 horas, podrán filmar y hacer el experimento todos los equipos, si han ajustado previamente con la teoría los ángulos para que la pelota impacte con el disco.

PRACTICA 5 : MOVIMIENTO EN UN PLANO INCLINADO.

PROBLEMA :

Se sugieren diferentes alternativas: I. a) Encontrar la velocidad inicial de un cilindro que rueda sin resbalar a lo largo de un plano inclinado.

b) Utilizando el método de mínimos cuadrados, con la ayuda de una cámara de video y un programa de computación de digitalización de imágenes, encontrar la velocidad final y la aceleración del cilindro. 11. a) Encontrar la aceleración de la gravedad.

b) Calcular la velocidad angular, el momento de inercia y la torca del cilindro.

MATERIAL :

- piano de madera. - cilindros de diferentes diámetros. - pantalla cuadriculada (opcional) -cámara de video

- sopurte universal - 2 nueces - 2 pinzas

PROCEDIMIENTO :

Con la ayuda del soporte universal, las pinzas y las nueces, se coloca el plano en forma inclinada a cierto ángulo entre los 15 y los 35 grados, para evitar que resbale. (Si utiliza una pantalla cuadriculada colocada al mismo ángulo da inclinación del plano, el análisis de datos será mas sencillo). Se rueda por el plano un cilindro, en el que previamente se ha marcado el radio y se filma.

De preferencia. de a cada equipo cilindros de diferente tamado.

OBSERVACIONES :

Esta práctica es una variación a la que ya existía anteriormente en los laboratorios de docencia, ésta práctica se realizaba con la ayuda de una cámara fotográfica, y debido a la falta de estas en los laboratorios actuales, se propone usar una cámara de video.

El experimento es muy sencillo, pero su filmación es delicada. y que se requiere de ciertos cuidados en la filmación, para no tener errores de paralaje. Por no conviene que sea la primera práctica en la que el alumno use la cámara, pero es muy Útil después para que el alumno aprenda a manejar correctamente la cámara y aprenda a cuidar tanto el ángulo de filmación como la iluminación.

El análisis de resultados, es con la ayuda de digitalización de imágenes. y requiere de 2 o3 clases para analizarlo.

BIBLiOGRAmA SUGERIDA :

Título : Física Autor : Resnick, Halliday Vol. 1 Editorial : Cecsa

Manual de la cámara

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PRACTICA 6 CONSERVACION DEL CENTRO DE MASA

PROBLEMA:

I. Analizar la conservación del centro de masa de un sistema moviéndose en una superficie sin fricción. a) Medir las distancias recorridas tanto del cubo como de la cuña y verificar que el centro de masa se conserva b) Medir con la comput.idora ia velocidad del cubo y de la cuña y verificar que la velocidad del centro de masa es nula.

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-Cuña de unicel u ouo mateiial ligero - Mesa de aire - Cubo de unicei con base de teflón. - 2 bombas de aire. - Nivelador de gota

- Cámara de video - Tapié

- videocasetera - computadora

OBJETWOS: .

1.- Establecer las variables relevantes del fenómeno y su relación teórica. 2.- Reconocer las limitaciones del modelo. 3.- Aplicar el mCtodo de mínimos cuadrados para el análisis de datos relacionándolos linealmente. 4.- Familiarizarte i on los programas de digitalización de imágenes y aprender a medir dicuncias y tiempos con la computadora. 5.- Justificar poribies discrepancias entre sus resultados y el modelo.

PROCEDlMIEhTO

Se hace una curia de u n i d de 20 a 30 cm de hipotenusa y con un ángulo de 30" aprorirnrcamente. como la mostrada en la figura. Se deja un pequeño riel en Id base de la cuña. Se coloca la curia ~ i b r e u n riel de alambre muy delgado para qiie sobre la mesa de air: que debe estar perfectamente nivelada y funcionando previamente. Se suelta un pequeño cubo de unicel sobre

'la cuña y se filma e l mo. imiento. Para evitar errores dc pardaje. se debe tener mucho cuidado en que el plano de movimicnio ! 13 cimara se encuentre a 90".

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PRECAUCIONES : Evitar el uso prolongado de las bombas de aire, porque se queman fácilmente.

