Leyes de Newton

	Autor: Hernán Ferrari Responsable disciplinar: Silvia Blaustein Área disciplinar: Física Temática: Leyes de Newton Nivel: Secundario, ciclo básico 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

Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton, son tres principios a partir de los cuales se explica la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos.

Primera ley o ley de la inercia

Todo objeto permanecerá en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, mientras no se le apliquen fuerzas externas cuya resultante no sea nula.

Segunda ley o ley de la fuerza

La fuerza resultante sobre un cuerpo produce una aceleración con la misma dirección y sentido de dicha fuerza que es directamente proporcional a esta e inversamente proporcional a la masa del objeto.

Matemáticamente, se puede expresar como:

Tercera ley o ley de acción y reacción

Toda acción produce siempre una reacción igual y contraria, es decir, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en direcciones opuestas.

Objetivo de las actividades

Que los alumnos estudien las tres Leyes de Newton y sus aplicaciones en problemas cotidianos.

Actividad 1

1. Observen el siguiente video de la caída de una gota de agua en cámara lenta. Podrán observar una filmación con una alta resolución temporal, informada en 2000 cuadros por segundo.

2. Respondan el siguiente cuestionario. Escriban las respuestas con un procesador de textos de sus equipos portátiles.

a) ¿Se puede inferir el tipo de movimiento de la gota que cae, antes de golpear con la superficie del agua, únicamente mirando el video? ¿Y en el caso de las gotas que luego salen hacia arriba (de aquí en más, se las denominará las gotas que «rebotan»)?

c) ¿Qué pueden decir de la velocidad de las gotas pequeñas que rebotan? ¿Qué sucede con los sentidos de estas velocidades? ¿Cómo serán sus signos en un sistema de referencia dado?

d) ¿Qué sucede con la superficie del agua luego del choque de la primera gota?

e) Describan con sus palabras el movimiento que realizan las gotas que rebotan.

Actividad 2

1. El archivo Gota Inicial contiene imágenes capturadas del video tomadas cada 4 cuadros para tiempos que van desde los 0.821 segundos hasta 0.841 segundos. Cada imagen tiene el nombre del cuadro al que corresponde en el video, que contiene 500 cuadros en total.

a) Seleccionen un sistema de referencia respecto del cual puedan, en esta secuencia, medir para cada tiempo la posición de la gota durante la caída.

b) Armen una tabla de tiempos y posiciones en una hoja de cálculo.

c) Grafiquen los valores medidos.

d) Ajusten una función cuadrática a las posiciones en función del tiempo. Derivando esta expresión se obtendrá cómo varía la velocidad en función del tiempo. También se puede calcular la velocidad como la variación de la posición sobre la variación del tiempo.

e) Tomando como valor para la gravedad 9.81 m/seg², estimen el tamaño de la gota en centímetros.

f) Si la gota se dejó caer desde el reposo, estimen desde qué altura se soltó la gota de agua.

Actividad 3

1. Realicen el mismo análisis hecho para la caída de la gota inicial con las imágenes correspondientes al «rebote» de la gota, con la aparición de gotas más pequeñas subiendo y volviendo a caer.

Actividad 4

1. Planifiquen y realicen este experimento filmando y midiendo posiciones en función del tiempo.

Un experimento sencillo para realizar es la caída en un plano inclinado. Para diseñarlo, es importante conocer la resolución temporal que se puede obtener con una cámara digital, limitada por cuántos cuadros por segundo adquiere la filmadora, cámara web del equipo portátil, celular u otro dispositivo electrónico, y la resolución espacial, dada por la cantidad de píxeles del dispositivo y la longitud correspondiente a cada píxel (para ello es bueno tener una referencia, como una regla o un metro que permita medir las posiciones en las imágenes).

a) Resuelvan con papel y lápiz la caída por un plano inclinado para un ángulo genérico.

b) Calculen la aceleración para el objeto y las ecuaciones de movimiento (supongan que parte desde el reposo).

c) Una vez realizado esto, se puede resolver para un plano de 10 grados de inclinación. Una cámara que tome 25 cuadros por segundo y tenga una resolución de 240 × 320 (en píxeles) permitirá tomar cerca de 30 cuadros durante la caída. Esto posibilitará resolver bien las diferentes posiciones del cuerpo en cada cuadro, excepto para los primeros.

d) Realicen el experimento para un ángulo de 10 grados o menor y un plano inclinado de por lo menos medio metro de longitud, filmándolo con un dispositivo digital.

e) Realicen para esta experiencia los puntos de la actividad 1.