Proyecto sufragado por el Departamento de Educación mediante el programa Título II Parte: “Improving Teacher Quality State Grant”

LAS FUERZAS Y LAS LEYES DE NEWTON

Capacitadora: Elba M. SepúlvedaCRPCM: Inocencio Montero, Utuado

Nivel: 4-6 Ciencia

AlACiMa2AlACiMa2

AgendaHorario Actividad

8:00 – 8:30 AM  Registro de participantes y desayuno.

8:30 – 9:00 AMSaludo, bienvenida y entregar hoja de reacción evaluativa.

9:00 – 9:15 AM Reflexión, objetivos y estándares

9:15 AM- 1:00 PMDesarrollo de actividades de contenidoInicio, ejercicios 1, 2, 3 y 4.

1:00 - 1:30 PM Cierre y evaluación de la capacitación

1:30 PM Almuerzo

Acuerdos colaborativos

El que trabaja y se involucra, aprende.

Todos tenemos peritaje. Reta las ideas.

Comparte el tiempo de hablar.

Date la oportunidad de escuchar.

Toma tiempo para reflexionar.

No hay preguntas tontas; si tú lo estás pensando, seguramente otros lo cuestionan también.

Parafrasea las preguntas para beneficio de todos.

Otros acuerdos...

Celulares en modo

silencioso.

Salidas deben ser

autorizadas...

Reflexión• La fuerza no proviene de la capacidad

física sino de una voluntad indomable.• Mahatma Gandhi

Conceptos

• Fuerza, mecánica, leyes de Newton

Concepto principal

• Movimiento, desplazamiento, rapidez , velocidad y aceleración

Conocimiento previo

Objetivos específicos de aprendizaje

Nombrarán y diferenciarán las cuatro fuerzas fundamentales.

Diferenciarán las fuerzas de contacto de las fuerzas de campo.

Comprobarán experimentalmente la relación directa que existe entre la fuerza y la masa.

Demostrarán experimentalmente la primera ley de movimiento de movimiento de Newton.

Graficarán datos experimentales de fuerza y masa.

Objetivos específicos de aprendizaje

Identificarán los tipos de variables en un experimento.

Identificarán la segunda y la tercera ley de movimiento de movimiento de Newton en dos experimentos.

Enunciarán las tres leyes de movimiento de movimiento de Newton.

Establecerán diferencias entre las tres leyes de movimiento de Newton a través de diferentes experimentos.

Alineación curricularLibro de Texto Santillana:

Descubrimiento ciencia integrada

Cuarto Grado Quinto Grado Sexto Grado

Capítulo 6 ¿Cómo describimos la materia?

Capítulo 12El movimiento de los objetosCapítulo 13La fuerza y el trabajo

Capítulo 9La materia y la energía

Estándares y expectativas

La naturaleza de las

ciencias, tecnología y

sociedad

La energía

Las interacciones

¿Qué fuerzas conozco?

INICIO

Organizador gráfico

Las fuerzas

Fuerza

• ¿Qué fuerzas conozco?

• ¿Qué conceptos puedo relacionar a las fuerzas?

• ¿Qué tipos de fuerzas existen?

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PRIMERA LEY DE NEWTON

¡Cataplum!

Actividad 1: ¡Cataplum!

0:01 0:02 0:03 0:04 0:05 0:06 0:07 0:08 0:09 0:10

Preguntas para la discusión• Infiera, ¿cuál de los objetos tiene una

masa mayor, la tarjeta o el pinche de ropa?

• Considera la respuesta a la a pregunta anterior, ¿cuál tiene mayor inercia?

• ¿Qué fuerzas crees que están actuando en el sistema compuesto por el pinche y la tarjeta?

Preguntas para la discusión• Realice una inferencia que sirva de

explicación o respuesta al evento discrepante. Su repuesta puede ser en palabras o puede realizar un dibujo que explique la situación.

• Explique cómo este evento puede ser explicado considerando la primera ley de Newton.

Fuerzas que actúan en el sistema

Movimiento• El movimiento de los objetos puede ser

causado por la aplicación de dos acciones:– fuerza o energía.

