La ciencia de la física (P.2).

Objetivos:

-         Demostrar el efecto de la gravedad sobre los objetos.

-          Demostrar los principios básicos de funcionamiento de las palancas.

-          Demostrar la presencia de electricidad estática.

-         Valorar los aspectos a tener en cuenta a la hora de trabajar la física de forma experimental en la Enseñanza de Infantil.

¡   La Gravedad:

Hace más de 300 años, el famoso científico italiano Galileo subió a lo alto de la torre inclinada de Pisa para dejar caer objetos de distinto peso al suelo. La gravedad afecta a los objetos haciéndolos caer. Muchas veces se indica que “los cuerpos caen más rápido cuanto más pesados son”. Vamos a tomar esta afirmación como una hipótesis. Es necesario experimentar para rechazarla o aceptarla.

• 1          Deja caer objetos de distinto peso y tamaño desde la misma altura. Experimenta con objetos grandes y pequeños, ligeros y pesados (siempre cosas que no se rompan al caer al suelo).
• 2        Rechaza o acepta la hipótesis planteada y argumenta tu elección.

Para llevar a la práctica la hipótesis,lanzamos en primer lugar,un bolígrafo y un folio.

 En segundo,lugar un bolígrafo y el mismo folio arrugado formando una bola de papel.

 En tercer lugar,una bola de plastilina y otra de goma espuma.

 Por último, lanzamos al mismo tiempo un libro y una bola de goma espuma.

Tras lanzar los diversos objetos comprobamos que esta hipótesis es falsa ya que todos caían al mismo tiempo.

 A principios del siglo XVII, Galileo Galilei dio los primeros pasos hacia la visión actual de la dinámica al demostrar que la caída de los cuerpos es un movimiento acelerado independiente del peso del cuerpo que cae. Posteriormente Isaac Newton formuló tres leyes que describen el movimiento de la totalidad de los cuerpos y el movimiento de los planetas.

La segunda ley de Newton garantiza que la aceleración adquirida por un cuerpo es proporcional a la resultante de las fuerzas que lo impulsan. La constante de proporcionalidad, denominada masa inercial, es un valor característico de cada cuerpo e indica la oposición del cuerpo al cambio de su estado inercial. Una misma fuerza, producirá aceleraciones diferentes sobre cuerpos distintos y su valor será igual al cociente de la fuerza aplicada dividida por la masa del cuerpo.

Esto último quiere decir que cuanto más grande sea la fuerza aplicada, mayor velocidad adquirirá el cuerpo y que, mientras mayor sea la masa de este, se necesitará más fuerza para moverlo. 

Centro de gravedad:

Pasos a seguir para la realización de esta "experiencia":

• Dibuja y recorta un payaso como el del dibujo en cartón rígido (es suficiente con dibujar el contorno).
• Trata de conseguir que haga equilibrios con la nariz sobre un hilo o la punta de un lápiz.
• Cuando lo consigas, explica el fundamento físico que le permite al muñeco hacer equilibrios sin llegar a caer.

Para explicar la siguiente experiencia partimos de la teoría que explica que un cuerpo está en equilibrio cuando mantiene su estado cinemático de reposo o de movimiento rectilíneo, o de rotación, uniforme. Esto se consigue cuando sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, lo cual es bastante difícil ya que todos los cuerpos se encuentran al menos, bajo la acción de la fuerza de la gravedad, o bien cuando las resultantes de todas las fuerzas que actúan sobre él es nula, lo cual garantiza el equilibrio entre todas las fuerzas que actúan.

Esta condición no es suficiente para garantizar que un cuerpo se encuentra en un estado estático; a pesar de que sus fuerzas se equilibren, el cuerpo puede girar por la acción de las fuerzas respecto a un eje que permanezca fijo. Aparece entonces una nueva magnitud, denominada momento de una fuerza respecto a un eje fijo. 

El momento permite determinar el efecto de una fuerza sobre el giro de un cuerpo. La segunda y última condición de equilibrio de un cuerpo se refiere a que la suma de los momentos aplicados a él tiene que ser nula, lo cual garantiza que el cuerpo no gire.

