LA FÍSICA SOBRE RUEDAS

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1 Introducción: LA FÍSICA SOBRE RUEDAS Mª Consuelo García Ortiz I.E.S. XIMEN D'URREA L'Alcora (Castellón) La utilización de juguetes en si misma resulta motivadora sin tener en cuenta el tipo de asignatura o materia. Por ello han sido empleados de forma generalizada en la enseñanza, de esta forma podemos encontrar juegos y juguetes empleados en prácticamente todas las asignaturas o materias, en el caso de las ciencias los podemos usar como juegos que propicien el aprendizaje o bien para que nos ayuden a explicar la ciencia que hay detrás de los mismos. Algunas personas creen que hay una edad determinada para jugar después de la cual no se debe seguir realizando esta actividad, se trata de una idea totalmente equivocada, los niños aprenden jugando, pero a los adultos también nos gusta jugar, recordemos si no nuestra participación en los juegos de mesa, videoconsolas, juegos de rol, etc. Además de que el juego es una actividad placentera y por tanto motivadora, nos permite ser creativos y la creatividad es una de las capacidades que hemos de fomentar en nuestros alumnos. Si el empleo de juguetes es motivador, la construcción de los mismos lo es mucho más, por ello, este trabajo propone que los alumnos construyan su propio juguete que van a utilizar en diferentes momentos a lo largo del curso. Este juguete es un coche movido por un globo que se puede utilizar para ilustrar la tercera ley de Newton de la Dinámica. Existen modelos comerciales de este juguete, pero lo que pretendo es que mis alumnos sean capaces de construir ellos su propio modelo, a partir de materiales reciclados, botellas de plástico, pajitas, tapones de botellas, Objetivos: Ser capaces de aplicar el método científico a la observación de fenómenos sencillos. Describir el movimiento de móviles reales. Valorar la importancia de las leyes de Newton para poder interpretar situaciones de la vida cotidiana. Entender y valor la importancia de reutilizar los materiales, dándoles la posibilidad de una segunda vida a muchos de los objetos que desechamos, reutilización. Valorar la colaboración y el trabajo en equipo. 1

2 Relación del tema propuesto con el currículo del Curso: El tema está relacionado directamente con el currículo de la asignatura de Física y Química de 4º de la ESO, en un principio la confección de este artilugio pensaba utilizarla para tratar los conceptos de dinámica, pero le he dado otro enfoque y la he utilizado para introducir el método científico y para en este momento estamos trabajando conceptos de cinemática como cálculos de velocidades y confección de gráficas, por supuesto el coche - globo será de gran utilidad para explicar la tercera ley de Newton en la que se basa su funcionamiento. Breve descripción del proyecto: Cada uno de los alumnos de 4º de la ESO, que cursa la asignatura de Física y Química, debe construir un coche globo. Este juguete se puede conseguir en los comercios y se muestra en la figura 1 Figura 1 Pero los alumnos deben construirlo a partir de materiales reciclados, cartulinas, pajitas de refrescos, tapones para las ruedas, etc., En la figura 2, vemos la sugerencia para un coche tipo, pero no es obligatorio utilizar estos materiales se pueden utilizar otros. Figura 2 2

3 Cada alumno fabricará su propio modelo, en internet se pueden encontrar diversos modelos, después de que cada uno tenga el suyo, trabajarán en grupos de tres personas para comentar qué modelo es mejor y porqué para ello emplearan el método científico, pudiendo realizar las modificaciones pertinentes en sus prototipos con todo ello confeccionarán un dossier que presentarán en clase. Una vez finalizado el trabajo, hemos aprovechado y hemos utilizado este juguete también en los temas de cinemática y dinámica. Material y recursos necesarios: El material es orientativo, cada alumno puede construir su coche con el material que elija con algunas restricciones, ha de ser material reciclado y no se pueden utilizar partes o piezas de otros juguetes. Para el chasis del coche, botella de agua de plástico, trozos de cartón, bricks de leche o zumo, bandejas de plástico de alimentos, etc. Para las ruedas, tapones de plástico de botellas, CD's, botones, carretes de hilo o incluso las podrían fabricar ellos mismos con maderas. Pajitas de refresco, carcasas de boli tipo BIC, Palillos largos de madera, tipo pincho moruno, que van a hacer de eje uniendo las ruedas. También se pueden utilizar pinchos metálicos. Como motor: globos. Cinta adhesiva, gomas elásticas, pegamento. Herramientas para poder fabricar el coche: tijeras, martillo, punzón, cuter,... Para la realización de la carrera necesitaremos además: Cinta métrica Cronómetro (o teléfono móvil con esta función) Normas de seguridad: En este caso, las normas de seguridad hay que tenerlas en cuenta a la hora de construir el coche, ya que vamos a utilizar material cortante y potencialmente peligroso como punzones, tijeras y martillos. Teniendo especial cuidado en el momento de agujerear los tapones para atravesarlos con el palillo de madera para realizar las ruedas. 3

4 Procedimiento: Tras las cuestiones iníciales sobre el movimiento de los globos, sería conveniente el visionado de uno de los siguientes vídeos en los que se muestra la fabricación de un coche propulsado por un globo. (los vídeos son orientativos en youtube hay muchos más) En este momento se explica a la clase el reto, que consiste en la construcción de un coche propulsado por un globo con el que vamos a hacer una carrera, por lo tanto, interesa que recorra el máximo espacio posible en poco tiempo. Además se les proporcionarán unas reglas para la construcción del coche, entre las que propongo las siguientes: 1. Los alumnos trabajaran en grupos de 3 personas, cada alumno fabricará un prototipo de coche. 2. Cada estudiante debe diseñar un coche original, el grupo decidirá si inscribe en la carrera, uno, dos o tres coches. Hay que intentar no copiar el diseño de otra persona. 3. Para la construcción del prototipo usaremos materiales comunes de casa, reciclados y no deberías tener que comprar nada de forma específica, excepto el globo. Las ruedas no pueden ser ruedas de un coche de juguete, han de estar hechas de alguna cosa que en principio no estaba destinada a ser utilizada como rueda. 4. Las características del coche: a. debe ser lo suficientemente ligero para viajar propulsado exclusivamente por el poder del globo. b. debe tener al menos 3 ruedas. c. debe deslizarse sobre las ruedas y las ruedas deben pasar la mayor parte del tiempo en el suelo. d. debe ser capaz de recorrer por lo menos 4-5 metros en línea recta. e. debe moverse sobre una línea recta tanto como sea posible, ya que la distancia recorrida se medirá en línea recta desde el punto inicial hasta el punto final, independientemente de la dirección del movimiento del coche. f. debe ser propulsado por uno o varios globos, teniendo en cuenta que debe ser inflado por un único alumno. 5. Recuerde probar su prototipo varias veces antes de la carrera. 4

5 El día de la carrera tendremos en cuenta las normas siguientes: 1. El circuito dónde tendrá lugar la carrera será el gimnasio del centro. 2. A cada coche se le permitirá 3 intentos si se desea. Entre prueba y prueba se pueden realizar pequeños ajustes, si es necesario en el coche, pero se tratará siempre del mismo coche. 3. La distancia recorrida por el coche se medirá en línea recta desde el punto inicial hasta donde se detenga el coche, independientemente de su sentido de la marcha. 4. Se tomará como registro oficial la mejor marca de los 3 ensayos. 5. Los coches deben permanecer intactos al final de la carrera (no deben romperse). Tiempo necesario para desarrollar esta práctica: Para la realización de este proyecto se necesitará una clase para explicar y discutir la realización de la carrera, normas, fechas etc. Y otra clase más para la realización de la prueba, este proyecto se podrá llevar a cabo si los alumnos le dedican tiempo en casa a la construcción y prueba de los coches-globo, por ello, les he ofrecido ayuda para la resolución de algún problema técnico fuera del horario lectivo, en los patios. Cuestiones previas y motivadoras para los alumnos Como actividad motivadora inicial al tema de dinámica. La profesora llevará un par de globos a clase que tras ser inflados soltará y se realizarán las preguntas siguientes: por qué se mueven los globos? puede aprovecharse este globo para fabricar un motor? Podríamos pegar una pajita al globo y con la ayuda de un cordón dirigir el movimiento del globo para que no fuese tan errático. qué podemos hacer para que nuestro coche llegue más lejos? qué podemos hacer para que nuestro coche sea más rápido? por qué se para el coche? qué podemos hacer para disminuir la fuerza de rozamiento? en las carreras de Fórmula 1 importa la masa del piloto? de qué manera? podemos hacer algo para que sea más seguro? (aquí podríamos introducir el tema de la seguridad vial) Una vez realizado el coche, se les podría pedir que calculasen cuánto ha costado la fabricación del coche. 5

6 Análisis del proyecto experimental: En el primer tema del currículo de 4º de ESO tenemos el método científico, tras estudiarlo en clase propuse su aplicación a la fabricación de un coche que posteriormente participaría en una carrera. Esta tarea se ha realizado en un principio sin utilizar sesiones de trabajo completas, es decir, íbamos trabajando y empleábamos los últimos minutos de la clase, sólo el día de la carrera empleamos la sesión completa de 55 minutos. Para ello se han seguido las etapas siguientes: 1. La profesora muestra en clase el movimiento que tiene un globo cuando tras ser inflado se deja suelto. Hablamos de cómo utilizar este movimiento para construir un coche, también visionamos uno de los vídeos encontrados en youtube. 2. Trabajo para casa cada alumno debe construir su propio coche, con la meta clara de participar en una carrera. 3. Agrupamos a los alumnos en grupos de 3 para que realicen una investigación sobre el movimiento de los coches, aplicando el método científico deben analizar algún factor que afecte al movimiento del coche. Con la información recogida deben confeccionar un informe que entregarán a la profesora. 4. La profesora les comenta las bases de la carrera y se llega a un consenso sobre las mismas, además se añade un concurso que valorará el diseño estético de los coches. 5. En el bloque de cinemática, aprovechamos el coche para recoger datos de posición y tiempo de cada coche y realizar las gráficas, calculando velocidades, los alumnos debían diseñar un método de recogida de datos y luego aplicarlo. De esta forma además de practicar para la elaboración de gráficas pretendía que fueran observando qué coche era el que les convenía inscribir en la carrera. 6. En una sesión se realizó la carrera en el gimnasio del centro. 7. A través de un cuestionario de google los alumnos de bachillerato votaron que coche les parecía más bonito. Debían elegir el coche que más les gustase de entre unas fotos. Como podemos comprobar gran parte de la tarea se realizó en casa, la fabricación del prototipo y la elaboración del informe. La carrera se celebró en el gimnasio del centro el viernes 30 de enero de

7 Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas Análisis de los resultados: En el proyecto participaron 15 alumnos, con lo que, inicialmente fabricaron 15 prototipos diferentes, que podemos agrupar en tres tipos: a. Chasis del coche hecho con una botella (figura 3). Figura 3 b. Chasis del coche hecho con una bandeja lisa, normalmente de cartón (figura 4). Figura 4 c. Varios, aquí incluimos un cochecito que hubo que descalificar porque sus ruedas eran las de un juguete (figura 5), una alumna hizo coche con las ruedas hechas con CD s (figura 6). Figura 5 7

8 Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas Figura 6 Estos prototipos fueron mejorados por los alumnos, porque al trabajar en grupo pudieron comparar los diferentes diseños de los coches. Como los alumnos trabajaron en cinco grupos al final decidieron que en la carrera participarían tan sólo cinco coches, uno por grupo, y fueron los siguientes: Coche 1 Coche 2 8

9 Coche 3 Coche 4 Coche 5 9

10 Los resultados de la carrera realizada el 30 de enero fueron los siguientes: Coche Intento Distancia (m) Tiempo (s) Velocidad (m/s) Velocidad media (m/s) 1r 7,20 6,54 1, n 10,80 10,01 1,08 3r 7,50 7,00 1,07 1r 0,00 3,00 0,00 2n 0,60 3,00 0,20 3r 4,10 2,90 1,41 1r 4,45 4,90 0,91 2n 7,50 5,52 1,36 3r 6,00 4,21 1,43 1r 7,20 6,76 1,07 2n 7,60 7,86 0,97 3r 7,70 7,36 1,05 1r 2,40 4,90 0,49 2n 3,00 4,71 0,64 3r 3,20 4,54 0,70 1,08 Segundo 0,54 1,23 Primero 1,03 0,61 En estos resultados podemos comprobar que los coches que mejores resultados obtienen son los que tienen un chasis plano, con las cuatro ruedas iguales. En las votaciones para el premio de belleza los resultados fueron los que figuran a continuación: Coche 1 14 votos primer clasificado Coche 2 1 voto Coche 3 11 votos Coche 4 0 votos Coche 5 2 votos 10

11 Conclusiones de la práctica: El estudio del método científico siempre resulta un poco teórico y arduo para los alumnos, aunque muchas veces intentamos introducirlo mediante una práctica de laboratorio que suele estar muy pautada, creo que la realización de esta actividad ha permitido que los alumnos comprendan mejor cómo se trabaja en ciencia, ya que la propuesta era abierta, y ellos mismos han elegido los aspectos que podían o querían estudiar, entre ellos por citar algunos: tamaño de las ruedas, número de globos, grosor de la pajita, número de ruedas, número de pajitas, tamaño de los ejes, etc. Por tanto, creo que los objetivos propuestos han sido conseguido, los alumnos han trabajado prácticamente todas las capacidades que se pretendían, pero sobretodo creo que una de las más importantes es la de considerar el saber científico como un saber integrado que se relaciona con diferentes disciplinas y capacidades. Por ejemplo, en este caso yo no me había planteado nada sobre la estética del coche, un grupo de alumnos me hicieron ver que cuando compramos un coche no sólo nos fijamos en su motor, su seguridad que efectivamente son muy importantes sino que también miramos otros aspectos estéticos y por ello lo incluimos en el trabajo. También me gustaría destacar que con este proyecto han tenido que trabajar en grupo, han tenido que negociar y consensuar qué es lo que querían hacer y conseguir, y finalmente colaborar entre ellos para intentar conseguirlo Creo que este tipo de proyectos anima a los estudiantes a ser innovadores, a utilizar el pensamiento creativo y a desarrollar habilidades para resolver problemas, ya que de alguna manera los acerca a los problemas del mundo real. Por ejemplo en el tema de dinámica además de servir para explicar el principio de acción-reacción, los alumnos propusieron una experiencia para comprobar que la fuerza de fricción varía según las superficies que pongamos en contacto. Personalmente me gustan este tipo de actividades, porque son muy motivadoras en sí mismas y permiten la participación de todos los alumnos. Algunos de mis alumnos están entusiasmados tanto es así que ahora desde todos los temas del currículo intentan encontrar un aspecto que podamos aplicar o estudiar utilizando nuestro coches. Día de la carrera 11

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