Experimento 6Las fuerzas y sus efectos

Propósito del experimentoComprobarás los efectos de las fuerzas.

Material• Pelota de esponja

DesarrolloColoca la pelota sobre la mesa de trabajo y obsérvala, ¿qué forma tiene?

¿Qué tendrás que hacer para que la pelota abandone el estado de reposo?

Hazlo por favor y cambia la intensidad y la dirección de la acción que realizas para poner la pelota en movimiento, ¿qué sucede?

Pide a los demás miembros del equipo de trabajo que hagan lo mismo que tú, tomando nota cuidadosa de los resultados de las experiencias.

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¿Qué se necesita para hacer que un objeto abandone el estado de reposo?

Pon encima de la pelota una mano y apriétala de arriba hacia abajo, ¿qué sucede?

Pide a los demás miembros del equipo de trabajo que hagan la misma operación con la pelota, ¿qué sucede?

Comenten las experiencias personales y traten de explicarlas. ¿Por qué sucede lo que observan en la pelota?

¿Cómo llaman a la acción anterior? Comenten entre los compañeros de equipo y anoten las conclusiones.

¿Qué sucedió al dejar de aplicar la fuerza sobre la pelota? Comenten entre los compañeros de equipo y registren las conclusiones.

¿Cómo explican lo anterior?

SColoquen la pelota sobre la mesa de trabajo y por turno, apliquen una fuerza por un lado de ella, ¿qué sucede?

Repitan la operación, aplicando la fuerza sobre la pelota en diferente

dirección, ¿qué sucede?

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Si la pelota se encuentra en movimiento y deseas detenerla, ¿qué deberán hacer?

Si la pelota se encuentra en movimiento y desean desviarla de su trayectoria ¿qué deberán hacer?

En los casos anteriores se han aplicado una serie de fuerzas que han provocado varios efectos, como el producido cuando la fuerza se aplicó de arriba abajo, pro- vocando una presión sobre la pelota y observaron que la pelota se

Y cuando aplicaron la fuerza por un lado de la pelota, ésta

De acuerdo con la dirección y el sentido en que realizaron la aplicación de la fuerza, con lo que pueden deducir que la fuerza es una magnitud de tipo

Finalmente, ¿qué tuvieron que hacer sobre la pelota en movimiento para detenerla?

.

Cuando quisieron desviarla de su trayectoria inicial, sin detenerla, ¿qué tuvieron que hacer?

Resumiendo, después de las observaciones anteriores, podemos lle- gar a la conclusión de que las fuerzas tienen los efectos siguientes:

producen presión y deforman los cuerpos elásticos.• Modifican el estado de movimiento de los cuerpos.

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Autoevaluación

1. Cuando aplicamos nuestra fuerza muscular sobre la pelota de esponja de arri- ba abajo le estamos aplicando que provoca en el cuerpo elástico

2. Si un cuerpo se encuentra en reposo y deseas ponerlo en movimiento es ne- cesario

3. Si un cuerpo se encuentra en movimiento y deseas que se detenga, es necesario

4. Para que un cuerpo que se encuentra en movimiento cambie su dirección sin detenerse, es necesario

5. Por las características de las fuerzas, éstas son magnitudes de tipo

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Experimento 7La fricción(Esta actividad apoya la secuencia 6 del libro deCiencias II. Énfasis en Física. Telesecundaria)

Propósito del experimentoComprobarás las ventajas y desventajas de la fricción.

Material• Dinamómetro graduado en newtons• Hilo cáñamo o hilaza• Tabique• Trozo de madera de 20 x 10 x 5 centímetros• Diez cilindros de madera o tubos de metal de longitud y diámetro se-

mejante al de un lápiz• Patín o patineta con ruedas embaladas• Dos láminas de vidrio plano de 10 x 20 centímetros• Dos botes de lámina con los bordes de las bocas con una canal (como

los usados para guardar pintura o los de leche en polvo que requierenguardarse herméticamente)

• Canicas de vidrio del mismo tamaño• Hojas de papel y lápiz con punta

DesarrolloPor el título de la práctica, seguramente tienes ya una idea del contenido de lamisma y por el propósito te cuestionarás acerca de la validez de la disyuntiva:¿puede la fricción ser conveniente o inconveniente?, comenta con tus compañerosde equipo al respecto y, con la intervención del docente, hagan una lista de venta-jas y desventajas de la fricción, basados en las experiencias propias.

