Dinámica Planificación de Unidad Física PSI

Transcripción

1 Dinámica Planificación de Unidad Física PSI Objetivos Equilibrio estático (primera ley) 1) Los alumnos deberán ser capaces de analizar situaciones en las cuales una partícula permanece quieta o se mueve con velocidad constante, bajo la influencia de varias fuerzas. La dinámica de una sola partícula (segunda ley) 2) Los alumnos deberán entender la relación entre la fuerza que actúa sobre un objeto y los cambios resultantes en la velocidad del objeto, para que puedan: (a) Calcular, para un objeto que se mueve en una dimensión, el cambio de velocidad que resulta en una fuerza constante F que actúa sobre un intervalo de tiempo dado. (b) Determinar, para un objeto que se mueve sobre un plano cuyo vector de velocidad sufre un cambio en un intervalo de tiempo dado, la fuerza promedio que actuó sobre el objeto. 3) Los alumnos deberían entender cómo la Segunda Ley de Newton se aplica a un objeto sujeto a fuerzas tales como la gravedad, la fuerza de una cuerda, o las fuerzas de contacto, así podrán: (a) Dibujar un diagrama de cuerpo libre bien rotulado que muestre todas las fuerzas reales que actúan sobre el objeto. (b) Anotar el vector de la ecuación que resulta de aplicar la Segunda Ley de Newton al objeto, y ubicar los componentes de esta ecuación a lo largo de los ejes apropiados. 4) Los alumnos deberán ser capaces de analizar situaciones donde un objeto que se mueve con una aceleración específica bajo la influencia de una o más fuerzas para que puedan determinar la magnitud y dirección de la fuerza neta, o de una de las fuerzas que componen la fuerza neta, tal como el movimiento hacia arriba o abajo con aceleración constante. 5) Los alumnos deberán entender la importancia del coeficiente de fricción, para que puedan: (a) Anotar la relación entre las fuerzas normales y de fricción sobre una superficie.. (b) Analizar situaciones en las cuales un objeto se mueve a lo largo de una superficie inclinada rugosa o una superficie horizontal. (c) Analizar bajo qué circunstancias un objeto comenzará a deslizarse, o calcular la magnitud de la fuerza de fricción estática. Sistemas de dos o más objetos (tercera ley) 6) Los alumnos deberán entender la Tercera Ley de Newton para que, dado un sistema, puedan identificar los pares de fuerzas y los objetos sobre los cuales actúan, y establecer la magnitud y dirección para cada fuerza.

2 7) Los alumnos deberán ser capaces de aplicar la Tercera Ley de Newton para analizar la fuerza de contacto entre dos objetos que aceleran juntos a lo largo de una línea horizontal o vertical, o entre superficies que se deslizan una sobre la otra. 8) Los alumnos deberán saber que la tensión es constante en un cordel liviano que pasa sobre una polea sin masa y deberán ser capaces de usar este hecho en el análisis del movimiento de un sistema de dos objetos unidos por un cordel. 9) Los alumnos deberían ser capaces de resolver problemas en los cuales la aplicación de la Tercera Ley de Newton lleve a dos o tres ecuaciones lineales simultáneas que involucren fuerzas o aceleraciones desconocidas. Preguntas Esenciales 1. Cómo se puede hacer acelerar un objeto? 2. Cómo interactúan las fuerzas? 3. Cómo responden los objetos a fuerzas múltiples que actúan sobre ellos? Habilidades Los alumnos serán capaces de: 1. Describir la inercia usando la Primera Ley de Newton. 2. Relacionar la fuerza, masa y aceleración usando la Segunda Ley de Newton. 3. Describir los marcos de referencia inercial. 4. Diferenciar entre peso y masa. 5. Describir el peso como una fuerza en término de masa y aceleración gravitacional. 6. Describir la fuerza normal y comprender las condiciones en las que existe. 7. Identificar la fuerza de reacción dada una fuerza de acción (Tercera Ley de Newton). 8. Determinar si una fuerza de fricción es cinética (en movimiento) o estática (quieta). 9. Resolver problemas que incluyan la fricción estática y cinética. 10. Identificar y resolver la fuerza de tensión. 11. Dibujar diagramas de cuerpo libre. 12. Resolver problemas que incluyan fuerzas múltiples y aceleraciones no restringidas a un eje de movimiento.

