Potencia y trabajo mecánico

	Autor: Hernán Ferrari Responsable disciplinar: Silvia Blaustein Área disciplinar: Física Temática: Potencia. Energía por unidad de tiempo Nivel: Secundario Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar

Propósitos generales

Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.

Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.

Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.

Introducción a las actividades

La energía se define como la capacidad de realizar un trabajo. Energía y trabajo son equivalentes y, por lo tanto, se expresan en las mismas unidades. El trabajo mecánico se define como el producto entre la fuerza que se ejerce sobre un cuerpo en dirección al desplazamiento y el desplazamiento que produce esta fuerza. Para obtener la componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento se multiplica el módulo de la fuerza por el coseno del ángulo que forman la fuerza y el desplazamiento, α, obteniendo:

W = (F cos α) d

Si el sentido de la fuerza es igual al sentido del desplazamiento α = 0º

cos α = 1   y   W = F . d

La capacidad de realizar un trabajo en una determinada cantidad de tiempo es la potencia. La potencia es la relación entre el trabajo y el tiempo empleado para realizar este trabajo.

P = W / t

Haciendo uso de unidades del sistema internacional (SI), el trabajo se expresa en Joule utilizando el símbolo J. La unidad de potencia es el Joule/s y se denomina Watt, para el que se utiliza el símbolo W.

Objetivos de las actividades

Que los alumnos analicen la velocidad con la que se entrega o pierde energía en un sistema, denominada potencia.

Actividad 1:

1. En el siguiente video se puede observar un juguete para niños que, al aplicarle una fuerza por un pequeño instante de tiempo, se desplaza hacia adelante.

a) Describan las fuerzas sobre el automóvil involucradas en este proceso, mientras está en contacto con la mano y cuando deja de estarlo.

2. Por otra parte, si la fuerza se aplica en sentido contrario, el auto no se mueve, dado que las ruedas se traban. En este caso, solo se desplaza con un deslizamiento de las ruedas sobre la superficie de la mesa, en lugar del rodamiento que ocurría al desplazarse hacia delante.

a) Investiguen el mecanismo que hace que aparezca esta diferencia entre los movimientos hacia adelante y hacia atrás. Luego, con un procesador de textos de sus equipos portátiles, elaboren un informe con los resultados de la investigación.

Actividad 2

1. En el siguiente video se ejerce una fuerza sobre el auto, con una componente horizontal hacia atrás y, además, una componente vertical hacia abajo.

Observen la primera parte del video. Utilicen el programa Draw de sus equipos portátiles para realizar un diagrama de cuerpo libre de las fuerzas que actúan sobre el automóvil.

¿Qué pueden observar respecto del movimiento de las ruedas del automóvil?

¿Cuáles de las fuerzas graficadas realizan trabajo? ¿El trabajo es positivo o negativo?

¿Qué sucede con el trabajo que realiza la fuerza externa aplicada por la mano?

¿Dónde almacena la energía el automóvil de juguete? ¿Qué sucede con esa energía almacenada?

a) Con un procesador de textos de sus equipos portátiles, escriban un informe detallado sobre lo que observaron.

Actividad 3

1. En el siguiente video se puede observar el mismo juguete moviéndose por el piso.

Midan cuántas baldosas se desplaza el juguete en su movimiento hacia atrás cuando la mano aplica una fuerza externa.

De la misma forma, estimen cuántas baldosas se desplaza en su movimiento hacia adelante.

Observen que el automóvil tiene dos velocidades: primero una más lenta y luego, una más rápida. ¿Qué pueden decir de la potencia del mecanismo interno que hace que el automóvil se mueva? ¿Pueden imaginar cómo se logran estos dos movimientos diferentes? Estimen valores para la razón entre las potencias observadas.

¿Por qué se detiene el automóvil? ¿Dónde va la energía almacenada en el mecanismo interno?