FricciónVentaja

sDesventaja

s

Después de discutir la experiencia, seguramente habrán llegado a la conclu- sión de que existe una fuerza que se opone al desplazamiento de los cuerpos, uno sobre el otro y que se conoce

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como fricción.

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Para su estudio experimental, atenderemos primero a los casos en que es con- veniente disminuirla y, como ya dijimos, la fricción es la fuerza que se opone al deslizamiento de un cuerpo sobre otro, como pudiera ser el arrastrar a un cuerpo sobre el piso a partir del reposo.

Para medir el tamaño de la fuerza que deberás aplicar para poner al cuerpo en movimiento, usarás un instrumento que se conoce como dinamómetro que, en resumidas cuentas, es un resorte que se deforma ante la acción de una fuerza y tiene una escala en la que se puede leer el tamaño de la fuerza aplicada.

Ata el tabique con el hilo cáñamo y suspéndelo del dinamómetro, tomando al aparato por el aro que tiene en un extremo mientras del gancho del extremo opuesto está suspendido el tabique, lee en la escala del aparato y podrás conocer su peso y regístralo a continuación.

Ahora coloca el tabique sobre el suelo con la superficie mayor en contacto con el piso; procede a tirar de él tomando el dinamómetro de su argolla, mientras el gancho del mismo se encuentra fijo en el hilo cáñamo.

Observa la escala del dinamómetro y toma nota del valor máximo que alcance. Regístralo:

Repite la operación tres veces y obtén el promedio de las lecturas, que será el valor de la fuerza necesaria para poner en movimiento al tabique, arrastrándolo sobre el piso. Anótalo a continuación:

Figura 7.1. Ata el tabique por medio del hilo y suspéndelo del dinamómetro.

Coloca ahora al tabique sobre el lado intermedio y procede a repetir la experiencia de arrastrarlo sobre el piso, midiendo con el dinamó- metro tres veces el tamaño de la fuerza necesaria para ponerlo en movimiento; obtén el promedio, que registrarás como la fuerza nece- saria para poner al ladrillo en movimiento:

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Figura 7.2. Arrastra el tabique sobre el piso.¿Cómo son las fuerzas que ponen en movimiento a un cuerpo pesado según la superficie de apoyo?Iguales ( ) diferentes ( )

De lo anterior, puedes deducir que, para mover un cuerpo pesado sobre una superficie de contacto, la superficie sobre la que descansa aquel deberá ser: Mayor ( ) menor ( ) es indistinto ( ).

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Analiza ahora una variante de los experimen- tos anteriores, colocando en el piso una serie de cilindros de madera o metal del mismo diámetro y poniendo encima un ladrillo ata- do con el hilo cáñamo. Repite las experiencias planteadas con anterioridad, incluida la del intercambio de materiales con otros equipos de trabajo.

¿A qué conclusiones llegan?

Figura 7.3. Coloca el tabique sobre la patineta.

¿En qué momento se aplica menor fuerza para iniciar el deslizamiento?

Y si sustituyes los cilindros por canicas, ¿qué sucede? Realiza la expe- riencia y toma nota cuidadosa de los resultados:

¿Qué dificultades encuentras para la aplicación de los rodillos o las es- feras en el desplazamiento de los cuerpos pesados sobre una superficie sólida?

Una posible solución es utilizar una plataforma con ruedas, en don- de las esferas vayan contenidas en una serie de dispositivos conocidos como baleros y que tú seguramente has usado en forma de patineta o patín, así que ahora coloca el tabique sobre la patineta o patín que ha- yas conseguido.

Finalmente podrás hacer un modelo de balero si usas los botes con una canal en los bordes de la boca y, para ello, coloca sobre la mesa de trabajo uno de los botes con la boca hacia arriba y ve poniendo en la ranura del borde una serie de canicas, tantas como puedas, dejando un pequeño espacio que les permita rodar sin estorbarse.