Para que el payaso pudiera permanecer en equilibrio le pusimos dos trozos de plastilina en las manos. 

Por tanto, finalmente el cuerpo del payaso permaneció en equilibrio porque las fuerzas que actuaban sobre él se anularon y se compensaron mutuamente.

Las Palancas:

Para comenzar, cabe destacar que una palanca es una barra rígida que oscila sobre un punto de apoyo debido a la reacción de dos fuerzas contrapuestas, la resistencia y la potencia.

La primera experiencia que realizamos con respecto a este tema fue “El balancín”.

Pautas a seguir: 

•  Fija con plastilina un lápiz redondo sobre la superficie de la mesa.
•   Coloca una regla en equilibrio perpendicularmente sobre el lápiz.
•  Sobre uno de los extremos coloca una moneda y en el lado opuesto colcoca dos, una encima de otra, procurando que el lápiz se mantenga en equilibrio.
• Mide la distancia entre los dos centros de las monedas y el punto de apoyo del lápiz.
•   Registra el resultado de la observación y trata de expresarlo mediante una relación matemática

Medimos la distancia entre los dos centros de las monedas y el punto de apoyo del lápiz. La distancia desde el centro hasta la moneda es de 2,5 centímetros y la distancia del centro a las dos monedas es de 1,25.

m= Moneda.

d1= Distancia de una moneda al centro.

d2= Distancia de una moneda al centro

2m= Dos monedas. 

m.d1=2.m.d2

  

La segunda experiencia que realizamos fue “Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo”.

Para ello seguimos las siguientes pautas: 

•  Usa una palanca hecha con una regla y un lápiz para levantar libros y otros objetos usando un solo dedo (con el antebrazo posado en la mesa), a la hora de aplicar la fuerza.
•  Desplaza el punto de apoyo para que unas vueltas esté más cerca y otras más lejos de la resistencia.
•              Registra tus observaciones.

Una vez realizada la experiencia hemos podido comprobar que cuanto menor sea la distancia entre el punto de apoyo y el punto donde hacemos la fuerza mayor será la fuerza que habrá que hacer para mover el libro. Por el contrario, cuanto mayor sea la distancia entre el punto de apoyo y el punto donde hacemos la fuerza menor será la fuerza que habrá que hacer para mover el libro.

La Electricidad Estática:

Esta experiencia constaba de dos partes:

1º Parte:

P

Pasos a seguir:

Deja salir un fino chorro de agua por el grifo. Acerca un peine con el que te hayas acabado de peinar o un globo hinchado previamente frotado a una prenda de lana.

¿Qué Ocurre?

El agua se mueve hacia un lado.

Repite la experiencia usando pequeños trozos de papel en vez del hilo de agua. ¿Qué sucede ahora?

Los trozos de papel son atraídos por el globo.

A continuación hemos tratado de explicar lo observado en base a lo que tienen en común o diferente el agua y el papel.

El término electricidad estática hace referencia a la acumulación de un exceso de carga eléctrica en una zona con poca conductividad eléctrica, un aislante, de manera que la acumulación de carga persiste. Los efectos de la electricidad estática son familiares para la mayoría de las personas porque pueden ver, notar e incluso llegar a sentir las chispas de las descargas que se producen cuando el exceso de carga del objeto cargado se pone cerca de un buen conductor eléctrico (como un conductor conectado a una toma de tierra) u otro objeto con un exceso de carga pero con la polaridad opuesta.

Un objeto cargado situado cerca de otro eléctricamente neutro provocará la separación de las cargas del otro. Esto se debe a que las cargas de la misma polaridad se repelen mientras que las de diferente polaridad se atraen. Como la fuerza debido a la interacción entre las cargas eléctricas disminuye rápidamente con el aumento de la distancia, el efecto será mayor si están muy cerca. Este efecto es mayor cuando el objeto inicialmente neutro es conductor eléctrico porque las cargas tienen más facilidad para moverse.

