QUINTO Grado - Unidad 6 - Sesión 30 Construimos una grúa electromagnética Los electroimanes se usan en una diversidad de aparatos y mecanismos complejos. Por ejemplo, en grúas, trenes de levitación magnética e infinidad de artefactos domésticos. Tal es el poder del electromagnetismo que una grúa electromagnética puede levantar grandes pesos de carga metálica con gran facilidad. Dada la importancia y actualidad tecnológica de los electroimanes, en esta sesión se construirá un electroimán y un pequeño modelo de grúa electromagnética. Estas tareas permitirán profundizar a los niños y las niñas en el conocimiento del electromagnetismoy sus aplicaciones. Antes de la sesión Lee las páginas 165 y 166 del libro Ciencia y Ambiente 5. Selecciona los materiales caseros para llevar a cabo el experimento propuesto en el libro. Organiza a los estudiantes en grupos. Lee la información complementaria del Anexo 1. Materiales o recursos a utilizar Cuaderno de experiencias. Libro Ciencia y Ambiente 5. Materiales sugeridos para la construcción de la grúa, en la página 166 del libro Ciencia y Ambiente 5. 249
Área curricular de Ciencia y Ambiente Competencia(s), capacidad(es) e indicador(es) a trabajar en la sesión COMPETENCIAS CAPACIDADES INDICADORES Diseña y produce prototipos tecnológicos para resolver problemas de su entorno. Plantea problemas que requieren soluciones tecnológicas y selecciona alternativas de solución. Diseña alternativas de solución al problema. Analiza información de fuentes confiables para proponer un prototipo que reúna ciertas condiciones de funcionalidad planteadas en el problema. Representa gráficamente su alternativa de solución al problema planteado. 1. Momentos de la sesión INICIO 10 minutos En grupo clase Saluda amablemente a los estudiantes y comenta con ellos una sesión anterior en la que estudiaron el electromagnetismo y vieron cómo una bobina (cable aislado enrollado), que rodeaba un núcleo de hierro, generaba un campo magnético cuando se conectaba a una fuente de energía eléctrica. Escucha las intervenciones de los estudiantes y anota las ideas centrales en la pizarra. A continuación, refuerza lo aprendido en la sesión sobre electromagnetismo. Establece, junto con ellos, el propósito de la sesión: indagar en textos e imágenes información sobre cómo elaborar un electroimán y construirlo para ver cómo es su funcionamiento y su relación con la energía eléctrica. Pide a los estudiantes que elijan una o dos normas de su cartel de normas de convivencia para ponerlas en práctica durante el desarrollo de la sesión. 250
2. DESARROLLO 70 minutos Planteamiento del problema tecnológico En grupos pequeños Informa a los estudiantes que en el desarrollo de la sesión retomarán el conocimiento que tienen sobre el electromagnetismo. Luego plantea la pregunta del problema tecnológico que resolverán en esta sesión: cómo construir un electroimán que funcione con una batería pequeña (tipo A) y que luego pueda ser incorporado a un modelo de grúa con capacidad para atraer y levantar pequeños objetos metálicos hasta una altura de diez centímetros? Planteamiento de soluciones En grupos pequeños Invita a los estudiantes a organizarse en cuatro grupos para que ensayen algunas posibles alternativas de solución ante el problema planteado, las que registrarán como posibles soluciones. Indica que recuerden anotar en su cuaderno de experiencias lo que efectuarán en clase. Diseño y construcción del prototipo En primer lugar, haz notar a los estudiantes la necesidad de informarse para construir un prototipo que cumpla las condiciones de funcionalidad planteadas. Proponles una matriz que contenga las condiciones de funcionalidad. Asimismo, recomienda la manera en que podría cumplir estas condiciones: incorporando datos relacionados con el material, herramientas, procedimientos para la selección, y las condiciones y procesos de construcción. Invita a los grupos a la lectura del material. Cuida de que lleven a cabo los pasos que se deben seguir antes, durante y después de la lectura. A continuación, indica a los grupos que comiencen la construcción de sus prototipos. Recuerda que no necesariamente deben aplicar las pautas del material de lectura, sino que pueden aplicar sus propios procedimientos. Organiza a los estudiantes en pequeños grupos y acuerda con ellos la secuencia que seguirán para la construcción del prototipo. 251