Hecho lo anterior, coloca el segundo bote boca abajo para que coincida sobre la serie de canicas. Finalmente coloca encima de la base del segundo bote el ladrillo y hazlo girar tirando del hilo cáñamo en forma tangencial al bote cilíndrico sobre el que descansa. Toma nota de la fuerza que se necesita para poner en movimiento el cuerpo pesado:

Sugerencia didáctica

Intercambia tus materiales de trabajo (tabique, cáñamo y dinamómetro) con los compañeros de otrosdos equipos y repitan las operaciones anterioresy después, con la intervención del docente, intercambien resultados.¿A qué conclusiones llegan?Tomen nota de la misma.

Desmonta el dispositivo anterior y pon un poco de aceite entre to- das las canicas para que éstas queden lubricadas.

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Monta nuevamente el dispositivo y repite las operaciones propuestas en párrafos anteriores,¿encuentras diferencias entre los resultados de usar el balero seco y el balero aceitado? Sí ( ) No ()

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Sugerencia didáctica

Repite las experiencias planteadas anteriormente y registra los resultados, que comentarás con la intervención del docente.

¿A qué conclusiones llegas?

Al principio del experimento se propuso que la fricción presenta tam- bién aspectos positivos. A continuación podrás comprobar algunos de ellos; con tal fin, coloca la lámina de vidrio junto a una hoja de papel y con un lápiz de punta bien afilada dibuja en ambas superficies la misma figura, ¿qué sucede?

¿A qué atribuyes lo observado?

Figura 7.4. Tira del tabique tomando el dinamómetro de su argolla.

Una experiencia semejante es cuando tratas de caminar sobre una superficie mojada o peor aún cuando sobre ella hay aceite o al- gún tipo de lubricante.

Figura 7.5. Coloca encim

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a del bote el ladrillo y hazlo girar tirando del hilo cáñamo

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Autoevaluación

1. es la fuerza que se opo- ne al desplazamiento de un cuerpo sobre otro.

2. Es la responsable del desgaste de suelas en los zapatos, el piso de pasi- llos y escaleras de la escuela, así como los neumáticos de los automóviles,

3. Si queremos facilitar el desplazamiento de un cuerpo sobre otro, podemos colocar entre ambos una serie de

4. Un dispositivo que aprovecha los cilindros o esferas colocadas en una armadura que los mantiene en su lugar para facilitar el desplaza- miento de los cuerpos adaptados en una plataforma son los llamados

5. Una sustancia que facilita el desplazamiento de un cuerpo sobre otro recibe el nombre de

6. Un caso de aplicación favorable para la fricción es

Una explicación del cambio.

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Una explicación del cambio. La idea de fuerza

¿Cuáles son las reglas del movimiento? Tres ideas fundamentales sobre las fuerzas

• La medición de la fuerza.• La idea de inercia.• La relación de la masa con la fuerza.• La acción y la reacción.• La descripción y predicción del movimiento mediante

las leyes de Newton.• La aportación de Newton y su importancia en el desarrollo

de la física y en la cultura de su tiempo.

Aprendizaje esperado: Relaciona las leyes de Newton y las identifica como un conjunto de reglas formuladas para interpretar y predecir los efectos de las fuerzas

Experimento 8

La tercera ley de la dinámica (Esta actividad apoya la secuencia 8 del libro de Ciencias II. Énfasis en Física. Telesecundaria)

Propósito del experimentoReconocerás la tercera ley de la dinámica a partir de la experimentación.

Material• Tres o cuatro libros o algún objeto medianamente pesado

como una mochila• Globo de hule• Tijeras• Popote de plástico como los usados para sorber refresco• Cinta adhesiva

Material optativo• Botella de plástico como los envases desechables de refresco• Tapón cónico de hule o corcho que ajuste perfectamente en la boca del

envase, que tenga un tubo que lo atraviese por las bases

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Una explicación del cambio.

