Plan de Clase | Metodología Activa | Hidrostática: Empuje

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)

La etapa de objetivos es fundamental para establecer una clara dirección para la clase, indicando lo que se espera que los alumnos sean capaces de realizar al final. Al definir objetivos específicos y medibles, el profesor guía tanto su propio planeamiento como el enfoque de los estudiantes. En este contexto, el objetivo es asegurar que los alumnos no solo aprendan la teoría detrás del empuje, sino que también sean capaces de aplicarla en contextos prácticos y resolver problemas reales, promoviendo así una comprensión profunda y significativa del tema.

Objetivos Principales:

1. Capacitar a los alumnos a calcular el empuje de un cuerpo sumergido en un fluido, comprendiendo el principio de Arquímedes y su aplicabilidad práctica.

2. Desarrollar habilidades de resolución de problemas que involucren cuerpos sumergidos, utilizando el concepto de empuje para determinar el comportamiento de los mismos.

Objetivos Secundarios:

1. Incentivar la curiosidad y el cuestionamiento sobre fenómenos físicos que ocurren en la cotidianidad relacionados con la Hidrostática.

Introducción

Duración: (15 - 20 minutos)

La introducción está diseñada para involucrar a los alumnos y reactivar el conocimiento previo, utilizando situaciones problema que los lleven a pensar críticamente sobre el tema. Además, la contextualización busca establecer conexiones entre el contenido académico y el mundo real, aumentando la relevancia percibida del tema y motivando a los alumnos a explorar más profundamente el asunto. Esta etapa es crucial para preparar el terreno y asegurar que los alumnos estén mentalmente listos para la aplicación práctica de los conceptos durante la clase.

Situaciones Basadas en Problemas

1. Imagina que estás en un barco en un lago tranquilo y decides sumergir una pelota de baloncesto en el agua. ¿Qué pasa con la pelota cuando la sueltas? ¿Se hunde, flota o permanece en el mismo lugar? Discute las fuerzas que actúan sobre la pelota en este escenario.

2. Considera una piscina olímpica llena de agua. Ahora, piensa en alguien que entra en la piscina cargando un gran bloque de poliestireno. Cuando se suelta el bloque dentro del agua, ¿se hunde completamente, permanece flotando o solo parte de él queda sumergido? Explica por qué sucede esto, considerando las fuerzas en juego.

Contextualización

El principio de Arquímedes, que explica el empuje, no es solo una teoría abstracta, sino algo que se aplica en muchas situaciones de la vida diaria. Por ejemplo, en la industria naval, el conocimiento sobre el empuje es crucial para la construcción de barcos capaces de flotar y navegar correctamente. Además, curiosidades como la habilidad de los grandes cruceros de flotar en aguas profundas, a pesar de ser tan pesados, o la razón por la cual los objetos sumergidos parecen más ligeros, son ejemplos prácticos que pueden ser explorados para entender la relevancia y aplicabilidad del tema.

Desarrollo

Duración: (75 - 80 minutos)

La etapa de desarrollo está diseñada para permitir que los alumnos apliquen de forma práctica y experimental los conceptos teóricos de empuje y densidad que estudiaron previamente. Al participar en actividades lúdicas y desafiantes, los alumnos pueden visualizar y manipular las fuerzas en juego, facilitando una comprensión más profunda y duradera del tema. Este enfoque práctico busca reforzar el aprendizaje, estimular el razonamiento crítico y promover habilidades de trabajo en equipo.

Sugerencias de Actividades

Se recomienda realizar solo una de las actividades sugeridas

Actividad 1 - El Misterio de las Pelotas Flotantes

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Comprender el concepto de empuje y densidad a través de un enfoque práctico, observando directamente la interacción entre diferentes materiales y el agua.

- Descripción: En esta actividad, los alumnos serán desafiados a investigar por qué algunas pelotas flotan y otras se hunden, incluso teniendo diferentes tamaños, masas y materiales. Para ello, usarán diferentes tipos de pelotas (como una pelota de tenis, una pelota de ping-pong y una canica) y agua en un gran recipiente.

- Instrucciones:

• Dividir la clase en grupos de hasta 5 alumnos.

• Distribuir los materiales: un gran recipiente con agua y una variedad de pelotas de diferentes materiales y tamaños.

• Cada grupo debe seleccionar una pelota, prever si flotará o se hundirá y justificar su previsión con base en lo que saben sobre la densidad de los materiales.

• Sumergir cada pelota en el recipiente y observar qué sucede. Anotar las observaciones.

• Comparar las previsiones con los resultados y discutir en grupo las diferencias y el porqué de cada pelota se comportó como se esperaba o no.

Actividad 2 - El Barco de Cartón

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Aplicar conceptos de empuje y densidad en la práctica, promoviendo el entendimiento de cómo la forma y la densidad afectan la flotabilidad de un objeto.