OBSERVACIONES :

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Ai igual que .las demás practicas aquí propuestas, esta práctica donde se observó lo siguiente:

L a practica es útil para los objetivos planteados, es muy sencilla de realizar. sin embargo, se cuente con la desventaja de que debido a que las bombas se calientan rápido, el profesor debe tener mucho cuidado de que los alumnos no forgen mucho el equipo y aunque la filmación es rápida, entre un equipo y otro deberán esperar al menos 10 mín. antes de volver a accionar la bomba de &-e.

r se probó con un equipo de F.E.I. 11. . .

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En esta práctica se propone que el alumno busque la mejor forma de minimizar la fricción, lo cual, aunque parece un problema muy fácil, aprender el uso de la mesa de aire y buscar materiales de poca fricción, puede resultar complicado, dependiendo de la precisión que se busque.

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También el profesor puede proponer , que en lugar de la cuña y el bloque, el alumno construya algún otro sistema sencillo como varios bloques de diferente tamaño unos encima de otros y operarlos de la misma forma.

BJBLIOGRAFIA SUGERIDA :

r . Título : " Mecánica" Autor : Eliezer Braun Edición : 1988 Editorial : Trillas.

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RSICA EXPERIMENTAL INTERMEDIA

Los cursos de física experimental intermedia son de suma importancia, ya que se llevan a cabo, una vez que los alumnos tienen bien cimentadas las bases de la física experimental y además cuentan con mas bases teóricas tanto en física, como en matemáticas. Además a esas alturas el alumno tiene muchas dudas e inquietudes que se pueden aprovechar. Por ello considero que en estos cursos es cuando se puede permitir la libre iniciativa del alumno, fomentando su inventiva. El alumno puede sugerir un pequeño proyecto o se le puede dar a escoger entre varios proyectos que cubran los objetivos del curso. Es también en estos cursos donde se puede promover un trabajo interdisciplinario, en el que el alumno desarrolle los aparatos o instrumentos que requeriran para se experimento o sencillamente elaborar un equipo que sea de utilidad para los cursos mas elementales.

Si el alumno sugiere un proyecto, dependiendo de los conocimientos previos de esos alumnos en particular, se le puede dar la responsabilidad ai alumno, de proponer, tanto el problema, como los objetivos, el desarrollo teórico, etc. donde el profesor. sólo debe orientarlos.

Ya que los grupos son pequeños, en comparación con los grupos de fís. exp. elemental, el profesor puede tener mayor control y conocimiento del grupo, lo cual le permite ayudar al desarrollo de la inventiva de los estudiantes y detectar si algún equipo o estudiante necesita de mas apoyo que otros, lo cual implica dedicar mas tiempo a los alumnos y personalizar mas su educación.

Todas las prácticas aquí sugeridas excepto la dos y la tres, fueron desarrolladas y planteadas por alumnos de F.E.I. con el tipo de accesorias mencionadas.

,El éxito de cada práctica, se comentó anteriormente, sin embargo, considero importante recalcar que en esos cursos donde los alumnos diseñaron casi todo, se encontraban realmente motivados, y comentaron que habían aprendido y disfrutado mas el curso de esa forma , que cuando el profesor aporta todas las ideas.

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La siguiente práctica, se propone para el curso de Física Experimental Intermedia Ii o HI, debido a que el dctsarrollo tebrico requiere de las teorías de Hamilton y Lagrange.

PRACTICA 7 : MOVIMIENTO DE UNA PARTICULA EN LA SUPERFICIE INTBRIOR DE UN CONO.

PROBLEMA :

a) Encontrar el periodo, la velocidad. la posición y la enerpfa de una partícula de masa m , cuando se suelta bajo ciertas condiciones iniciales en el la superficie interna de un cono. b) Estudiar la estabilidad de órbitas circulares de movimiento translacional de la partícula m.

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MATERIAL :

- Cono o embudo gigante - Cámara de video - Bomba de aire - Masa sólida (balín) - Tubo hueco doblado en un extremo Observación: La masa sólida debe ser esférica y lisa.

- Videocasetera - Computadora

OBJETIVOS :

1.- Comprender mejor las teorías de Hamilton y Lagrange, a través del desarrollo teórico y verificar la precisión y utilidad de estas teorías a través de un experimento sencillo. a) Establecer las variables relevantes del fenómeno y su relación teórica. b) Reconocer las limitaciones del modelo. c) Justificar posibles discrepancias entre sus resultados y el modelo. 2.- Familiarizarse con los programas de digitalización de imágenes y aprender a medir distancias y tiempos con la computadora.

