Contextualización
Introducción Teórica
La Física es una ciencia que estudia los fenómenos de la naturaleza, y dentro de ella tenemos la Mecánica, que estudia el movimiento de los cuerpos y las fuerzas que actúan sobre ellos. Dentro de la Mecánica, tenemos una rama llamada 'Estática', que es el estudio de la Física que trata las condiciones bajo las cuales un cuerpo o sistema de cuerpos permanece en reposo o en movimiento uniforme. En otras palabras, es el estudio de los cuerpos que no están acelerando.
El término 'cuerpo rígido' se utiliza para describir un cuerpo cuya forma y tamaño son fijos y no cambian bajo la influencia de fuerzas externas. Es decir, un cuerpo rígido no se deforma al ser sometido a fuerzas. En realidad, no existe ningún cuerpo perfectamente rígido, pero utilizamos este modelo para simplificar el estudio de muchos sistemas físicos.
En el estudio de la estática de un cuerpo rígido, dos conceptos son fundamentales: fuerzas y momentos. Una fuerza es una acción que tiene la capacidad de alterar la velocidad o la forma de un cuerpo. Por otro lado, el momento de una fuerza, también conocido como torque, es una medida de la capacidad de esa fuerza para hacer girar un cuerpo alrededor de un punto o eje.
Importancia y Contextualización
La estática es muy importante en la vida cotidiana y en varias áreas de la ciencia y la ingeniería. Nos permite comprender y prever cuándo y por qué los objetos son estables o inestables. Puentes, edificios, grúas, estanterías de libros y muchos otros objetos y estructuras que utilizamos a diario fueron diseñados con la ayuda de la estática.
Cada vez que te sientas en una silla, te apoyas en una mesa, cargas una mochila o incluso cuando estás de pie, estás interactuando con la estática. Las fuerzas ejercidas por y contra estos objetos deben estar equilibradas para que sigan en reposo. ¿Y cómo podemos describir y calcular estas fuerzas? ¡Con los conceptos y leyes de la estática!
Actividad Práctica: Simulación y Análisis Estático de un Puente de Palitos
Objetivo del Proyecto
La actividad tiene como objetivo aplicar conceptos de estática en la construcción de un puente de palitos, para analizar la resistencia de los materiales y los principios de distribución de fuerza y equilibrio. El proyecto busca fomentar la colaboración y el trabajo en equipo, la planificación y ejecución de un proyecto práctico, el análisis de resultados y la comunicación de sus descubrimientos.
Descripción del Proyecto
Cada grupo de 3 a 5 alumnos será responsable de diseñar y construir un puente de palitos que sea capaz de soportar la mayor cantidad de peso posible. El puente debe estar hecho exclusivamente de palitos de madera y pegamento blanco.
Después de la construcción, los alumnos realizarán pruebas en los puentes colocando pesos progresivamente mayores hasta que el puente ceda para determinar la carga máxima que su estructura puede soportar.
Materiales Necesarios
- Palitos de madera (pueden ser de barbacoa o de helado)
- Pegamento blanco
- Pesos diversos para probar la resistencia del puente (pueden ser libros, latas de alimentos, etc.)
- Balanzas para medir la fuerza
- Regla o cinta métrica
Paso a Paso
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Investigación y Planificación: Antes de comenzar la construcción, los alumnos deben investigar sobre estructuras de puentes, conceptos de fuerza y momento, y principios de equilibrio. Esto les ayudará a planificar la construcción de su puente. El plan debe ser esbozado en el cuaderno, indicando la forma del puente, dónde se aplicarán las fuerzas y cómo garantizarán que el puente esté en equilibrio.
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Construcción: Los alumnos, entonces, inician la construcción de su puente basándose en el dibujo planeado. Se debe tener cuidado para garantizar que todos los palitos estén bien pegados y que la estructura esté lo más simétrica posible para garantizar su equilibrio.
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Pruebas: Después de que el puente esté completamente seco, los alumnos deberán realizar la prueba de resistencia, aplicando gradualmente más peso al puente y registrando cuánto peso puede soportar antes de ceder.
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Análisis e Informe: Basándose en los resultados de las pruebas, los alumnos deberán analizar por qué el puente cedió donde lo hizo, cómo estaban distribuidas las fuerzas y qué podrían haber hecho para fortalecer el puente. Este análisis debe ser incluido en el informe del proyecto.
Entregas del Proyecto y Documento Escrito
Los alumnos deberán entregar el puente construido, así como un informe escrito que debe incluir:
- Introducción: El alumno debe contextualizar el tema, su relevancia y aplicación en el mundo real, así como el objetivo de este proyecto.
- Desarrollo: Explicación detallada del diseño y construcción del puente, descripción de las pruebas realizadas y presentación de los resultados obtenidos. Los alumnos deben discutir cómo se pensaron y calcularon las fuerzas y los momentos durante la construcción. Explicar la selección y uso de materiales, herramientas y técnicas empleadas durante el proyecto.
- Conclusiones: Discusión sobre el rendimiento del puente, los resultados de las pruebas y las conclusiones obtenidas sobre el proyecto. Retomar los puntos principales, explicar los aprendizajes obtenidos y cómo se aplicaron los conceptos de estática en la práctica. Evaluar el trabajo en equipo, los desafíos encontrados y cómo se resolvieron.
- Bibliografía: Indicar las fuentes en las que se basaron para trabajar en el proyecto como libros, páginas web, videos, etc.
La duración del trabajo debe ser de aproximadamente un mes, y se espera que cada alumno dedique entre 5 y 10 horas de trabajo al proyecto.