- Descripción: Los alumnos diseñarán y construirán pequeños 'barcos' de cartón que deben ser capaces de flotar y llevar la mayor cantidad de 'carga' (tuercas o tornillos) sin hundirse. Deberán aplicar los conceptos de empuje y densidad para optimizar el diseño de sus barcos.

- Instrucciones:

• Dividir el aula en grupos de hasta 5 alumnos.

• Proveer materiales: hojas de cartón, tijeras, cinta adhesiva, marcadores y 'cargas' (tuercas o tornillos).

• Cada grupo proyecta y construye un 'barco' de cartón, considerando cómo maximizar la flotabilidad y la capacidad de carga.

• Probar los barcos en un recipiente con agua, añadiendo gradualmente las cargas hasta que el barco ya no flote.

• Registrar los diseños utilizados, las cargas soportadas y las observaciones sobre el proceso.

Actividad 3 - Carrera de Barcos

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Explorar los principios de empuje, densidad y flotabilidad a través de la construcción y prueba de barcos, incentivando la experimentación y la aplicación práctica de los conceptos teóricos.

- Descripción: En esta actividad, los alumnos construirán pequeños barcos de plástico y competirán para ver cuál de ellos es capaz de soportar más peso antes de hundirse. Utilizarán materiales como palitos de helado, papel aluminio, pegamento y pesos.

- Instrucciones:

• Dividir la clase en grupos de hasta 5 alumnos.

• Distribuir los materiales: palitos de helado, papel aluminio, pegamento, pequeños pesos y un gran recipiente con agua.

• Cada grupo debe construir un barco usando los materiales proporcionados, tratando de maximizar la flotabilidad.

• Después de la construcción, los grupos prueban sus barcos, añadiendo pesos hasta que el barco se hunda.

• Registrar el peso máximo que cada barco soportó y discutir las estrategias de diseño más eficaces.

Retroalimentación

Duración: (15 - 20 minutos)

El objetivo de esta etapa de retroalimentación es consolidar el aprendizaje, permitiendo que los alumnos articulen lo que descubrieron y reflexionen sobre la aplicación práctica del empuje. A través de la discusión en grupo, los estudiantes tienen la oportunidad de verbalizar y compartir su entendimiento, lo que refuerza el aprendizaje colaborativo y mutuo. Este momento también sirve para que el profesor evalúe la eficacia de las actividades y el nivel de comprensión de los alumnos, ajustando la enseñanza según sea necesario.

Discusión en Grupo

Al final de las actividades prácticas, reúne a todos los alumnos para una discusión en grupo. Comienza pidiendo a cada grupo que comparta los resultados de sus experiencias y lo que aprendieron sobre el empuje. Anima a los alumnos a discutir las diferencias observadas entre los objetos y sus expectativas iniciales. Incentívalos a hacer conexiones con situaciones cotidianas donde el empuje es aplicable, como en la ingeniería de barcos o en la flotabilidad de objetos en el mar. Aprovecha esta oportunidad para aclarar dudas y reforzar conceptos importantes.

Preguntas Clave

1. ¿Cuáles fueron las principales observaciones realizadas durante las actividades y cómo se relacionan con el concepto de empuje?

2. ¿Cómo influyó la densidad de los objetos en su comportamiento cuando estaban sumergidos en el agua?

3. ¿De qué manera podrían aplicar lo que aprendieron hoy en situaciones reales o problemas de ingeniería?

Conclusión

Duración: (5 - 10 minutos)

El objetivo de esta etapa de conclusión es consolidar el conocimiento adquirido durante la clase, asegurando que los alumnos puedan vincular teoría y práctica de manera clara y comprensible. Además, se busca reforzar la relevancia del estudio del empuje en la vida cotidiana y en áreas profesionales, estimulando a los estudiantes a valorar y aplicar lo que aprendieron. Esta reflexión final ayuda a cerrar la clase con una comprensión completa de los conceptos y sus implicaciones.

Resumen

En esta etapa final, el profesor recapitula los puntos principales abordados sobre el empuje, enfatizando el principio de Arquímedes y la relación entre la densidad de un objeto y su capacidad de flotar. También se revisitan las actividades prácticas realizadas, destacando las observaciones y conclusiones de cada grupo.

Conexión con la Teoría

La clase de hoy fue estructurada para conectar la teoría del empuje con prácticas experimentales y situaciones de la vida diaria, como la flotabilidad de barcos y objetos sumergidos. Este enfoque ayudó a solidificar el entendimiento de los alumnos, mostrando la aplicabilidad directa de los conceptos teóricos en contextos reales y prácticos.

Cierre

Finalmente, el profesor resalta la importancia del estudio de la hidrostática y del empuje, no solo como parte del currículo académico, sino como conocimientos fundamentales para diversas aplicaciones en ingeniería, física y muchas situaciones cotidianas que involucran el uso de fluidos. Esta comprensión no solo enriquece el aprendizaje de los alumnos, sino que también los prepara para comprender y enfrentar desafíos prácticos en el futuro.