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Historia F+Q

Enseñando física y química a través de su historia. Un blog colaborativo de los alumnos del Master de Secundaria

Categoría

4º_Bloque 4. El movimiento y las fuerzas

“Si he visto más lejos ha sido porque me he aupado a hombros de gigantes”

Contexto Histórico

En el s. XVII la física tomaba gran importancia en las universidades e instituciones como la Royal Society de Londres fundada en 1660 y la Academie de Sciences de Paris en 1666. La caída de los cuerpos formaba parte de los análisis de la época, se celebraban debates para aclarar las causas de la pesantez. Hasta la publicación del Principia, en 1687, de Isaac Newton que cambiaría completamente la visión del universo, constituyó una verdadera revolución científica. En aquella época la concepción del universo tal y como se conocía estaba basada en las obras de científicos anteriores, Copérnico con el sistema heliocéntrico, Kepler con el movimiento elíptico de los planetas, Galileo con nueva física y Descartes formuló con claridad el principio de inercia.  Newton reconoce que su gran obra es gracias a los conocimientos previos, en una carta a Robert Hooke (1676) “Si he visto más lejos ha sido porque me he aupado a hombros de gigantes”. Sin exagerar se puede afirmar que la obra de Newton divide la historia de la física en dos periodos.

La obra magna de Newton consta de tres libros fue el tercer libro el que causo mayor impresión, con la ley de gravitación universal y la nueva disciplina: la dinámica.

Actividad practica: ¿Podríamos determinar el valor de la gravedad de forma sencilla?

Sí, solo es necesario un péndulo simple. Basándonos en la segunda ley de Newton donde Fuerza=masa * aceleración. El movimiento del péndulo está dominado por dos fuerzas: la fuerza centrípeta y la fuerza gravitatoria. Ambas fuerzas se igualan en el punto máximo de la oscilación.

 

Nuestro péndulo estará formado por un hilo fino y de gran longitud que sujetará una bola pequeña. Con el dispositivo montado procederemos a la realización del experimento. Consiste en separar la bola metálica de su posición inicial de equilibrio y que se deje oscilar libremente, evitando todo movimiento lateral. Cuando la oscilación sea de amplitud pequeña, se cronometra la duración de 40 oscilaciones completas (una oscilación: ida y vuelta al origen). Y Se repite cuatro veces esta medida sin cambiar la longitud del hilo.

El valor de la gravedad vendrá dado con la siguiente fórmula: T=2*pi*Raiz(l/g)

Donde l es la longitud del hilo y T es el periodo definido como el tiempo cronometrado entre el número de oscilaciones.

Por lo tanto g es: g=4*pi^2*(l/T^2)

Criterios de evaluación

  • Reconocer el papel de las fuerzas como causa de los cambios en la velocidad de los cuerpos y representarlas vectorialmente.
  • Utilizar el principio fundamental de la Dinámica en la resolución de problemas en los que intervienen varias fuerzas.
  • Aplicar las leyes de Newton para la interpretación de fenómenos cotidianos.
  • Valorar la relevancia histórica y científica que la ley de la gravitación universal supuso para la unificación de las mecánicas terrestre y celeste, e interpretar su expresión matemática.

Referencias

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ARQUIMEDES Y EL “EUREKA” MÁS FAMOSO DE LA HISTORIA

A este genio de la ciencia, se le pidió averiguar si una corona estaba hecha de oro sólido o se trataba de un engaño. Para mayor complejidad, la corona no podía ser dañada.
Arquímedes se estaba por tomar un baño de tina y, cuando empezó a entrar en ella, se dio cuenta que el líquido se desplazaba y subía. Justamente allí tuvo una epifanía, ya que si sumergía la corona podría saber si estaba hecha de oro sólido, debido que tendría una menor densidad que la falsa y, por ende, desplazaría menos agua.
Ante su descubrimiento, sólo atinó a gritar ¡eureka! y salir corriendo para comunicarlo al mundo. El detalle es que olvidó vestirse antes y corrió desnudo por las calles de Siracusa.

Eureka, es hoy una expresión que se utiliza cuando se tiene un momento en que logramos encontrar la explicación a algo, en griego significa “lo he encontrado” y pasó a ser parte del vocabulario mundial.

Fig. 1: Arquímedes en baño de tina

ACTIVIDAD TEÓRICA

Analiza y responde las siguientes cuestiones:

1. Explica el enunciado del principio de Arquímedes y analiza su fórmula matemática con todas sus variables

2. Pon 3 ejemplos de la vida cotidiana, donde apliquemos el principio de Arquímedes

3. ¿Por qué los barcos no se hunden?

