Plan de Clase | Metodología Activa | Trabajo: Fuerza Elástica

Supuestos: Este Plan de Clase Activo supone: una clase de 100 minutos de duración, estudio previo de los alumnos tanto con el Libro, como con el inicio del desarrollo del Proyecto, y que se elegirá una sola actividad (de las tres sugeridas) para ser realizada durante la clase, ya que cada actividad está diseñada para ocupar gran parte del tiempo disponible.

Objetivos

Duración: (5 - 10 minutos)

Esta etapa del plan de clase tiene como finalidad establecer los objetivos claros que guiarán el aprendizaje de los alumnos. Al definir estos objetivos, el profesor garantiza que los estudiantes se enfocarán en los aspectos cruciales del tema, preparándolos para aplicar el conocimiento previo de forma práctica y eficaz durante las actividades en clase. Esto también ayuda a asegurar que todos los alumnos estén alineados con las expectativas de aprendizaje y evaluación.

Objetivos Principales:

1. Comprender que el trabajo realizado por una fuerza elástica sigue la Ley de Hooke y se calcula utilizando la fórmula W=kx²/2.

2. Desarrollar la habilidad de calcular el trabajo realizado por una fuerza elástica en diferentes situaciones, aplicando la fórmula W=kx²/2.

Objetivos Secundarios:

1. Incentivar el pensamiento crítico sobre cómo la Ley de Hooke se aplica en situaciones reales y en otros contextos de la física.
2. Fomentar la colaboración y la discusión entre los alumnos durante la resolución de problemas prácticos en el aula.

Introducción

Duración: (15 - 20 minutos)

La introducción sirve para enganchar a los alumnos con el contenido que han estudiado previamente, utilizando situaciones-problema que estimulen el pensamiento crítico y la aplicación práctica del conocimiento sobre la fuerza elástica. Además, al contextualizar la importancia del estudio de la fuerza elástica, los alumnos pueden percibir la relevancia del tema en situaciones prácticas y reales, aumentando así el interés y la motivación para la clase.

Situaciones Basadas en Problemas

1. Imagina que tienes un resorte que al ser comprimido en 10 cm ejerce una fuerza de 50 N. Si comprimes el resorte en 20 cm, ¿cuál será la fuerza ejercida por el resorte?

2. Considera un bloque de 2 kg suspendido por un resorte de constante elástica 200 N/m. Si el resorte se estira 10 cm desde la posición de equilibrio, y luego el bloque se suelta, ¿cuál será el trabajo realizado por la fuerza elástica durante el proceso de retorno del bloque a su posición de equilibrio?

Contextualización

La fuerza elástica, que obedece a la Ley de Hooke, es una de las más importantes en la física, ya que se encuentra en muchos sistemas naturales y tecnológicos, como las suspensiones de automóviles, los resortes de los relojes e incluso en estructuras biológicas como los tendones. Comprender cómo funciona y cómo calcular el trabajo realizado por esta fuerza no solo ayuda en la resolución de problemas prácticos, sino que también proporciona ideas sobre el comportamiento de los objetos en situaciones cotidianas e industriales.

Desarrollo

Duración: (70 - 75 minutos)

La etapa de desarrollo está diseñada para permitir que los alumnos apliquen de manera práctica e interactiva los conceptos estudiados sobre fuerza elástica. Al trabajar en grupos, pueden explorar diferentes escenarios y configuraciones, reforzando el aprendizaje a través de la experimentación y la colaboración. Cada actividad propuesta tiene como objetivo solidificar el entendimiento de la Ley de Hooke y la habilidad de calcular el trabajo realizado por fuerzas elásticas, mientras estimula habilidades de resolución de problemas y comunicación.

Sugerencias de Actividades

Se recomienda realizar solo una de las actividades sugeridas

Actividad 1 - Desafío de la Plataforma Elástica

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Aplicar la Ley de Hooke para determinar la constante elástica de una plataforma y calcular el trabajo realizado por la fuerza elástica.

- Descripción: Los alumnos serán divididos en grupos de hasta 5 personas y cada grupo recibirá una plataforma elástica, un conjunto de pesos variados y una regla. La tarea es determinar la constante elástica de la plataforma y calcular el trabajo realizado al comprimirla con diferentes pesos y distancias.

- Instrucciones:

• Formen grupos de hasta 5 personas.

• Monten la plataforma elástica en una superficie plana y segura.

• Utilicen la regla para medir la distancia inicial de la plataforma a su posición de equilibrio.

• Agreguen pesos a la plataforma y midan la distancia que se desplaza.

• Registren las distancias y las masas utilizadas.

• Calcule la constante elástica de la plataforma usando la fórmula k = (m*g)/Δx, donde m es la masa, g es la aceleración de la gravedad y Δx es la deformación del resorte.

• Calcule el trabajo realizado para cada configuración usando la fórmula W = kx²/2.

• Presenten los resultados y discutan las variaciones observadas.

Actividad 2 - El Show del Resorte

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Explorar de manera creativa y práctica cómo los resortes y la Ley de Hooke se aplican en el mundo real, además de calcular el trabajo realizado por fuerzas elásticas.

- Descripción: En esta actividad lúdica, los alumnos crearán pequeñas escenas donde los resortes desempeñan papeles fundamentales. Cada grupo elegirá un escenario diferente para simular, usando resortes de diferentes constantes elásticas, masas y distancias, y calcularán el trabajo realizado por cada configuración.