• Bomba de aire para bicicleta cuya salida se pueda colocar en el tubo que atraviese el tapón

• Lápiz cilíndrico o varilla de madera de tamaño semejante y que quepa bien en el envase

• Cinta métrica

DesarrolloPor experiencia propia sabes bien que si dejas libre un objeto cualquiera a ciertaaltura sobre el suelo, éste tiende a caer por su peso, que es la fuerza con que esatraído hacia el centro de la Tierra y si deseas que esto no pase, deberás haceralgo como sostenerlo con un soporte, y para que lo entiendas mejor, procede dela siguiente manera:

Pide a uno de tus compañeros de equipo que extienda frente a ti una mano con la palma hacia arriba y ponle en ella un libro, que no deberá dejar caer. Cuando esto suceda, pídele que te explique por qué no cae el libro, anota su respuesta:

Intercambia con tu compañero la ac- ción anterior y extiende tu mano con la palma hacia arriba frente al compañero y pídele que te coloque el libro y tú no lo dejes caer, ¿qué notas?

Compara tu respuesta con la anotación que hiciste para explicar lo observado en la acción de sostener el libro por par- te de tu compañero.

Figura 8.1. Coloca los libros sobre la palma de la mano.

¿Qué coincidencias y qué diferencias encuentras?

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Una explicación del cambio.

Coloca nuevamente el libro en la mano extendida de tu compañero y pídele ahora que procure dejar la mano quieta una vez que al avisarle que le vas a retirar el li- bro, se lo quites de la mano. Después de anunciarle que le vas a retirar el libro y re- cordarle que su mano debe quedar quieta, retira el libro y observa. ¿Qué sucede?

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Repitan la acción varias veces, observando qué sucede, ¿siempre pasa lo mismo? Sí ( ) No ()

Sostén ahora el libro con la mano extendida y pide a tu compañero que lo retire en un momento dado procurando no mover tu mano, ¿qué sucede?

Repitan la acción varias veces, observando qué sucede.

¿Siempre pasa lo mismo? Sí ( ) No ( )

¿Cómo explicas lo anterior?

Repitan las acciones anteriores, pero usando ahora dos libros y observen como son ahora los resultados. ¿Son iguales en todo con respecto a las observaciones hechas cuando utilizaron un libro? Sí ( ) No ( )

En caso negativo, ¿qué cambios notaste?

¿Cómo explicas lo anterior?

En ambos casos actúan dos fuerzas: una la que hace que los cuerpos tiendan a caer hacia el piso (el peso) y una segunda, la que aplicaron tú y tu compañero para evitar que los cuerpos cayeran, es decir la muscular. Si analizas las fuerzas anteriores, seguramente podrás describir y establecer su relación y, consecuente- mente, la ley que estamos estudiando.

El peso del libro o los libros colocados sobre la palma de la mano es la primera fuerza y su tamaño puedes considerarlo como la unidad, y su dirección de acción es: horizontal ( ) vertical ( ) inclinada ( )Con sentido hacia: arriba ( ) abajo ( ) la derecha ( ) la izquierda ( ) Mientras que la segunda (la muscular) tiene un tamañoMenor al peso del libro o los libros colocados sobre la palma de la mano ( ) Mayor al peso del libro o los libros colocados sobre la palma de la mano ( ) Igual al peso del libro o los libros colocados sobre la palma de la mano ( ) Con

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dirección de acción: horizontal ( ) vertical ( ) inclinada ( )Con sentido hacia: arriba ( ) abajo ( ) la derecha ( ) la izquierda (

)

En resumen: las dos fuerzas tienen: Tamaño igual ( ) diferente ( ) Dirección igual ( ) diferente (

)Mismo sentido ( ) sentido contrario ()

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Si llamas acción al peso, la fuerza muscular la puedes llamar como reacción y, por lo observado, ambas fuerzas tienenTamaño igual ( ) diferente ( ) Dirección igual ( ) diferente ( )Y actúan en sentidos iguales ( ) sentidos contrarios ( ).