4. Averigua las condiciones que se tienen que dar para que se cumpla este principio

Nota: La parte teórica se realizará individualmente y se podrá utilizar todos los recursos materiales disponibles.

 

ACTIVIDAD PRÁCTICA

Objetivo: Comprobar el principio de Arquímedes mediante grupos de 4

Materiales:
• 3 Vasos de agua
• Huevos
• Sal

Procedimiento:

1. Coger y llenar 3 vasos con agua. Una vez que tenemos los vasos, metemos un huevo en cada vaso.

¿Se hunden o se quedan flotando los huevos? ¿Por qué?

2. Dejar los vasos sin los huevos otra vez, y dejar el primer vaso sin sal, en el segundo vaso echar un poco de sal y el tercer vaso echar mucha sal. Una vez realizado esto, volver a colocar los huevos dentro de los vasos.

¿Qué ocurre? ¿Hay diferencias con respecto al primer experimento? ¿Por qué?

Razonar estas cuestiones aplicando el principio de Arquímedes

 

OBJETIVOS

Los objetivos que se pretenden conseguir son los siguientes:

  • Entender el concepto por medio del método constructivista de el principio de Arquímedes
  • Comprender las leyes matemáticas de dicho principio
  • Trabajar individualmente y en grupo para construir el conocimiento científico

 

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Se evaluarán los siguientes criterios para estas dos actividades:

  • Reconocer el principio de Arquímedes e interpretar su expresión matemática
  • Aplicar el principio de Arquímedes para resolver problemas
  • Relacionar la parte teórica con la parte práctica

 

OBSERVACIONES:

Contextualización: 4 ESO. Bloque IV. El movimiento y las fuerzas
Justificación: Conocer y aplicar las investigaciones físicas en la historia y relacionarlas con el contexto CTS
BIBLIOGRAFIA

• Valenzuela, I. Arquímedes y su famoso Eureka. Recuperado de https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/4675/arquimedes-y-su-famoso-eureka

• Salazar Henao, IC. (2016,25 mayo). Experimento sobre el principio de Arquímedes. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=VtqbAJwdLUc

Un lunático lanza dos balas de cañón des de la torre de Pisa

Un científico loco lanzó en la tarde de ayer dos balas de cañón des de lo alto de la torre de Pisa al grito de: “¡Observad cómo bajan las dos al mismo tiempo!”, poniendo en peligro a las personas que abajo se encontraban. Mientras se producía la esperpéntica escena, la gente allí reunida se debatía entre cuál de las dos balas caería antes, llegando incluso a discusiones acaloradas que por poco llegaron a las manos. No obstante, la muchedumbre se dio cuenta de que no existía ningún criterio hasta la fecha que pudiese demostrar científicamente lo que estaba a punto de ocurrir.

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Esta podría ser una noticia publicada en el S. XVII cuando Galileo Galilei (1564-1642) estudiaba el efecto de la gravedad sobre los cuerpos. No obstante, aunque los estudios de este científico sí que son ciertos, parece que el lanzamiento de las balas de cañón des de lo alto de la torre de Pisa se trata más bien de un mito. De hecho, fue otro científico, Giovanni Battista Riccioli (1598-1671), el que realmente realizó dichos experimentos des de la torre de Asinelli, midiendo los tiempos que diferentes cuerpos con diferentes masas tardaban en caer hasta el suelo (Graney, 2012). Así y todo, este tipo de historias sirve para entender de una manera más divertida los contenidos de la física. En concreto, los referentes al movimiento rectilíneo uniformemente acelerado y la gravedad.

ACTIVIDAD

Galileo Galilei quería lanzar dos cuerpos similares exteriormente, pero con masas diferentes para probar que el efecto de la gravedad sobre los cuerpos es independiente de la masa. Haciendo uso de las ecuaciones correspondientes y sabiendo que la altura de la torre es de 55 metros, ayuda a Galileo a calcular la velocidad a la que los cuerpos tocarían el suelo, así como el tiempo que tardarían, suponiendo que solamente dejó caer los cuerpos y no los impulsó. ¿Estaba Galileo en lo cierto?

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Se evaluará la capacidad de los alumnos de plasmar y utilizar las ecuaciones del movimiento rectilíneo uniformemente acelerando, incluyendo el término de la gravedad. Además, se valorarán los comentarios resultantes en los que se explique por qué la masa no influye en la velocidad y tiempo final una vez los cuerpos han tocado el suelo.