- Instrucciones:

• Divídanse en grupos de hasta 5 alumnos.

• Elijan y dibujen un escenario donde los resortes sean parte de la acción (por ejemplo, un coche de juguete con suspensión de resorte enfrentando un obstáculo).

• Seleccionen un resorte con una constante elástica conocida.

• Determinen la posición inicial del resorte y márquenla.

• Agreguen una masa y observen el desplazamiento del resorte.

• Midan la distancia recorrida por el resorte y registren.

• Calcule el trabajo realizado por la fuerza elástica usando la fórmula W = kx²/2.

• Presenten la escena y discutan los cálculos realizados y la aplicación de la Ley de Hooke.

Actividad 3 - Laboratorio de Resortes

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Realizar experimentos prácticos para determinar constantes elásticas y calcular el trabajo, reforzando el entendimiento de la Ley de Hooke y de la fuerza elástica.

- Descripción: Los alumnos realizarán experimentos en un laboratorio para determinar la constante elástica de diferentes resortes y calcular el trabajo realizado al deformarlos en diferentes extensiones.

- Instrucciones:

• Organícense en grupos de hasta 5 alumnos.

• Utilicen uno de los conjuntos de resortes disponibles en el laboratorio.

• Measuring la constante elástica de cada resorte usando la fórmula k = (m*g)/Δx, donde m es la masa suspendida, g es la aceleración de la gravedad y Δx es la deformación del resorte.

• Deformen los resortes en diferentes extensiones y registren las distancias.

• Calcule el trabajo realizado para cada extensión usando la fórmula W = kx²/2.

• Presenten los resultados y discutan las diferencias entre los resortes probados.

Retroalimentación

Duración: (15 - 20 minutos)

La finalidad de esta etapa es consolidar el aprendizaje, permitiendo que los alumnos articulen y compartan el conocimiento adquirido durante las actividades prácticas. La discusión en grupo ayuda a aclarar dudas restantes y a reforzar conceptos clave, además de promover habilidades de comunicación y argumentación. Este momento también sirve para que el profesor evalúe la efectividad de las actividades y el grado de comprensión de los alumnos, ajustando futuras aproximaciones pedagógicas según sea necesario.

Discusión en Grupo

Al final de las actividades, reúnan todos los grupos para una discusión colectiva. Inicie la conversación con una breve introducción sobre la importancia de la colaboración y el intercambio de ideas en el proceso de aprendizaje. Resaltar que cada grupo tuvo la oportunidad de explorar un aspecto único de la fuerza elástica y que compartir estas experiencias puede enriquecer el entendimiento de todos. Incentive a los alumnos a discutir sus descubrimientos y los desafíos encontrados, así como las soluciones que aplicaron. Use preguntas dirigidas para asegurar que todos los aspectos de la Ley de Hooke y del cálculo del trabajo han sido bien comprendidos por los estudiantes.

Preguntas Clave

1. ¿Cuáles fueron los mayores desafíos que su grupo enfrentó al intentar calcular la constante elástica de los resortes?

2. ¿Cómo afectó la variación de la masa el trabajo realizado por la fuerza elástica en el experimento?

3. ¿Hubo alguna sorpresa en los resultados de los cálculos que no esperaban? ¿Cómo cambió eso la forma en que entienden la Ley de Hooke?

Conclusión

Duración: (5 - 10 minutos)

La finalidad de esta etapa es garantizar que los alumnos tengan una visión clara y consolidada de los conceptos abordados durante la clase. Resumiendo los puntos clave, la conclusión ayuda a reforzar el aprendizaje, mientras que la discusión sobre la conexión entre teoría y práctica y la relevancia del tema en el mundo real proporciona a los alumnos una comprensión más profunda y motivadora del asunto. Esta reflexión final ayuda a asegurar que los alumnos puedan aplicar el conocimiento adquirido en situaciones futuras y perciban el valor práctico de la física en sus vidas.

Resumen

Para cerrar, recapitulemos lo que se aprendió sobre la fuerza elástica y la Ley de Hooke. Los alumnos exploraron cómo calcular el trabajo realizado por una fuerza elástica, utilizando la fórmula W=kx²/2, y aplicaron este conocimiento en situaciones prácticas, como el experimento con resortes y la plataforma elástica. Además, discutieron las variaciones de la constante elástica en diferentes escenarios, lo que reforzó el entendimiento teórico a través de aplicaciones prácticas y experimentales.

Conexión con la Teoría

Durante la clase, se estableció el puente entre teoría y práctica de diversas maneras. Los alumnos pudieron ver cómo los conceptos teóricos, como la Ley de Hooke, se aplican en experimentos reales y simulaciones, lo que ayudó a solidificar el entendimiento teórico. La realización de actividades prácticas permitió que los alumnos visualizaran y cuantificaran los conceptos, volviendo la teoría más concreta y comprensible.

Cierre

La comprensión de la fuerza elástica y del trabajo realizado por ella es crucial, ya que estos conceptos son fundamentales no solo en la física, sino también en muchas aplicaciones cotidianas y de ingeniería. La capacidad de prever y manipular estas fuerzas es esencial en proyectos de ingeniería, como la construcción de puentes, y en tecnologías que dependen de resortes, como relojes y amortiguadores. Por lo tanto, lo aprendido en la clase tiene aplicaciones directas e importantes en el mundo real.