Este post es una introducción a algunas de las leyes básicas de la física descubiertas por Isaac Newton. Estas incluyen la primera ley del movimiento (inercia) y la tercera ley del movimiento (para cada acción hay una reacción igual y opuesta). Estas leyes nos afectan a nosotros en la tierra y su comprensión nos puede enseñar como viajar por el espacio es posible. En el post se usan múltiples demostraciones para ayudar a los conceptos a manifestarse.
Objetivos
- entender la ley de la inercia y dar ejemplos relacionados con el día a día (un objeto en movimiento se puede describir por su posición, dirección del movimiento y velocidad).
- entender como la ley de movimiento de Newton afecta el viaje por el espacio
Actividades
- A1. Actividad del vagón para el concepto de inercia (material: pequeño vagón, dos pelotas de tenis)
- A2. Truco del mantel (material: mantel suave y sin dobladillo y platos, vasos, tazas pesados)
- A3. Giroscopio bicicleta (material: una rueda de bicicleta, cadena, soporte para el giroscopio)
Motivación
Si bien es verdad que el viaje por el espacio y las ciencias del espacio hacen referencia a objetos que están muy lejos, los investigadores necesitan primero entender como las fuerzas trabajan en la tierra. Esta es al fase de preparación. Del mismo modo que un doctor primero aprende como funciona la reanimación cardiopulmonar en un muñeco para entender como funciona, los científicos primero practican el entender las leyes de la física en la tierra como un método para construir la investigación en el espacio. Se puede empezar la jornada con una competición de vocabulario.
A1. Actividad del vagón para el concepto de inercia
La primera ley del movimiento de Newton dice: “ un objeto en movimiento continuará en movimiento a no ser que una fuerza exterior actúe sobre el. Un objeto parado continuará parado a no ser que una fuerza exterior actúe sobre él.” En otras palabras, algo que se está moviendo se continuará moviendo a no ser que algo lo pare. Algo que no se mueve no se moverá a no ser que algo lo mueva
En la tierra, la fuerza que normalmente para el movimiento es la fricción. La fricción ocurre cuando dos cosas frotan entre ellas, y eventualmente se relantiza el movimiento. La fricción ocurre porque raramente existen superficies perfectamente lisas en el mundo.
Para conectar la inercia con la vida real, pregunte a los alumnos sobre los siguientes escenarios:
- si alguien va en monopatín, ¿Cómo sigue moviendo el monopatín? ¿Cómo se propulsa el monopatín?¿Por que se para? ¿Por qué cuando ponemos el pie en el suelo y lo arrastramos el monopatín se frena?
- Si un coche para de repente, que pasa a tu cuerpo? Para tu cuerpo inmediatamente cuando el coche para? Cuál es el propósito de los frenos? Cómo trabaja la fricción con los frenos? Teniendo en cuenta el principio de inercia, por qué es importante usar el cinturón?
Para ver el concepto de inercia en acción:
- Ponga dos pelotas de tenis en el vagón
- Arrastre el carro y párelo de repente
- Pregunte a los alumnos sobre lo que están observando
A2. Truco del mantel
Con esta practica seguro que se gana el aplauso de sus alumnos, però ocupese de practicar primero en casa!
- Coloque un mantel en una mesa con bordes rectos
- Coloque un plato, una taza etc.. en el mantel. Como más pesado sea los objetos que coloca mejor. Además puede seleccionar objetos con fondos relativamente suaves y el mantel no debería tener dobladillos
- Con ambas manos, tire del mantel en un rápido movimiento. El truco es tirar hacia abajo, no hacia fuera.
- El mantel debe salir y los objetos quedar en su lugar.
Que está pasando: Con la inercia, los objetos permanecen en reposo hasta que se le aplica una fuerza externa. Cuando el mantel está siendo tirado, los objetos también son tirados y aceleran, pero no mucho porque el mantel es resbaladizo y la fuerza no es lo suficientemente fuerte para mover los platos y tazas. Cuando los objetos quedan libres del mantel, la fuerza desaparece y la tendencia es que los platos y tazas vuelvan al reposo y a caer en la mesa.
A3. Giroscopio bicicleta
Esta actividad demuestra el efecto giroscopio, que es el fenómeno del que depende la dirección de una nava espacial. Se necesita una rueda de bicicleta (una rueda vieja con asas pegadas al centro de giro que permita mantener la rueda agarrada mientras esta gira). La manera mas fácil de pensar en esta aplicación es pensar en como se monta en bicicleta. Es mas fácil mantenerse en equilibrio cuando esta parado o cuando está en movimiento? Cuando una bicicleta está en movimiento tiene dos tipos de inercia – la inercia de avance y la inercia angular de las ruedas girando. Este momento angular es importante: las bicicleta no quiere ir de izquierda a derecha porque quiere mantener las ruedas girando en el mismo plano en el que están.
Actividad:
- Conecte una pieza larga (cuerda, madera) en el eje de la bicicleta. La cadena necesita ser fuerte
- Ate la cuerda de forma que permita a la rueda de la bici estar colgando, con suficiente espacio para que cuelga verticalmente.
- Aguante la cuerda, y muestre como la rueda cae hacia un lado como resultado de la gravedad.
- Aguante la ruede hacia arriba de forma vertical (como si estuviera en una bicicleta), y dale un empujón para que empiece a girar. Aguante por un o dos segundos y deje la bicicleta.
- La rueda se giraré y se mantendrá arriba como desafiando la ley de la gravedad!
Que está pasando: un giroscopio es más estable que un objeto que no gira. Cuando la rueda esta solamente suspendida, la gravedad tira de ella hacia abajo. Cuando la rueda se levanta y se hace girar, se aplica una fuerza que la hace girar en su eje de giro. Cuando se aplica esta fuerza, la parte de arriba del giroscopio tiende a moverse hacia la izquierda y la parte de abajo hacia la derecha. Debido a la Primera ley de newton de la inercia, el giroscopio sigue intentando ir a la izquierda pero el giro del giroscopio ejerce otra fuerza. Estas dos fuerzas continúan girando y la rueda queda suspendida en el aire.
Un buen ejemplo es el siguiente video que el departamento de Física del MIT Colgó en youtube:
Las naves espaciales navegan de la misma forma que lo hacen los aviones. El giroscopio se posiciona en la dirección del movimiento y se fija como un piloto automático. Los giroscopios giran a una velocidad constante. Si la nave se desplaza fuera de su ruta, la fuerza afecta a los giroscopios, lo que indica al piloto automático que debe volver a la ruta. El eje del giroscopio se quiere mantener constante, por lo que mediante la monitorización de que el giroscopio continua apuntando en la misma dirección, ayuda a navegar.
Recapitulación
Para poner la actividad toda junta, explicar que para entender el viaje por el espacio es necesario entender la Ley de movimiento de Newton. Para que los astronautas puedan ir al espacio, tienen que superar la inercia para poder lanzar un cohete. Entonces para poder continuar hacia la dirección correcta, se ayudan de un giroscopio.
Para conectar las actividades con los estudiantes, anímelos a describir como las propiedades de la inercia se manifiestan en sus vidas. Esto puede incluir algo tan simple como andar (se precisa una fuerza para empezar el proceso, la fricción ayuda a deslizarnos por el lugar) a algo mas complejo e.g. cómo los coches son empujados por los motores y parados por los frenos.
Actividades "Hands-On"! 