Contextualización

La fuerza elástica es un tipo de fuerza restauradora que aparece cuando un objeto es deformado por la acción de una fuerza externa y busca retornar a su forma original una vez que esta fuerza externa es retirada. Si alguna vez has estirado un resorte o un elástico, cargado un arco o una ballesta, o incluso presionado una pelota de goma, entonces ya has experimentado la fuerza elástica.

Según la Ley de Hooke, en muchos materiales, la longitud de la deformación es directamente proporcional a la fuerza aplicada. Es decir, cuanto más se estire o comprima un resorte, un elástico o cualquier cuerpo elástico, mayor será la fuerza elástica ejercida por él. El trabajo realizado por la fuerza elástica es la energía almacenada en el cuerpo que está siendo deformado. Esta energía se llama energía potencial elástica.

La fuerza elástica es una parte vital de muchos sistemas y fenómenos naturales y artificiales: es responsable de mantener la forma de las células vivas, es la fuerza que permite que los saltadores de bungee jump regresen de manera segura, y es la fuerza que hace funcionar los relojes de cuerda. En este proyecto, exploraremos más a fondo la naturaleza del trabajo de la fuerza elástica y comprenderemos mejor el papel que desempeña en nuestro mundo.

La fuerza elástica tiene una amplia gama de aplicaciones, desde la estructura molecular de materiales hasta la ingeniería y el diseño de máquinas y edificios. En el campo de la medicina, por ejemplo, la fuerza elástica de las arterias y venas ayuda a mantener la presión sanguínea y el flujo sanguíneo. En la ingeniería civil, la fuerza elástica es crucial en el diseño de estructuras que pueden soportar las fuerzas del viento y los terremotos. En resumen, una comprensión sólida del trabajo de la fuerza elástica es fundamental para una amplia variedad de disciplinas.

Para explorar este concepto en mayor profundidad, sugerimos los siguientes recursos:

• Trabajo de la Fuerza Elástica - Mundo Educación
• Fuerza Elástica y Ley de Hooke - Brasil Escuela
• Fuerza Elástica y Materiales - Sólo Física

Actividad Práctica

Título: Diseño y Pruebas de Catapultas: Una Exploración de la Fuerza Elástica

Objetivo del Proyecto

Este proyecto tiene como objetivo ofrecer a los alumnos una experiencia práctica de cómo el trabajo de la fuerza elástica juega un papel crucial en el funcionamiento de las catapultas, una invención que se remonta a la antigüedad y que utiliza la energía potencial almacenada en una fuente elástica para lanzar proyectiles a largas distancias. Además, se desafiará a los alumnos a concebir, construir y probar sus propios modelos de catapultas, brindándoles la oportunidad de aplicar muchos de los conceptos aprendidos en el aula y de ver de primera mano cómo la teoría se traduce en la práctica.

Descripción Detallada del Proyecto

La construcción del modelo de catapulta se dividirá en varias etapas: concepción, diseño, construcción, prueba y optimización. Los alumnos deberán cooperar y colaborar a lo largo del proyecto, aplicando sus habilidades de resolución de problemas, comunicación y gestión del tiempo.

El proyecto abordará diversos temas, incluyendo la Ley de Hooke, la fuerza elástica, el trabajo de la fuerza elástica, la energía potencial elástica y la física del movimiento de proyectiles. Además, el proyecto tendrá un importante componente interdisciplinario, ya que implicará conceptos de geometría, dibujo técnico, ingeniería de materiales, historia e incluso de escritura e investigación.

Materiales Necesarios

• Palitos de madera
• Elásticos
• Pegamento
• Mini malvaviscos o pequeñas bolas de papel
• Regla
• Proyector (para dibujo técnico)
• Papel milimetrado
• Lápices y bolígrafos
• Computadoras con acceso a Internet para investigación y escritura

Paso a Paso Detallado para la Realización de la Actividad

1. Investigación y Concepción de la Catapulta: Cada grupo deberá investigar diseños diferentes de catapultas, aprender sobre su historia y el funcionamiento del principio de lanzamiento de proyectiles utilizando fuerza elástica. Luego, cada grupo concebirá su diseño de catapulta, presentándolo en un dibujo técnico detallado, utilizando conceptos de geometría y medidas.

2. Construcción de la Catapulta: Utilizando los materiales proporcionados y siguiendo el diseño que han concebido, los alumnos construirán su modelo de catapulta.

3. Prueba de la Catapulta: Cada grupo probará su catapulta, registrando los resultados en términos de distancia, precisión y consistencia para diferentes fuerzas aplicadas (por ejemplo, diferentes grados de estiramiento de los elásticos).

4. Optimización de la Catapulta: Basándose en los resultados de la prueba, cada grupo podrá realizar cambios y mejoras en su diseño y construcción de la catapulta, antes de realizar un segundo ciclo de pruebas.

5. Informe del Proyecto: Después de completar la parte práctica del proyecto, cada grupo deberá trabajar juntos para escribir un informe detallado del proyecto. El informe debe incluir: una introducción contextualizando el tema y el proyecto; el desarrollo detallando la teoría de la fuerza elástica, el diseño y la construcción de la catapulta, y la metodología de las pruebas; un conjunto de conclusiones extraídas del proyecto; y una lista de referencias de todos los materiales consultados.

Entregables del Proyecto

Cada grupo deberá producir los siguientes entregables:

• Dibujos técnicos de la catapulta diseñada.
• El modelo físico de la catapulta.
• Informe del proyecto, que debe incluir:
  • Introducción: Contextualizando el tema y el objetivo del proyecto.
  • Desarrollo: Detallando la teoría de la fuerza elástica, el diseño y la construcción de la catapulta, así como la metodología y los resultados de las pruebas.
  • Conclusiones: Explicando los aprendizajes obtenidos, las conclusiones extraídas sobre el proyecto y cómo se relacionan con la teoría de la fuerza elástica estudiada en el aula.
  • Bibliografía: Indicando todas las fuentes consultadas durante el proyecto.

Al redactar el informe, los alumnos deben asegurarse de que están comunicando de manera clara y efectiva, representando gráficamente los resultados de las pruebas cuando sea apropiado y explicando cómo validan o desafían la teoría estudiada. El informe deberá estar escrito en un lenguaje claro y preciso, con énfasis en la coherencia y el uso correcto de los conceptos físicos.