PROCEDIMIENTO (del problema 1 ) : se coloca el extremo

doblado del tubo en forma tangencia1 al borde superior interno del embudo. Por el otro extremo del tubo se introduce un balín, no muy pequeño, ya que entre mayor sea el diámetro, tardará mas en

Se fija en forma vertical el embudo

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Tubo hueco metálico .

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recorrer el embudo. Se filma el movimiento del balfn en el cono, colocando la cámara arriba del embudo. Para resolver el problema 2. es decir, para estudiar la estabilidad ¿e las órbitas. se introduce le balín de la forma descrita, sólo que cuando el balín llega a cierta altura se mueve el embudo ligeramente de tin lado a otro, sobre un mismo plano, de tal manera que el balín recupere la energía

OBSERVACIONES :

Esta práctica, es sumamente interesante y fácil de realizar; se sugiere no s610 para I:r cursos de física experimental, siempre y cuando se tengan los conocimientos teóricos previos, sino como itn

trabajo complementario en los cursos teóricos de Mechica clásica. Debido a la extcns.6n de éste trabajo, se sugiere que el alumiio

tenga todo un trimestre para realizarlo bien.

BIF3LIOGRP;FIA SUGERIDA :

Título: " Introducción ai estudio de la mecánica, materia y ondas", Autor : Ingard. Uno y Kraushaar, William L.. Edición: 1972 Editorial: Reverti, S A. Págs: 249-289.

Título: " Theory and problems of lagrangian dynamics", Autor: Wells Edición: 1967 Serie Schaum's Caps : 3 y 5.

Título: " Classical Jynaniics of particles and systems." Autor : Marion, Jerry E. Edición: 1965 Editorial: Acadcmic Pre;s International Caps.: 9 y10.

Título: " Methods of the iretical physics", Autor: Morse y Feshbxli ; Parte 1 Editorial : MacGraw IiiII Págs: 656-659.

\ *

Título : " Experimentación. Una introducción a la teoría de mediciones

Autor : D. C. Baird Edición : 1991 Editorial: Prentice Hall.

y al diseño de experimentos."

Títuio : " El arte de investiga" Autor : Fernando del Río. Edición: 1990 Editorial : Colección CBI, Universidad Autónoma Metropolitana.

Título : "Physics for the enquiring mind" Autor: Rogers, Eric M. Editorial: Princeton University Press.

" Título : " La estructura de las revoluciones científicas , Autor : Kuhn, T. S Edición : 1970 Editorial: Fondo de cultura económica

Título : Autor: Bardford, N. Edición: 1985 Editorial: Chichester Wiley.

" Experimental measurements: Precision, error and truth".

Título : " La instrumentación en física: Perspectivas de una

Autor : Jesús Urías Bol. Soc. Mex. Fís. 7-2, 1993

colaboración entre ciencia e ingeniería ".

Título : " La enseñanza de la física, un punto de vista cognoscitivo". Autor : Fims Camacho, F. y Gallegos Cázares, L. Bol. Soc. Mex. Fís. 7-2, 1993.

Título : " Instructional consequences of student's knowledge about

Autor : Champagne, A.B., Gunston, R.F. y Kopfer, L.E. in Pines and West Eds.. Cognitive structures and London Academic Press, 1985.

physical phenomena"

Conceptual Change,

- .

al ;o Título : " Stndents conceptions of basic ideas of the second law of

thermodynimics" Autor : Duit, R y Kesidoou, S. National Association fir Research in Science Teaching, 1990.

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-r Titulo : " Psychology and epistemology o: match or mismatch when

Autor : Duchl. R.. Hamilton, R. y Grandy. R. International Jooumal of science zducaliori. 12-3 1990

Título: " Research on conceptuad Understanding Autor : Mc Deexmontt, L. Physics Today.37 1484.

apiied to science education ?"

in Mechanics"

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A lo largo de este trabajo podemos notar que la docencia en física, requiere de varios cambios y de una ardua labor tanto de parte de Irs autoridades de esta universidad, como de los coordinadores, docentes, alumnos y técnicos laboratoristas, en el caso de la docencia en física experimental, para mejorar y actualizar los planes de estudio, el equipo de laboratorio, las instalaciones y en especial el enfoque de la docencia en las ciencias.