Validación del prototipo Informa a los estudiantes que una vez ejecutado el proceso de construcción, procedan a comprobar su funcionalidad. Para ello, pueden seguir las pautas para evaluar las condiciones de funcionalidad que se desarrollan en el Anexo 3. Evaluación y comunicación En grupo clase A continuación, procede a la evaluación del prototipo con tus estudiantes. Dicha evaluación tendrá que tener en cuenta si el prototipo cumplió las condiciones de funcionalidad; y si el material, las herramientas, los procedimientos para la selección de estos, las condiciones y los procesos de construcción fueron adecuados. Con este fin, los estudiantes pueden utilizar los cuadros que elaboraron o una lista de cotejo como la siguiente: Objeto de evaluación Sí / No El electroimán y la grúa cumplieron las condiciones de funcionalidad? El material seleccionado para la construcción ha sido el más apropiado? Las herramientas seleccionadas cumplieron su cometido? Los procedimientos previstos sirvieron a plenitud para la construcción? Proporciona a los estudiantes la información que explica cómo realizar un informe de grupo (ver Anexo 3) e indica a los grupos que elaboren su informe. Invita a los grupos a presentar sus informes. Para esto, nombrarán a un representante que lo expondrá. Señala qué parte del trabajo le toca desarrollar a cada uno de los representantes. 252
3. CIERRE (valoración del aprendizaje) 10 minutos En grupo clase Comunica a los estudiantes que todos participarán en la elaboración de las siguientes ideas fuerza sobre el electroimán: Es un artilugio que se construye aplicando las relaciones entre el magnetismo y la corriente eléctrica. El electromagnetismo se utiliza en diversos aparatos, equipos, instrumentos, etc., que requieren, de alguna manera, la aplicación de fuerzas de atracción y repulsión entre los polos de los imanes o electroimanes. El electroimán funciona cuando se conecta a la corriente eléctrica, pero deja de funcionar cuando se desconecta de esta. La corriente eléctrica pasa por el hilo conductor de la bobina y como resultado se crea un campo magnético. Este campo se concentra en el núcleo del electroimán. Tarea a trabajar en casa Solicita a los estudiantes que investiguen cómo funcionan los altoparlantes del equipo de sonido. Pídeles que propongan cómo mejorarían la potencia de la grúa que construyeron. 253
Anexo 1 Cómo construir un electroimán casero? Para elaborar un electroimán casero, necesitas únicamente lo siguiente: 1. Una barra de hierro dulce. Como es algo difícil de encontrar, puedes utilizar un clavo, algo que hay en todas las casas. 2. Un cable de cobre. Si el cable está esmaltado, mejor. También sirve si está recubierto de plástico. Este electroimán solo podrá ser conectado a una pila tipo A, porque puede calentarse si se conecta a otra fuente de energía. Ten presente, sobre todo, que este no debe conectarse a un enchufe, ya que corres peligro de electrocutarte. Puedes usar un cable eléctrico, como el que se emplea en las instalaciones domésticas. Si no cuentas con uno, puedes utilizar un trozo de alambre, por ejemplo, la espiral de un cuaderno viejo. El cable no debe ser muy grueso para que puedas enrollarlo con facilidad. 3. Una pila. Es preferible contar con una pila tipo A, pero si no es posible, utiliza la más grande que tengas (puedes poner varias pilas en serie, si sabes cómo hacerlo). 4. Clips para probar el electroimán. 