Fuerza• Es un jalón o halón,

empujón o tirón que tiene magnitud y dirección (Zitzewitz, 2004).

• Toda influencia que tiende a acelerar a un objeto; un impulso o una tracción. Es una cantidad vectorial (Hewitt, 2004).

Dinámica• Estudio del efecto de

las fuerzas sobre la materia.

• La dinámica es la parte de la mecánica que describe y cuantifica los factores que producen el movimiento.

Murphy, Hollon, Zitzewitz y Smoot (1989) y Zitzewitz (2004)

Fuerzas de contacto• Actúan sobre un

objeto al tocarlo.

Serway (2002) y Zitzewitz (2004)

Fuerzas de largo alcance• Se ejerce sin tocarlo.• Se conocen también

como fuerzas de campo.• La fuerza ejercida

depende de la ubicación en el espacio.

20.38N 3.39N

Serway (2002) y Zitzewitz (2004)

Conceptos relacionados a fuerza y movimiento

(Zitzewitz, 2004)

• sistema– es el objeto

• ambiente– el universo alrededor

del objeto

• agente– Cada Fuerza tiene una

causa específica, identificable o inmediata.

Fpupitre sobre libro

Fmasa de la Tierra

sobre libro

Existen cuatro fuerzas fundamentales:

• Fuerza nuclear fuerte• Fuerza nuclear débil• Fuerza

electromagnética• Fuerza gravitacional

Fuerza nuclear fuerte • Esta fuerza mantiene

unidos los protones y los neutrones dentro del núcleo y es tan potente que puede superar la repulsión natural de los protones.

• Esta energía puede liberarse en las reacciones nucleares.

Fuerza nuclear fuerte • A pesar de su poder,

su alcance es tan pequeño que sólo se pueden apreciar a distancias menores a 1 fm.

• 1 fm = 10-15 m • Fat Man y Little Boy

Fuerza nuclear débil • Esta fuerza sutiles que

son evidentes. • Estas fuerzas se pueden

apreciar en el decaimiento de partículas beta (neutrones) en el núcleo del átomo y en la radiactividad.

Fuerza nuclear débil • El nombre “débil”

proviene de que es • 1013 menos potente

que la fuerza nuclear fuerte.

Problemas de radiactividad en Japón

Halliday, Resnik y Walker (2005), Serway y Beicher (2002) y Heweitt (2004)

Fuerza electromagnética (emf)

• Benjamín Franklin estudió los efectos de la electricidad.

• Demostró que los rayos son similares a la electricidad causada por fricción.

• La electricidad es la fuerza entre cargas positivas y negativas.

• Esta fuerza mantiene la estructura de los objetos en el universo.

Fuerza electromagnética

• Son fuerzas entre partículas cargadas.

• Le dan la habilidad a algunos materiales para doblarse, apretarse y a estirarse. – Ejemplos: fricción y las

fuerzas de tensión de superficie.

Fuerza gravitacional

• Fuerza de atracción entre dos objetos con masa.–Gravitación–Gravedad

Galileo Galilei –(1564-1642) • Cuenta la leyenda que Galileo

(científico del siglo XVI) descubrió que todos los cuerpos caían de la misma manera.

• Dejó caer cuerpos ligeros y pesados desde la torre inclinada de Pisa.

• Observó que todos tardaban el mismo tiempo en llegar al suelo.

• Esto significó el descartar la antigua idea de que los cuerpos más pesados lo hacían más rápidamente.

Algunas contribuciones de Galileo

• Estableció las bases para el método científico.

• Contribuyó al entendimiento de la mecánica al explicar el movimiento de los cuerpos.

• Fue físico, matemático y astrónomo.

Murphy, Hollon, Zitzewitz y Smoot (1989), Zizewitz (2004) y Serway y Beicher (2002)

Inercia• De aquí surge el

razonamiento de que todo objeto posee una tendencia de oponerse a cambios en el movimiento.

• Esta tendencia es gracias a su masa.

Masa• La masa es la

cantidad de materia que posee un objeto.

• Cuando relacionamos la masa con la inercia la llamamos masa inercial.

• La masa inercial es la medida de la resistencia de un objeto a cambiar su movimiento como respuesta a una fuerza externa.