REFERENCIAS

Graney, C. M. (2012). Teaching Galileo? Get to know Riccioli! What a forgotten Italian astronomer can teach students about how science works. The Physics Teacher, 50(1), 18-21.

Los submarinos y el principio de Arquimedes

Un cuerpo sumergido experimenta una fuerza de flotación igual al peso del fluido desplazado.

Este es el principio de Arquímedes, postulado por Arquímedes de Siracusa matemático, astrónomo, filósofo, físico e ingeniero griego del siglo III aC.

Los submarinos son buques capaces de navegar bajo el agua, además de por la superficie del mar. Los submarinos pueden sumergirse porque llenan con agua los espacios interiores, llamados tanques, que tienen destinados para esta función.

Cuando los tanques están llenos de agua, el submarino tiene una densidad mayor que el agua y se hunde cuando se expulsa el agua de los tanques estos se llenan de aire y el submarino flota. Este proceso está basado en el principio de Arquímedes.

ACTIVIDAD

En grupos de 5 alumnos visionarán el siguiente video donde se explica la fabricación de un submarino y seguirán los pasos para construirlo.

 

https://www.youtube.com/watch?v=YxPBI-PhCZA

Posteriormente buscarán más información para explicar el sistema de funcionamiento del submarino y lo expondrán en clase.

 

OBJETIVOS

  1. Entender de forma visual el principio de Arquímedes.
  2. Conocer el concepto de flotación.
  3. Buscar y analizar nueva información.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

  1. Capacidad de trabajo en equipo.
  2. Criterio en la búsqueda de información.
  3. Uso correcto del vocabulario físico-técnico.

REFERENCIAS

SGSG. El Principio de Arquímedes. Recuperado de

http://sgcg.es/articulos/2010/05/20/principio-de-arquimedes/

Blog El Por Qué de las Cosas. Recuperado de

http://porquedelascosas.blogspot.com/2007/11/por-qu-se-sumergen-los-submarinos.html

Neetescuela. El Principio de Arquímedes. De

https://neetescuela.org/el-prinicipio-de-arquimedes/

Researhgate. Figura uploaded by Josep Anton Moreno-Bedmar. De

https://www.researchgate.net/figure/Figura-3-Las-principales-partes-del-submarino-y-un-esquema-donde-se-muestra-como-se_fig1_262337571

Galileo y la aceleración de la gravedad

 

Figura 1. Portada de los “Discorsi”. Galilei, G. (1638).

“Mi propósito es enunciar una novísima ciencia sobre un asunto muy antiguo: el movimiento. Yo he descubierto, por medio de la experimentación, algunas de sus propiedades que vale la pena conocer y que hasta hoy no habían sido demostradas. Sí, se habían hecho algunas observaciones superficiales sobre el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (M.R.U.A.) de un peso en caída libre, pero nada más. Pues bien, yo lo he podido medir y explicar; y, lo que es más importante, he abierto las puertas de esta gran ciencia a otras mentes más agudas que la mía para que exploren sus rincones más remotos.”

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Bye, bye Sistema Solar

Recientemente se han cumplido cuarenta años del inicio del viaje de las dos sondas Voyager. Poca gente sabe que la misión estuvo a punto de fracasar poco antes del lanzamiento. Nuevas predicciones indicaban que los campos electromagnéticos de Júpiter eran tan intensos que se corría el riesgo de que afectasen a los sistemas de la nave hasta el punto de freírlos. Uno de los técnicos compró todos los rollos de papel de aluminio de cocina que encontró en un supermercado, los cuales utilizaron para blindar los cables que se encontraban expuestos.

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Wernher Von Braun, el régimen nazi y el primer cohete que llegó al espacio

El 3 de octubre de 1942 un trueno rasgó el cielo en una base secreta de la Alemania nazi. Bajo la atenta mirada de científicos, un cohete A-4 («Aggregat 4»), de 12 toneladas de peso, despegó de su plataforma. El furioso motor, le hizo viajar 190 kilómetros y elevarlo hasta los 38 kilómetros de altura.

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Leyes de Newton

En el año 1686 el británico Isaac Newton (1642-1727) publicó su libro Principia. En dicho libro estableció las bases de la mecánica clásica mediante las leyes de la dinámica que llevan su propio nombre. Seguir leyendo “Leyes de Newton”

Arquímedes y el misterio de la corona dorada

Puede que el título de esta entrada recuerde a una película de aventuras noventera (de esos en los que aparecían arqueólogos con látigos y sombreros), pero en ocasiones la realidad supera a la ficción. Seguir leyendo “Arquímedes y el misterio de la corona dorada”

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