Plan de Clase | Metodología Activa | Trabajo: Peso

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 definición de objetivos sirve para establecer claramente lo que los alumnos deben ser capaces de hacer al final de la clase, enfocándose en las competencias clave que son necesarias para comprender y aplicar el concepto de trabajo de la fuerza peso. Este enfoque orienta tanto el proceso de enseñanza como de aprendizaje, garantizando que todos los esfuerzos estén alineados con metas específicas y medibles.

Objetivos Principales:

1. Capacitar a los alumnos a calcular el trabajo de la fuerza peso, utilizando la fórmula τ = mgh, donde 'm' es la masa del objeto, 'g' es la aceleración debida a la gravedad y 'h' es la variación de altura.

2. Desarrollar habilidades de aplicación de conceptos físicos en situaciones prácticas, a través de ejemplos y ejercicios que involucren el cálculo del trabajo en contextos reales e hipotéticos.

Objetivos Secundarios:

1. Incentivar el razonamiento crítico y la resolución de problemas mediante el análisis de situaciones complejas que involucren el cálculo de trabajo de la fuerza peso.

Introducción

Duración: (15 - 20 minutos)

La introducción sirve para enganchar a los alumnos con situaciones que estimulen la aplicación práctica del concepto de trabajo de la fuerza peso, utilizando problemas basados en contextos reales y cotidianos. Además, la contextualización busca conectar el tema con el mundo real, aumentando el interés y la relevancia del estudio para los alumnos, mostrando que lo que están aprendiendo tiene aplicaciones directas y significativas en sus vidas y futuras carreras.

Situaciones Basadas en Problemas

1. Imagina un ascensor que transporta una carga de 500 kg del piso cero al 10º piso, que tiene una altura de 45 metros. Si la aceleración debida a la gravedad es aproximadamente 9,8 m/s², ¿cómo podemos calcular el trabajo realizado por la fuerza peso durante esta operación?

2. Considera un alpinista que lleva una mochila con 15 kg de equipos y sube una montaña de 2000 metros de altura. La aceleración debida a la gravedad en el lugar es 10 m/s². ¿Cuál es el trabajo total realizado contra la fuerza peso para alcanzar la cima?

Contextualización

El concepto de trabajo de la fuerza peso es esencial no solo en la física, sino también en diversas situaciones prácticas del día a día, como en el transporte de cargas, la construcción de edificios y hasta en actividades deportivas. Saber calcular y entender el impacto de la fuerza peso es crucial para ingenieros, arquitectos y hasta para quienes practican deportes de montaña. Además, curiosidades como el hecho de que el trabajo realizado por la fuerza peso es independiente de la trayectoria, solo de la variación de altura, añaden una capa de fascinación y relevancia al tema.

Desarrollo

Duración: (65 - 75 minutos)

La etapa de desarrollo está diseñada para permitir que los alumnos apliquen de forma práctica y contextualizada el concepto de trabajo de la fuerza peso, utilizando metodología de aula invertida. Al trabajar en grupos para resolver problemas complejos en situaciones que simulan desafíos reales, los alumnos desarrollan habilidades de cálculo, análisis crítico y comunicación. Este enfoque no solo refuerza el aprendizaje teórico, sino que también promueve el trabajo en equipo y la resolución de problemas, preparando a los alumnos para situaciones reales y futuras profesiones donde se requiere la comprensión de la física.

Sugerencias de Actividades

Se recomienda realizar solo una de las actividades sugeridas

Actividad 1 - Misión Gravitacional: El Rescate de los Astronautas

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Aplicar el concepto de trabajo de la fuerza peso en un escenario realista y complejo, desarrollando habilidades de cálculo y presentación.

- Descripción: Los alumnos son designados para una misión simulada donde deben rescatar astronautas de una estación espacial en órbita terrestre. La estación está fallando y los astronautas necesitan ser traídos de vuelta a la Tierra. Cada grupo recibe datos como la masa de los astronautas, la altura de la órbita y la aceleración gravitacional, y debe calcular el trabajo necesario para traer a los astronautas de vuelta, considerando la resistencia atmosférica y la variación de altura.

- Instrucciones:

• Divida la clase en grupos de hasta 5 alumnos.

• Distribuya los datos de la misión para cada grupo.

• Oriente a los alumnos a calcular el trabajo de la fuerza peso para traer a los astronautas de vuelta, considerando variaciones de altura durante la reentrada.

• Solicite que preparen una presentación explicando el proceso de cálculo y los resultados obtenidos.

• Realice una discusión en clase sobre las diferentes abordajes y resultados de los grupos.

Actividad 2 - Desafío de los Ingenieros: Ascensores Eficientes

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Desarrollar habilidades de aplicación de conceptos físicos en ingeniería y arquitectura, promoviendo el trabajo en equipo y la resolución de problemas complejos.

- Descripción: En este escenario, los alumnos son desafiados a diseñar un sistema de ascensores para un edificio de 100 pisos, considerando eficiencia energética y seguridad. Necesitan calcular el trabajo realizado por la fuerza peso al mover los ascensores en diferentes condiciones de carga y distancia recorrida.

