SECUENCIA DIDÁCTICA HIDRODINÁMICA

Transcripción

1 SECUENCIA DIDÁCTICA HIDRODINÁMICA Área/espacio curricular Fundamentación y propósitos Ciencias Naturales / Física Ciclo Orientado La modificación de los procesos de enseñanza y de aprendizaje en relación con la educación en general, y con la Enseñanza en Ciencias y la investigación en resolución de problemas en particular; aparece (o se manifiesta) como una cuestión relevante. Tener en cuenta que los avances tecnológicos nos están demandando una nueva perspectiva que los contemple no solo como herramientas didácticas, sino como recurso productor de conocimientos. (Escudero, Consuelo, resaltado propio) Objetivos Capacidades-Aprendizajes Instrumentos de Evaluación -Formulación de preguntas que problematicen el conocimiento. Que los estudiantes: - Apliquen sus conocimientos sobre Hidrodinámica para explicar el funcionamiento de dispositivos tecnológicos de uso cotidiano en las prácticas agrícolas. - Elaboren textos explicativos con fundamentos científicos. - Utilicen simuladores en la producción de modelos físicos. - Justifiquen la elección de sistemas de riego que permitan un uso responsable del recurso hídrico. Propósitos: Relacionar contenidos de hidrodinámica con la actividad agrícola. Entregar herramientas para el análisis y la comprensión de fenómenos físicos aplicados en los sistemas de riego. Promover el uso de analogías como recurso de modelización. Ofrecer oportunidades para mejorar la expresión escrita de ideas científicas que fundamenten la elección de un determinado sistema de riego frente a otro. Desarrollar estrategias de evaluación donde se visualice la interacción CTS (Ciencia, Tecnología y Sociedad) -Elaboración de explicaciones provisorias que den lugar a procesos de indagación, investigación y construcción de conocimientos en temáticas referidas a Hidrodinámica. -Selección de variables estimadas relevantes, para el planteo de una solución posible ante una situación problemática, mediante modelos - Elaboración de estrategias de resolución de problemas socialmente relevantes, mediante dispositivos y procedimientos experimentales, analizando variables, realizando mediciones, interpretando resultados y reflexionando sobre errores. - Producciones escritas. - Selección y socialización de uno o más videos explicativos, en diversos soportes. - Presentación (Prezi) 1

2 Contenidos disciplinares Medios Estrategias de enseñanza Caudal. Ecuación de continuidad. Análisis de textos, aprendizaje basado en problemas, modelización de procesos físicos. Teorema de Bernoulli. Uso responsable del agua para riego. Saberes previos necesarios: Concepto de presión, velocidad, aceleración de la gravedad, densidad. Magnitudes y sus unidades: masa, volumen, tiempo, superficie. En relación a las TIC: Se propone la utilización de un simulador, en principio muy amigable, que no requiere de habilidades complejas para su utilización. Se aporta un video tutorial para el uso de Prezi, como otra opción para el diseño de presentaciones. Clase 1 Se propone trabajar con un grupo de estudiantes donde todos posean sus netbooks. No se cuenta con conexión a Internet, salvo unos pocos que conectan en red sus teléfonos celulares a la netbook. El docente facilitará el acceso al simulador. Imaginamos un grupo de aproximadamente cuarenta alumnos, organizados en grupos de trabajo. Introducción: Todos hemos puesto nuestros pulgares sobre una manguera para conseguir ese atractivo extra del chorro de agua saliendo de una manguera para el jardín. Por qué el agua se acelera? Por qué los tanques de agua gigantes están colocados en altura? Por qué se nos pone roja la cara cuando hacemos la vertical? Esta simulación te ayudará a responder estas y otras preguntas importantes acerca de los fluidos y la presión. 1. Trabajaremos con el siguiente simulador, en esta parte de la clase y en la siguiente por eso es importante que se familiaricen con él. Se Podrá descargar del siguiente Link Activa el comando Iniciar ahora En esta primera parte sólo trabajaremos con la solapa PRESIÓN. Tómense tiempo y jueguen con la simulación. Luego contesten las siguientes preguntas a medida que se juega. Usen el kit de herramientas de la izquierda; estas herramientas serán de gran utilidad en esta simulación.

3 A medida que el sensor se mueve más en el líquido, cómo cambia la presión? A medida que se añade más líquido, cómo cambia la presión cerca de la parte inferior del tanque? Por qué cambia la presión en el sensor cuando éste se mueve hacia arriba y hacia abajo en el aire por encima del líquido? Cómo varía la presión en el agua cuando se retira la atmósfera? Por qué es esto? La forma del depósito influye en la presión bajo la superficie? Por qué crees que es esto? Cómo afecta la densidad del fluido al valor de la presión que se experimenta? Cómo varía la presión en el líquido al aumentar la gravedad? Por qué crees que es esto? En gravedad normal de la Tierra (9,8 m / s ), cómo varía la presión (en pascales, Pa) por cada metro de profundidad del agua? Pa Hasta qué profundidad tendría usted a nadar a experimentar otro "ambiente" ( Pa)? m Por qué la adición de una masa flotante parece cambiar la presión del líquido? 3

4 Qué está cambiando al agregar una masa flotante? Qué efecto tiene el cambio de la densidad del líquido en la fuerza de empuje aplicada a la masa flotante?. (Actividad para el hogar) Navegue en sitios web para seleccionar uno o varios videos explicativos, de duración máxima 5 minutos, donde se pueda evidenciar con claridad los siguientes conceptos: Presión Presión hidrostática Presión atmosférica Flujo Caudal Una vez realizada la selección se deberá compartir con el resto de los integrantes del curso por mensaje de texto, red social o en la pizarra. Clase Se retoma el uso del simulador En esta instancia sólo trabajaremos con la solapa FLUJO Imagine las siguientes flechas como tuberías que llevan el agua. Cómo sería la velocidad y la presión del agua en el centro de la de tubería, ya que se mueve de izquierda a derecha? Velocidad? Presión? 4