Murphy, Hollon, Zitzewitz y Smoot (1989), Zizewitz (2004) y Serway y Beicher (2002)

Peso• El peso de un objeto

es igual a la magnitud de la fuerza gravitacional ejercida por el planeta donde se encuentre el objeto.

Murphy, Hollon, Zitzewitz y Smoot (1989), Zizewitz (2004) y Serway y Beicher (2002)

Peso vs masa• masa= cantidad de materia

• peso= es la fuerza gravitacional ejercida sobre un objeto por un cuerpo masivo

W= mg

Primera ley de movimiento de Newton

• “Inercia” • Establece: Un objeto permanecerá en su

estado de reposo o movimiento uniforme en línea recta a menos que actúe sobre el una fuerza no balanceada (neta).

               

                   

Vídeo• Primera ley de Newton

Unidades fundamentales• Las unidades fundamentales son aquellas

que no se pueden derivar de otras. • Por ejemplo:

– el kilogramo es la unidad fundamental para medir la masa (kg)

– el segundo para medir el tiempo (s)– el metro para medir la distancia (m)

Unidades derivadas• Las unidades derivadas son aquellas que

se derivan de dos o más unidades fundamentales.

• Por lo tanto, la unidad que mide la fuerza (el Newton) surge al combinar las unidades fundamentales de masa, distancia y tiempo.

2

11

kg mNewton

s

MÁS MASA Y MÁS INERCIA

Actividad de laboratorio

Segunda ley de Newton

Más masa y más inercia

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Preguntas para la discusión

• ¿Qué sucedió a medida que aumentabas la masa?

• ¿A qué conclusiones puedes llegar luego de realizar el experimento?

• ¿A qué otros conceptos o ley nos conduce la primera ley de movimiento de Newton, si esta nos relaciona la fuerza con la masa y la aceleración de un objeto?

Segunda ley de movimiento de Newton

• Establece: Cuando una fuerza no balanceada actúa sobre un objeto, este se acelera.

• La aceleración varía directamente con la fuerza aplicada no balanceada y tendrá la misma dirección que esta.

∑F = m a

Serway y Beicher (2002)

Vídeo• Segunda ley de Newton

Segunda ley de Newton

• La segunda ley responde la pregunta, ¿qué le ocurre a un objeto sobre el que actúa una fuerza neta distinta de cero? Supongamos que se ejerce una fuerza horizontal F sobre un bloque y el bloque se mueve con cierta aceleración a.

Suma de fuerzas• La fuerza es una cantidad vectorial.• Las fuerzas se suman de acuerdo con su

dirección.

5N+5N=10N, E 5N,E+ 3N,O =2N,E

EsteEste

Oeste

En el caso del experimento...• Halaste el objeto de forma

horizontal.• Trataste de mantener una

velocidad constante a la derecha.

• Mediste la fuerza aplicada.• La fuerza aplicada y la fricción

son de igual magnitud pero diferente dirección.

Fuerza aplicada

Fuerza de fricción

Algunos tipos de fuerza

• Fuerza de fricción – Ff

• Fuerza normal – FN

• Tensión – FT o T

• Peso – W• Empuje – Fe

Zitzewitz (2004)

Fuerza aplicada o tensión de la cuerda

Fuerza de fricción

Peso

Fuerza normal

EL CHOQUE

Actividad de laboratorio

Primera y segunda ley de Newton

El choque

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Preguntas para la discusión• Indica, ¿en qué ocasión el auto desarrolló mayor

velocidad? • De la pregunta anterior, ¿en qué ocasión el auto

desarrolló una mayor aceleración? • Explique utilizando la segunda ley de movimiento

de movimiento de Newton, los resultados del experimento.

• ¿Cómo puedes explicar este experimento usando principalmente la segunda ley de movimiento de Newton? Explique y justifique la respuesta

La fuerza y la aceleración

• Si se aplica una fuerza dos veces más grande al mismo objeto, la aceleración de duplica. (2F=2ma)

• Si se aumenta la fuerza tres veces, la aceleración original se triplicará. (3F=3ma)

• Esto quiere decir que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúe sobre el e inversamente proporcional a su masa.