De lo anterior puedes deducir que la ley que estamos estudiando se puede enun- ciar de la siguiente manera:

A toda acción de una fuerza le corresponde una reacción igual en tamaño y dirección, pero en sentido contrario.

Un ejemplo conocido de la tercera ley de la dinámica es el siguiente: toma el globo de hule e ínflalo y amárralo por la parte en que lo inflaste. Usando dos trozos de cinta adhesiva, pega alineados sobre el globo dos pequeños pedazos de popote de plástico y pasa a través de ellos un hilo cáñamo que uno de tus compañeros de equipo deberá sostener a una distancia prudente, mientras tú tomas el otro extre- mo del hilo cáñamo para que quede horizontal, colgando el globo junto a ti y, en un momento dado usando las tijeras, corta la boca del globo, dejándolo libre.

¿Qué sucede?

Figura 8.2. Recorta la boca del globo.

¿Por qué?

Finalmente, usando el material optativo, toma el envase de plástico colocándole el tapón con el tubo y asegúrate que no tenga fugas; procede a ajustar la salida de la bomba de aire para bicicleta en el tubo del tapón y sosteniendo el tapón en su lugar con una mano, procede a inyectar aire, hasta que notes que ya no puedes inyectar

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más aire.

Coloca la botella en una posición que apunte inclinada hacia arriba y asegúrate que no esté frente a ella ninguna persona y, sosteniendo el tapón, deja que la bo- tella quede libre, ¿qué sucede?

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Mide el desplazamiento de la botella y anótalo en la tabla correspondiente. Repite la operación, sólo que ahora deberás introducir en la botella el lápiz o

varilla de madera antes de proceder a inyectar aire. Una vez inflada la botella al máximo, colócala en la misma posición que en el caso anterior y suéltala. Mide el desplazamiento de la botella y anótalo en la tabla correspondiente. La siguiente experiencia se recomienda realizarla en el patio de la escuela.

Repite la operación, sólo que ahora deberás introducir agua en la botella hasta una tercera parte de su volumen antes de proceder a inyectar aire. Una vez inflada la bo- tella al máximo, colócala en la misma posición que en los casos anteriores y suéltala, con la advertencia de que al expulsar el agua ésta sale a presión y puede mojarte.

Mide el desplazamiento de la botella y anótalo en la tabla correspondiente.

Botella inflada con: DesplazamientoSólo aireAire y cilindro de maderaAire y agua

Sugerencia didáctica

Compara tus observaciones con otros compañeros del equipo y con el auxiliodel docente lleguen a conclusiones, tomando nota cuidadosa de ellas: Considerando los resultados de las experiencias anteriores, comenta contus compañeros de equipo¿en dónde has visto que se presenten casos de la tercera ley de la dinámica

Revisa la tabla y comenta con tus compañeros de equipo los resul- tados.

¿Son iguales los desplazamientos? Sí ( )

No ( ) En caso

negativo, ¿cómo lo explicas?

Discute las respuestas con los demás integrantes del equipo y, con el auxilio del docente, traten de llegar a una conclusión tomando en cuenta lo siguiente:

¿En qué caso se requiere más fuerza para expulsar el contenido de la botella?

o ley de la acción-reacción en hechos y situacionescotidianas?Preparen una cartulinau hoja de rotafolios para exponerla a los demás equipos de trabajo y comparen sus conclusiones,

¿Por qué?

¿En qué caso es mayor la acción?

discutiendo coincidencias y diferencias para llegar a conclusiones de todos losequipos, apúntalas en el momento que el docente juzgue conveniente.

Y consecuentemente

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Autoevaluación

1. En los cohetes que se usan en las fiestas tradicionales de tu comunidad y que explotan en lo alto, la acción corresponde a

2. Cuando te sientas en una silla aplicas una fuerza sobre el asiento que es, misma que es la correspondiente a la ac-

ción y la correspondiente a la reacción ¿dónde la notas?

3. ¿Por qué rebota una pelota elástica, cuando la lanzas contra una pared sólida?

4. En la pregunta anterior, ¿cuál es la acción?

y la reacción

5. El enunciado de la tercera ley de la dinámica es: