Plan de Clase | Metodología Activa | Trabajo: Fuerza Elástica

Premisas: Este Plan de Clase Activa asume: una clase de 100 minutos de duración, estudio previo de los estudiantes tanto con el Libro, como con el inicio del desarrollo del Proyecto y que se elegirá una única actividad (entre las tres sugeridas) para realizarse durante la clase, ya que cada actividad está pensada para ocupar gran parte del tiempo disponible.

Objetivo

Duración: (5 - 10 minutos)

Esta etapa del plan de lección busca establecer objetivos claros que guiarán el aprendizaje de los estudiantes. Al definir estos objetivos, el docente garantiza que los estudiantes se enfoquen en aspectos clave del tema, preparándolos para aplicar conocimientos previos de manera práctica y efectiva en las actividades en el aula. También ayuda a asegurar que todos los estudiantes estén alineados con las expectativas de aprendizaje y evaluación.

Objetivo Utama:

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

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

Objetivo Tambahan:

1. Estimular el pensamiento crítico sobre cómo se aplica la Ley de Hooke a situaciones cotidianas y otros contextos en física.
2. Fomentar la colaboración y el intercambio de ideas entre los estudiantes durante la resolución práctica de problemas en el aula.

Introducción

Duración: (15 - 20 minutos)

La introducción tiene como fin involucrar a los estudiantes con los contenidos que han estudiado previamente, utilizando situaciones problemáticas que estimulen el pensamiento crítico y la aplicación práctica de los conocimientos sobre fuerzas elásticas. Al contextualizar la importancia de estudiar fuerzas elásticas, los estudiantes pueden reconocer la relevancia del tema en situaciones cotidianas, aumentando así su interés y motivación por la clase.

Situación Problemática

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

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

Contextualización

La fuerza elástica, que obedece a la Ley de Hooke, es un concepto clave en física, presente en muchos sistemas naturales y tecnológicos, como las suspensiones de autos, los resortes de los relojes e incluso en estructuras biológicas como los tendones. Comprender cómo opera esta fuerza y cómo calcular el trabajo que realiza no sólo ayuda a resolver problemas prácticos, sino que también ofrece ideas sobre el comportamiento de objetos en situaciones cotidianas y en la industria.

Desarrollo

Duración: (70 - 75 minutos)

La etapa de desarrollo está diseñada para permitir que los estudiantes apliquen de manera práctica e interactiva los conceptos que han estudiado sobre la 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 busca solidificar la comprensión de la Ley de Hooke y la capacidad de calcular el trabajo realizado por fuerzas elásticas, al tiempo que estimula la resolución de problemas y el desarrollo de habilidades comunicativas.

Sugerencias de Actividades

Se recomienda realizar solo una de las actividades sugeridas

Actividad 1 - Desafío de 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 estudiantes se agruparán en equipos de hasta 5 personas, y cada grupo recibirá una plataforma elástica, un conjunto de pesos variados y una regla. El objetivo es determinar la constante elástica de la plataforma y calcular el trabajo realizado cuando se comprime con diferentes pesos y distancias.

- Instrucciones:

• Formar grupos de hasta 5 estudiantes.

• Colocar la plataforma elástica sobre una superficie plana y segura.

• Utilizar la regla para medir la distancia inicial de la plataforma desde su posición de equilibrio.

• Agregar pesos a la plataforma y medir la distancia que se desplaza.

• Registrar las distancias y pesos utilizados.

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

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

• Presentar los resultados y discutir 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, mientras se calcula el trabajo realizado por fuerzas elásticas.

- Descripción: En esta actividad lúdica, los estudiantes crearán pequeñas escenas en las que los resortes desempeñan roles fundamentales. Cada grupo elegirá un escenario diferente para simular usando resortes de distintas constantes elásticas, masas y distancias, y calculará el trabajo realizado para cada configuración.

- Instrucciones:

• Dividirse en grupos de hasta 5 estudiantes.

• Elegir y diseñar un escenario donde los resortes sean parte de la acción (por ejemplo, un auto de juguete con suspensión de resorte enfrentándose a un obstáculo).

• Seleccionar un resorte con una constante elástica conocida.

• Determinar y marcar la posición inicial del resorte.

• Agregar una masa y observar el desplazamiento del resorte.

• Medir la distancia recorrida por el resorte y registrarla.

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

• Presentar la escena y discutir 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 trabajo, reforzando la comprensión de la Ley de Hooke y la fuerza elástica.

- Descripción: Los estudiantes realizarán experimentos en un laboratorio para determinar la constante elástica de diversos resortes y calcular el trabajo realizado al estirarlos en varias extensiones.

- Instrucciones:

• Organizar grupos de hasta 5 estudiantes.

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

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

• Estirar los resortes a diferentes extensiones y registrar las distancias.

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

• Presentar los resultados y comentar las diferencias entre los resortes probados.

Retroalimentación

Duración: (15 - 20 minutos)

El propósito de esta etapa es consolidar el aprendizaje, permitiendo a los estudiantes articular y compartir el conocimiento adquirido durante las actividades prácticas. La discusión en grupo ayuda a aclarar cualquier duda que queda y refuerza conceptos clave, al mismo tiempo que promueve habilidades de comunicación y argumentación. Este momento también sirve para que el docente evalúe la eficacia de las actividades y el grado de comprensión de los estudiantes, ajustando los enfoques pedagógicos futuros según sea necesario.

Discusión en Grupo

Al final de las actividades, reunir a todos los grupos para una discusión colectiva. Iniciar la conversación con una breve introducción sobre la importancia de la colaboración y el intercambio de ideas en el proceso de aprendizaje. Destacar que cada grupo tuvo la oportunidad de explorar un aspecto único de la fuerza elástica y que compartir estas experiencias puede enriquecer la comprensión de todos. Invitar a los estudiantes a discutir sobre sus descubrimientos y los desafíos encontrados, así como las soluciones que aplicaron. Utilizar preguntas específicas para asegurarse de que todos los aspectos de la Ley de Hooke y el cálculo del trabajo fueron bien comprendidos.

Preguntas Clave

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

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

3. ¿Tuvieron sorpresas 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)

El objetivo de esta etapa es asegurar que los estudiantes cuenten con una visión clara y consolidada de los conceptos tratados durante la lección. Resumir los puntos clave ayuda a reforzar el aprendizaje, mientras que discutir la conexión entre la teoría y la práctica, y la relevancia del tema en el mundo real, proporciona a los estudiantes una comprensión más profunda y motivadora del asunto. Esta reflexión final ayuda a garantizar que los estudiantes puedan aplicar el conocimiento adquirido en futuras situaciones y reconozcan el valor práctico de la física en sus vidas.

Resumen

Para concluir, hagamos un repaso de lo que hemos aprendido sobre la fuerza elástica y la Ley de Hooke. Los estudiantes exploraron cómo calcular el trabajo realizado por una fuerza elástica utilizando la fórmula W=kx²/2 y aplicaron este conocimiento a situaciones prácticas, como experimentos con resortes y la plataforma elástica. También discutieron las variaciones de la constante elástica en diferentes escenarios, reforzando 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 en varias ocasiones. Los estudiantes vieron cómo conceptos teóricos, como la Ley de Hooke, se aplican en experimentos y simulaciones reales, lo que ayudó a solidificar la comprensión teórica. Participar en actividades prácticas permitió a los estudiantes visualizar y cuantificar conceptos, haciendo que la teoría sea más concreta y comprensible.

Cierre

Entender la fuerza elástica y el trabajo realizado por ella es esencial, ya que estos conceptos son fundamentales no solo en física, sino también en muchas aplicaciones cotidianas e ingenierías. La capacidad de predecir y manipular estas fuerzas es crucial 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 clase tiene aplicaciones directas e importantes en el mundo real.