3 Contenido Los alumnos deberán aplicar el concepto de inercia para determinar el movimiento de un objeto que experimenta una fuerza neta y una fuerza neta de cero. Los alumnos manipularán y utilizarán algebraicamente las siguientes ecuaciones: F = ma fk = k FN fs < s FN w = mg Los alumnos resolverán problemas primero esbozando específicamente el montaje, dibujando un diagrama de cuerpo libre, determinando las fuerzas presentes, alineando los ejes de coordenadas, insertando los números en la ecuación y finalmente llevando a cabo los cálculos con una calculadora científica. Los alumnos determinarán el peso de los objetos en entornos con aceleraciones verticales y determinarán la diferencia entre el peso verdadero y el peso aparente (fuerza normal). Los alumnos aplicarán la Tercera Ley de Newton (para cada fuerza de acción, hay una fuerza igual y opuesta de reacción) para determinar los pares acción/reacción. Los alumnos identificarán cuando debe ser considerada la fricción en un problema y cuando puede ser ignorada, determinarán el tipo de fricción presente y el punto en el cual la fricción estática es superada para convertirse en fricción cinética. Los alumnos identificarán todos los distintos tipos de fuerza presentes en un problema. Dibujarán las magnitudes relativas y las direcciones de las fuerzas en un diagrama de cuerpo libre y observarán la dirección de la aceleración. Luego de dibujar un diagrama de cuerpo libre, los alumnos aplicarán la Segunda Ley de Newton a un problema, determinando la fuerza neta que actúa sobre un objeto. Resolverán las fuerzas netas y las fuerzas específicas del problema. Los alumnos identificarán las siguientes fuerzas e ilustrarán las magnitudes relativas y las direcciones cuando resuelvan un problema: o Fuerza Aplicada o Fuerza Normal o Peso (Fuerza Gravitacional)

4 o Peso Aparente o Tensión o Fricción (Cinética y Estática) Los alumnos resolverán problemas del tipo de la máquina Atwood. Actividades ENFOQUE ACTUAL: Luego de una pequeña lección usando la pizarra SMART para introducir conceptos, se preguntará a los alumnos sobre estos conceptos utilizando el sistema de Respuesta de SMART. El docente demostrará las habilidades para la resolución de problemas necesarias para el tema y nuevamente, los alumnos serán interrogados utilizando el sistema de Respuesta de SMART. Los alumnos se reunirán en pequeños grupos para completar los problemas. Luego algunos alumnos pasarán a escribir sus propias soluciones en la pizarra y explicar el proceso de resolución del problema. Si el tiempo lo permite, los alumnos comenzarán su tarea para el hogar en pequeños grupos. 1. Introducción de los antecedentes de la Ley de Newton (las ideas de Aristóteles y Galileo). 2. Introducción de la Primera Ley de Newton. 3. Introducción de la Segunda Ley de Newton y la idea de que las fuerzas son la causa de las aceleraciones. 4. Demostración y ejemplo de resolución algebraica de problemas para cada variable en la Segunda Ley de Newton. Los alumnos resuelven los problemas usando la Segunda Ley de Newton. 5. Introducción del concepto de peso y de que la ecuación de peso es una derivación de la Segunda Ley de Newton. Los alumnos resuelven problemas usando la ecuación de peso. 6. Introducción de la fuerza normal y de los pares acción/reacción. 7. Demostración de cómo resolver problemas algebraicamente para cada variable en la Segunda Ley de Newton. Demostración de ejemplos de problemas resolviéndola. 8. Introducción a la fricción. 9. Demostración y ejemplo de resolución algebraica de problemas para cada variable en ecuaciones de fricción. Los alumnos resuelven problemas usando ecuaciones de fricción. Los alumnos comparan la fricción cinética y estática. 10. Laboratorio de Fricción

5 11. Introducción de Tensión. 12. Introducción al dibujo de diagramas de cuerpo libre. Los alumnos observan el paso a paso para dibujar diagramas de cuerpo libre, y luego dibujan diagramas de cuerpo libre en pequeños grupos e independientemente. 13. Laboratorio de Inercia 14. Se introduce a los alumnos a problemas de respuesta abierta, en varios pasos y de nivel avanzado. Los procesos para resolver estos problemas son modelos. Los alumnos trabajan en pequeños grupos o independientemente para resolver los problemas. 15. Revisión de preguntas de opción múltiple para el examen. Evaluaciones ENFOQUE ACTUAL: Los alumnos deben ser evaluados en su formación usando el sistema de Respuesta de SMART. A los alumnos se les darán algunas pruebas para el hogar a intervalos regulares durante el curso de la unidad. A los alumnos se les dará una prueba de unidad que contenga preguntas de opción múltiple de nivel avanzado y preguntas de respuesta abierta. Guía de Ritmo Esto es solo una guía. El ritmo real está determinado por los resultados de su evaluación formativa. Esta guía fue diseñada sobre períodos académicos de 41 minutos. Esta guía debería ser usada para un ritmo completo. La segunda guía debería ser usada para aquellos que avanzan a un 75% del ritmo completo. Ritmo completo (incluye todas las diapositivas, tareas para el hogar, etc) Día Tópico Trabajo en clase Tarea para el hogar 1 Aristóteles vs. Galileo, N/A Lee Ley, y los marcos de referencia inercial 2 2 Ley, Masa, unidades # 1-9 # 10-19, Lee 4-8 de Fuerza 3 Prueba sobre la 2 Ley # # 26-31, Lee 8-15 de Newton, 3 Ley, Fuerza Normal, Masa y Peso 4 Prueba sobre Masa y # # 35 Peso, Diagrama de Cuerpo Libre 5 Laboratorio de Inercia # Fricción Cinética # # 36-37, # 55-62, Lee 15-17

6 7 Fricción Estática # # Tensión y Peso # # Aparente con diagramas de Cuerpo Libre 9 Prueba de Fricción # 77 # 78 Cinética y Estática,, Tensión y Peso Aparente (problemas del ascensor 1 y 2) 10 Laboratorio de Fricción Comenzar las preguntas de opción múltiple, para ser entregado el día Problemas Generales - # 75, 77 # 76, 78 #75, 77, 12 Problemas Generales - # 79, 81 # 80, 82 #79, Recordatorio de la # 83 # 84 Presentación (Problemas Generales) 14 Revisión de las preguntas de OM 15 Test Ritmo Modificado (excluye preguntas, tópicos, etc, marcados con **) Esta versión va de la Fricción Estática y algunos Problemas Generales al curso de nivel avanzado. Día Tópico Trabajo en clase Tarea para el hogar 1 Aristóteles vs. Galileo, N/A Lee Ley, y marcos de referencia inercial 2 2 Ley, Masa, unidades # 1-9 # 10-19, Lee 4-8 de Fuerza 3 Prueba sobre la 2 Ley # # 26-31, Lee 8-15 de Newton, 3 Ley, Fuerza Normal, Masa y Peso 4 Prueba de Masa y # # 35 Peso, Diagramas de Cuerpo Libre 5 Laboratorio de Inercia # Fricción Cinética # # 36-37, # 55-62, Lee Tensión y Peso # # Aparente con diagramas de cuerpo libre 8 Prueba de Fricción Cinética y Estática, Tensión y Peso Aparente (problema de # 77 # 78

7 ascensor 1 y 2) 9 Laboratorio de Fricción Comienzo del OM, a ser entregado el día Problemas Generales - # 75, 77 # 76, 78 #75, 77, 11 Problemas Generales - # 79, 81 # 80, 82 #79, Revisión de OM 13 Prueba