5 Si se añaden moléculas de un billón de agua a un extremo de una manguera de jardín lleno, qué sucede en el otro extremo de la manguera? A medida que aumenta la densidad del fluido, la velocidad del mismo (permanece igual/aumenta/disminuye) y la presión (aumenta / disminuye / sigue siendo la misma). Explique sus respuestas. Imaginemos dos casas idénticas, una en la parte superior de una colina y uno en la parte inferior de un valle. En cuál te gustaría tomar una ducha? Por qué? Las tuberías de la ducha en las casas nuevas tienen diámetros menores que los de las casas antiguas. Por qué crees que es esto? Si el agua fluye horizontalmente a través de una manguera de jardín con un diámetro interior de 0.01 metros a una velocidad de 7,8 m / s. Se sale de una pequeña boquilla con un diámetro de sólo 0,0085 m. Qué tan rápido está viajando fuera de la boquilla? M / s d vt v at d 1 at d vot 1 at v f vi ad Subraya la respuesta correcta. 1. El aire produce presión? (Sí, el aire es un fluido. / No. El aire no es lo suficientemente denso como para ejercer presión). Como nado más profundo en una piscina, la presión sobre mí (aumenta / disminuye). 3. Si sustituí toda el agua de mi piscina con la miel, la presión en el fondo de la piscina (aumentó / disminuyó). 5

6 4. Por cada metro de profundidad en el agua (densidad = 1000 kg / m 3) cuál es el aumento de la presión? Pa 5. Si la presión por encima de la superficie de una piscina es Pa, qué presión se experimenta 4.4 metros por debajo de la superficie? Pa 6. Considere el diagrama aquí de una especie rara de la piscina. La presión es mayor en La presión es menor en Dos puntos donde la presión es la misma 7. Si 40 L de agua se introducen en una manguera de jardín a cada minuto, esperaríamos que la cantidad de agua para salir de la manguera cada segundo, sea de 8. Cuando el agua fluye hacia abajo como en Nº 1 de la Guía Nº, esperamos que la presión (aumente / disminuya / siguen siendo la misma). 9. Cuando el área de sección transversal de una manguera se hace más pequeña, esperaríamos que la presión del fluido en el desplazamiento (aumente / disminuya / sea la misma). 10. Cuando el área de sección transversal de una manguera se hace más pequeña, esperaríamos que la velocidad del fluido en el desplazamiento (aumente / disminuya / sea la misma). 11. Cuando el área de sección transversal de una manguera se hace más pequeña, esperaríamos que el caudal (volumen por segundo) en el desplazamiento (aumente / disminuya / siguen siendo el mismo). 1. Si reemplazamos el agua en nuestra manguera hipotética con miel y con el mismo caudal que antes, es de esperar que la presión (aumente / disminuya / sea la misma). (Ignorar la fricción / viscosidad) 13. La velocidad de la miel más densa, en comparación con el agua en la misma manguera sería (más rápida / más lenta / la misma velocidad). 14. Imagina que el agua fluye en una corriente con un diámetro de 1,5 m a una velocidad de 6,8 m / s. Si una roca bloqueó la mitad de la corriente, con qué velocidad lo haría el flujo de agua alrededor de la roca? m / s 15. Si la corriente (desde un diámetro de 1,5 m y 6,8 m / s de velocidad) fluyó cuesta abajo de 18 metros, se espera que fluya a una velocidad de m / s 16. Los fluidos (líquidos y gases) son afectados por la gravedad? (Sí, incluso el aire se tira hacia abajo por la gravedad / No. El aire no es lo suficientemente denso como para ser afectado por la gravedad) 17. Recordar su cinemática de proyectiles... Una pelota de béisbol se lanza horizontalmente a 5 m / s desde la parte superior de una torre de 5 metros de altura. Hasta qué distancia puede viajar? m 6

7 18. Si un chorro de agua sale de una torre de agua en posición horizontal con una velocidad de 5 m / s 5 m por encima del suelo, es de esperar que llegue hasta una distancia de m 19. Considerar una torre de agua como la de la foto de la simulación. Imagínese a10 metros de altura de torre de agua se desarrolla un pequeño agujero en su base. Si el depósito de agua está abierto a la atmósfera en la parte superior y en el hoyo, la rapidez (velocidad, no el tiempo) de la fuga de agua por el agujero sería de m / s 0. Considerando lo aprendido en Cinemática, si el agujero creara un flujo horizontal, a qué distancia de la base de la torre caería el agua inicialmente? 1. A medida que el agua se filtró a través del tiempo, el agua acería más lejos de la base, cerca de la base, o a la misma distancia de la base?. Por qué es esto? 3. Qué tan profundo tendría que crearse un agujero para que el agua tenga un flujo de escape a 1,0 m / s? m Recursos Una netbook por estudiante, descarga de la simulación, la misma será distribuida por el docente usando un pendrive, se anticipará su uso en la clase anterior por lo que podrán disponer de ella con anticipación. Tutoriales: Los estudiantes podrán preparar la presentación utilizando Prezi. Se les proporciona el siguiente tutorial para los que deseen usar esta forma de presentación: Bibliografía. Netto, Ricardo Santiago, Dinámica de fluidos o hidrodinámica, s.f.e. Escudero, Consuelo; Una mirada alternativa acerca del residuo cognitivo. Cuando se introducen nuevas tecnologías. El caso de la resolución de problemas en ciencias ; en Revista Electrónica de Teoría de la Educación Vol. 10 Nº1; marzo