La inercia• Es la responsable de

que la figura de plastilina salga disparada...

Reflexiona• ¿Por qué debemos

usar el cinturón de seguridad?

• ¿Qué otras leyes de Newton aplican aquí?

EL GLOBO COHETE

Demostración

Tercera ley de Newton

El globo cohete

Preguntas para la discusión

• ¿Cómo es el movimiento del globo?• Explique qué ley de Newton aplica a dicho

movimiento y justifique su selección.• Indica, ¿cuál es la fuerza de acción y cuál

es la de reacción?

Tercera ley de movimiento• Se conoce como la Ley de acción y reacción. • Esta postula que: “toda fuerza está

acompañada por otra fuerza igual, pero en dirección opuesta.”

• De acuerdo a esta ley, no existe situación alguna en que una fuerza actúe únicamente sobre un objeto.

Tercera Ley de Newton

• Ley de Acción y reacción• Establece:

– Toda fuerza está acompañada de otra fuerza de igual magnitud pero en dirección opuesta.

– Un par de interacciones son dos fuerzas que están en direcciones opuestas y tienen igual magnitud.

FA sobre B

-FB sobre A

Ejemplos• Ej. Deportes…bate y bola, raqueta

y bola, ”bowling” , empujar una pared y otros…

Tercera Ley de Newton

                             

           

                                                    

                            

                          

                           

Vídeo• Tercera ley de Newton

Aplicación de conceptos

Consejos...• Aplican todas las leyes de

Newton.• La inercia es la

resistencia al movimiento, los de mayor inercia ubíquelos al final...

• La fricción permite mantenerse de pie y ocurre en dirección opuesta al deslizamiento, asegure un buen agarre al piso.

• El peso se relaciona con la fuerza normal y con la fuerza de fricción.

• Cuando la fuerza está balanceada la suma de todas las fuerzas es cero, porque FA=FB

• Eso significa que para que ocurra movimiento halen bien fuerte para que las fuerzas desbalanceen...

CIERRE

Jeopardy de fuerzas

HOJA DE REACCIÓN EVALUATIVA

ReferenciasDepartamento de Educación, (2000). Estándares: Programa de ciencia. Puerto

Rico: Autor.

Departamento de Educación, (2007). Estándares de contenido y expectativas

de grado: Programa de ciencia. Puerto Rico: Autor.

Halliday, D., Resnick, R. y Walker, J. (2005). Fundamentals of Physics,

Extended Edition. Estados Unidos: John Wiley & Sons, Inc.

Hewitt, P. G. (2004). Física conceptual, novena edición [Traducción al español

por González, Pozo, V. Flores Lira, J.A. y Mayorga Sariego, N.]. México:

Pearson Educación de México, S. A. de C. V.

Liem, T. (1987). Invitations to science inquiry. 2nd ed. California: Liem.

ReferenciasMurphy, J., Hollon, J., Zitzewitz, P. y Smoot, R. (1989). Física: Una ciencia

para todos [Traducción y edición científica al español de José N.

Caraballo]. Ohio, Estados Unidos: Merrill Publishing Company.

Serway, R. A., Beichner, R. J. (2000). Física para ciencias e ingeniería, quinta

edición [Traducción al español por Campos Olguín, V., García Hernández,

A.E.,]. México: Mc Graw- Hill / Interamericana Editores, S.A. de C.V.

Zitzewitz, P.W. (2003). Física principios y problemas [José L. Alonso y

Roberto Ríos Martínez, Traducción]. Colombia: McGraw-Hill

Interamericana.

VanCleave, J. (2000). Física para niños y jóvenes: 101 experimentos superdivertidos. México: Editorial Limusa.

Taller adaptado y ofrecido por: Elba M. SepúlvedaPara el proyecto AlACiMa2

3 de junio de 2011

CORRECCIONES A LA PRESENTACIÓN DE FUERZAS Y LEYES DE NEWTON

Solamente agregué estas plantillas para ampliar la explicación de la tercera ley de Newton

Fuerzas de interacción

Interacciones

Sistema 1

Fuerzas externas

Sistema 2