Este trabajo. s610 es un inicio, de la ardua labor que requiere la restauraci6n de los laboratorios y el enfoque que se debe dar. Algunas ideas de este trabajo, no están terminadas. pues requieren de tiempo y especialmente de un equipo o comité de trabajo para completar este trabajo.

A continuación presento solo algunas sugerewias para completar :

1.- Incluir en las prácticas o en los trabajos del laboratorio, el equipamiento hecho por los alumnos; es decir, que el equipo básico, o fácil de realizar lo hagan los mismos equipos, ya que a d e d s de desarrollar su creatividad y habilidades técnicas, el alumno aprende a cuidar mejor el equipo. 2.- Sincronizar la teoría con la práctica. Considero que los cursos experimentales serían más motivantes y mas útiles s i los experimentos estuvieran relacionados de alguna forma con lo que el alumno está aprendiendo en ese trimestre en la teoría. 3.- y cursos dirigidos a los profesores, donde se abarquen los diferentes puntos que se trataron en la introducción. 4.- dandole continuidad es que en los cursos de F.E. Intermedia los alumnos diseñen nuevas prácticas, y una vez por ail0 se organice un concurso donde se escojan las mejores tres prácticas, que se anexarían al banco de prácticas existente. D e esta forma, siempre habría nuevas prácticas actualizadas.

Concretizando los objetivos los podemos dividir de la siguiente forma:

A corto Plazo. el Replanteamiento de Objetivos, Metas y Alcances de los Laboratorios Experimentales.

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Organizar pláticas

Una forma de continuar esta labor,

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b.

A Mdiuro Plazo, La Celebración de un SIMPOSIO DE DOCENClA E N FISICA EXPERIMENTAL, con las siguientes metas:

a)

b)

Presentar los nuevos objetivos y enfoque de los laboratorios de docencia.

discusión , para formar un nuevo manual de laboratorio con las nuevas prácticas y las propuestas de los diferentes profesores de este plantel. C) Invitar gente con experiencia en estos temas de algunas universidades para aprovechar su experiencia y conocimiento en estos temas, através de pláticas y mesas redondas, que motiven el intercambio de ideas y el interés de los profesores en estos cursos. d) Através de pláticas conscientizar a todos los profesores de los diferentes problemas de actitud (trato y colaboración con los coordinadores y almacenistas) A Largo Plazo, Impulsar la Creación de una Area de Docencia en Física.

Proponer las nuevas prácticas de laboratorio, sometiéndolas a

Deacuerdo a lo planteado en la introducción. es urgente que se dedique un esfuerzo considerable a la docencia en física, especialmente a la parte experimental. Es importante conscientizar a los profesores de asumir con verdadera responsabilidad el compromiso adquirido con la Universidad en cuánto a la enseñanza y preservación de la cultura , balanaeando en forma justa el tiempo dedicado a la investigación y a la enseñanza , considerando el entorno social de la unidad Iztapalapa y es estrato cultural del estudiantado que ingresa.

Esto es, que el profesor esté consciente de que su labor como docente influye demasiado en los alumnos, si el profesor no está consciente de su labor formativa y su responsabilidad en la preparación de los alumnos, dejará cada vez mas la docencia, pues solo dedicará su tiempo a aquello de lo cual obtiene un premio (sueldo, pago, fama o publicaciones), descuidando parte de su responsabilidad por no estar “premiado” por ello.

Se considera que el impulso de la creación de una Area de Docencia en Física es de suma importancia ya que através de ésta se podrán abordar los problemas de docencia con la verdadera formalidad y seriedad que ameritan. es decir, en este órgano se podrán realizar investigaciones y estudios formales al respecto con el apoyo profesional de pedagogos, psic6logos, decanos y profesores eméritos cuya experiencia podrá ser eficientemente aprovechada.

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Con el respaldo de una árza de ésta índole será posible publicar artículos de investigación, libros, programas de computación enfocados a la docencia. los cuáles tengan un valor de evaluación equivalentes a los respectivos en investigación en las otras áreas de la física, o del SNI .