La conducción eléctrica en los conductores, semiconductores, y aislantes, se debe a los electrones de la órbita exterior o portadores de carga, ya que tanto los electrones interiores como los protones de los núcleos atómicos no pueden desplazarse con facilidad.

En el caso de la práctica del globo y el agua del grifo, el agua se desvía porque el globo está cargado eléctricamente. El agua pura no es conductora y no se desviaría pero el agua del grifo tiene sales disueltas que le hacen conductora lo que hace que vaya hacia el globo.

Lo mismo ocurre con el caso de los trozos de papel. Aunque el papel es aislante la electricidad estática que desprende el globo atrae el papel.

Reflexión Didáctica 

     Indica que debe y que puede entender un/a alumno/a de Enseñanza Infantil sobre temas relacionados con la física.

   Un alumno o alumna de Educación puede entender a través de actividades prácticas, es decir, de la construcción de conocimientos a través de la experiencia, lo que significan los términos equilibrio, fuerza, electricidad estática o lo que es una palanca y para que se puede utilizar. Algunos conceptos como el equilibrio o la fuerza los podrán asociar a otras asignaturas.

   Propón una pequeña experiencia que permita tratar de forma experimental en la etapa de infantil alguna otra disciplina de la física que no se haya tratado en esta práctica.

MATERIALES

- Cuchara de metal y cuchara de plástico..
- Vasos de plástico
- Pajitas de bebida
- Papel de cocina
- Un trozo de papel de aluminio

PROCEDIMIENTO

     Apoyamos una cuchara de metal horizontalmente entre dos vasos de plástico y se deja un trozo de papel de aluminio sobre un extremo del mango de la cuchara.

     Cuando acercamos la pajita de la bebida frotada a la parte curva de la cuchara, el trozo de papel de aluminio salta repelido por el mango. Si se deja caer otra vez sobre el mango vuelve a rebotar.

  Este proceso se repite hasta que la cuchara se descarga al tocarla con el dedo. El experimento no funcionaría si se empleara una cuchara de plástico en lugar de una de metal.

EXPLICACIÓN

   Cuando un cuerpo cargado toca la cuchara le transfiere una parte de su carga que se reparte por todo el objeto. El trozo de aluminio, en contacto con la cuchara, también se carga (con el mismo signo que la cuchara), en consecuencia se repele. Así se demuestra como la carga eléctrica se puede mover a través de los buenos conductores.

   Valora la actividad que has realizado en su conjunto. ¿Qué has aprendido desde el punto de vista científico?

   Desde el punto de vista científico a través de esta práctica comprobamos si nuestras hipótesis eran acertadas o no, llevando a la práctica nuestros conocimientos previos relacionados con la física e indagando y aprendiendo más sobre la gravedad, el centro de gravedad, las palancas y la electricidad estática.

    Adquirimos nuevos conocimientos como en el caso de la electricidad estática puesto que desconocíamos que al frotar el globo a una prenda de lana y acercarlo luego a un hilo de agua del grifo, el agua se apartaría hacia el lado contrario.

1         Y desde o punto de vista didáctico?

     Desde el punto de vista didáctico profundizamos sobre los conceptos anteriormente nombrados y aprendimos como transmitírselos a los niños y niñas de un modo adecuado puesto que se trata de conceptos muy complejos para su edad, intentando que reflexionen, indaguen, experimenten y los relacionen con otros aspectos de la vida cotidiana y de la vida en el aula.

     Reflexiona sobre los posibles peligros, las precauciones y cualquier otro aspecto relacionado con seguridad  a la  hora de realizar experiencias de física con alumnado de Enseñanza Infantil.

    

        Es fundamental explicar a los niños y niñas que deben emplear el material con mucho cuidado y precaución. Aquellos objetos que puedan ser peligrosos serán manipulados por parte del profesor o profesora y los niños y niñas observarán como lo emplea. Además al terminar las prácticas, todos juntos recogeremos el material y lo limpiaremos si es necesario. Por último, se lavarán las manos.