5. Ahora, efectúa con cuidado lo siguiente: Primero, pela los extremos del cable para luego conectarlos a los extremos de la pila. Cuantas más vueltas des al cable, más fuerza magnética tendrá el electroimán que estás fabricando. En este punto es necesario que te asegures de enrollar el cable solo sobre el clavo y no poner cable encima del cable. Coloca un extremo del cable en uno de los polos de la pila y pega con cinta aislante. Cuanto mayor voltaje tenga la pila, mayor será la fuerza de atracción del electroimán. Solo conectarás el otro cable cuando quieras poner en funcionamiento el electroimán. 6. La prueba del electroimán. Para probarlo, sujeta con una mano el clavo y acércalo a cualquier objeto. Para activar el electroimán solo debes tocar, con el extremo libre del cable, el polo de la pila que ha quedado libre. Al acercar el electroimán a los clips, estos deberán ser atraídos por él. Cuando desees detener su funcionamiento, simplemente deja de tocar la pila con el cable. 254
Anexo 2 Construcción de una grúa electromagnética (Adaptado de la página 166 del libro Ciencia y Ambiente 5) Una grúa magnética Es un instrumento que permite mover materiales de erro. En algunas fábricas se pueden ver grúas de electroimán que transportan cargas enormes de minerales, alambres, clavos, chatarra y otros materiales. Qué necesitamos? 2 cajas de cartón de distinto tamaño 1 trozo pequeño de madera 1 metro de cable de luz 1 electroimán pequeño 1 cuchilla Papel periódico Clips metálicos Goma Cinta adhesiva Cómo lo hacemos? 1. Hagan un hueco pequeño en la cara superior de la caja grande (ver g. 1). Rellenen la caja grande con papel periódico para que tenga peso. 2. Desarmen la caja pequeña y, con ayuda de la goma y la cinta adhesiva, transfórmenla en una con base ancha y extremo delgado (ver g. 2). Rellénenla con papel periódico. 3. Con ayuda de una persona adulta, corten el cable en dos y pelen las puntas con la cuchilla. Construyan el electroimán pegando ambos cables a la pila. Unan ambas cajas y pasen los cables de luz por el centro. En el extremo inferior sujeten los extremos de los cables y enróllenlos al trozo de madera (ver g. 3). Usamos nuestra grúa Pongan los clips en una super cie plana. Suelten los cables y acerquen el electroimán a los clips. Qué usos le darían a la grúa que acaban de construir? Cómo podrían mejorar este invento? Figura 1 Figura 2 Figura 3 Santillana S. A. Prohibida su reproducción. D. L. 822 166 Sección de proceso CyA5_U07 156_179Lici.indd 166 12/3/12 5:18:04 PM Ingresen a la siguiente página web (página 5) y observen una experiencia sobre el magnetismo: http://www.une.edu.pe/docentesune/jjhoncon/descargas/fasciculos%20cta/electromagnetismo.pdf 255
Anexo 3 Analiza los tipos de uso de los combustibles más comunes. 1. Introducción. Por qué les parece importante la construcción del electroimán?, qué problema tecnológico han resuelto?, en qué coincidieron sus alternativas de solución previas con la información obtenida en las lecturas?, consideran importante el estudio del electromagnetismo? 2. Presentación de la información. Sistematicen la información en textos breves, cuadros resumen, organizadores visuales, ilustraciones, etc., en los que expliquen si su prototipo cumple las condiciones de funcionalidad. La siguiente tabla es un ejemplo de esto: El electroimán funciona con una batería tipo A? Sí No El electroimán puede ser incorporado en el modelo de grúa que propone el libro Ciencia y Ambiente 5? Sí No El electroimán puede atraer pequeños objetos metálicos? Sí No La grúa tiene capacidad para levantar hasta diez centímetros los pequeños objetos metálicos? Sí No Elaboren una tabla similar para referirse al material, las herramientas, los procedimientos seleccionados y las condiciones y procesos de construcción. 3. Conclusiones. Sus conclusiones deben estar planteadas como ideas fuerza. 4. Nuevas preguntas. Qué nuevas preguntas les gustaría indagar? 5. Fuentes de información. Indiquen las fuentes de las que obtuvieron la información. 6. Exposición. Preparen su información en papelotes para presentar su exposición ante el grupo. 256