- Instrucciones:

• Forme grupos de hasta 5 alumnos.

• Presente el desafío de diseñar un sistema de ascensores eficiente y seguro.

• Proporcione datos como la gravedad local, la masa media de las personas y la altura del edificio.

• Oriente a los alumnos a calcular el trabajo de la fuerza peso para diferentes escenarios de uso de los ascensores.

• Pida que cada grupo presente su proyecto y los cálculos realizados.

Actividad 3 - Olimpíadas de Física: Salto con Pértiga

> Duración: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Utilizar el concepto de trabajo de la fuerza peso para entender y analizar el rendimiento deportivo, promoviendo la aplicación práctica de la física en un contexto deportivo.

- Descripción: Los alumnos participarán en una competencia simulada de salto con pértiga, donde deben calcular el trabajo de la fuerza peso para diferentes atletas, considerando sus masas, alturas y la técnica de salto. El objetivo es determinar qué atleta realiza más trabajo en un salto específico y discutir las implicaciones prácticas de estos cálculos en el rendimiento del atleta.

- Instrucciones:

• Divida la clase en grupos de hasta 5 alumnos.

• Explique las reglas y criterios de evaluación para la competencia de salto con pértiga.

• Distribuya datos ficticios de atletas, incluyendo masas, alturas y rendimiento en el salto.

• Oriente a los alumnos a calcular el trabajo de la fuerza peso para cada atleta y comparar los resultados.

• Realice la competencia y una discusión final sobre los cálculos y el rendimiento de los atletas.

Retroalimentación

Duración: (15 - 20 minutos)

La finalidad de esta etapa es consolidar el aprendizaje, permitiendo que los alumnos articulen y reflexionen sobre lo que aprendieron durante las actividades prácticas. La discusión en grupo ayuda a aclarar dudas, compartir diferentes enfoques y reforzar la comprensión del concepto de trabajo de la fuerza peso. Además, esta etapa promueve habilidades de comunicación y pensamiento crítico, esenciales para la aplicación de conocimientos físicos en contextos variados.

Discusión en Grupo

Después de la conclusión de las actividades prácticas, organice una gran discusión en grupo con todos los alumnos. Inicie la discusión con una breve introducción, destacando la importancia de compartir descubrimientos y estrategias entre los grupos. Utilice algunas preguntas guía para iniciar el diálogo, como '¿Cuáles fueron los mayores desafíos enfrentados al calcular el trabajo de la fuerza peso en las actividades?' o '¿Cómo aplicarían lo que aprendieron sobre el trabajo de la fuerza peso en situaciones cotidianas?'. Anime a cada grupo a presentar brevemente sus descubrimientos y conclusiones.

Preguntas Clave

1. ¿Cuáles son las principales diferencias entre calcular el trabajo de la fuerza peso en situaciones teóricas y en situaciones prácticas como las que simulamos?

2. ¿Cómo influye la variación de altura en el trabajo de la fuerza peso en diferentes contextos que exploramos en las actividades?

3. ¿Hubo alguna sorpresa o descubrimiento inesperado al realizar los cálculos o simulaciones? ¿Cómo altera esto su comprensión del concepto?

Conclusión

Duración: (5 - 10 minutos)

La finalidad de la etapa de Conclusión es garantizar que los alumnos tengan una visión clara y consolidada del contenido aprendido, además de entender la aplicabilidad de los conceptos en situaciones reales. Esta recapitulación ayuda a reforzar el aprendizaje y a preparar a los alumnos para usar estas habilidades en contextos futuros, mientras que la discusión sobre la interconexión entre teoría y práctica busca profundizar la comprensión y el compromiso de los alumnos con el contenido.

Resumen

En la conclusión, el profesor debe resumir los principales puntos abordados sobre el Trabajo de la Fuerza Peso, reforzando la fórmula τ = mgh y cómo se aplica para calcular el trabajo en diversas situaciones. Es esencial recapitular los ejemplos prácticos utilizados durante la clase, como el rescate de los astronautas y el diseño de ascensores, para garantizar que los alumnos tengan una comprensión clara y consolidada del tema.

Conexión con la Teoría

Explique cómo la clase de hoy conectó la teoría con la práctica, destacando cómo los cálculos y simulaciones realizados reflejan situaciones reales y cotidianas. Muestre cómo la aplicación del concepto de trabajo de la fuerza peso en actividades prácticas, como el rescate de astronautas y el diseño de ascensores, ilustra la relevancia de la física en el mundo real y en futuras carreras de los alumnos.

Cierre

Por último, destaque la importancia del estudio del Trabajo de la Fuerza Peso, explicando cómo este concepto es fundamental para diversas áreas, desde la ingeniería y arquitectura hasta el deporte y la vida cotidiana. Enfatice cómo la comprensión de estos principios físicos puede ayudar a los alumnos a resolver problemas complejos e innovar en sus futuras profesiones.