Fuerza y aceleración * 16/07/96 Nivel 5 Unidad: Fuerza y movimiento.

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1 Fuerza y aceleración * 16/07/96 Nivel 5 Unidad: Fuerza y movimiento.
Aprendizaje esperado: Explicar que los cambios de rapidez y dirección en el movimiento de los cuerpos son producidos por fuerzas. Indicador de evaluación: 23. Muestran, en casos concretos, que los cambios de reposo a movimiento rectilíneo o acelerado, de movimiento rectilíneo a acelerado y viceversa, y de movimiento a reposo son causados por la acción de fuerzas. *

2 Objetivo Comprender que el cambio de rapidez de un móvil es consecuencia de una fuerza que actúa sobre él. Nivel 5 Aprendizaje esperado: Explicar que los cambios de rapidez y dirección en el movimiento de los cuerpos son producidos por fuerzas. Indicador de evaluación: 23. Muestran, en casos concretos, que los cambios de reposo a movimiento rectilíneo o acelerado, de movimiento rectilíneo a acelerado y viceversa, y de movimiento a reposo son causados por la acción de fuerzas.

3 Preguntas previas ¿Cuándo un móvil está acelerando?
¿Qué debe ocurrir en un móvil para que su rapidez se modifique? Una fuerza puede deformar un objeto, ¿qué otro efecto puede provocarle? Un móvil acelera cuando su rapidez cambia a través del tiempo. Para que la rapidez de un móvil se modifique hay que acelerarlo o frenarlo. Ambas acciones se consiguen como consecuencia de una fuerza. Una fuerza puede provocar dos efectos sobre un cuerpo: Una deformación. Un cambio de rapidez. También pueden ocurrir los dos efectos al mismo tiempo.

4 ¿Cómo se inicia un movimiento?
3 1 En la fotografía 1, la jugadora de billar pone en movimiento una bola al darle un golpe con el taco. En el fútbol, una pelota se pone en movimiento al patearla. Como ocurre en un tiro libre por ejemplo. La arquera Denisse van Lamoen, destacada arquera chilena, para lanzar una flecha debe tensar la cuerda que la sujeta. La cuerda, al ser soltada, empuja la flecha que se dirige al blanco. ¿Qué tienen en común todas las situaciones descritas?: Una fuerza. Un golpe es una fuerza. Patear una pelota es darle un golpe. Empujar es una acción donde hay presente una fuerza. Entonces, una fuerza es la responsable del inicio del movimiento de un objeto. Iniciado el movimiento el objeto podrá aumentar aún más su rapidez o bien mantenerla constante. 2

5 ¿Cómo se detiene un objeto?
6 Si un objeto se está moviendo con cierta rapidez, ¿cómo es posible detenerlo? Un arquero para atajar la pelota la debe atrapar con las manos y sujetarla para impedir que se le caiga. Un automóvil al sufrir un accidente y chocar con un obstáculo se detiene bruscamente. En el juego del rugby es común la jugada conocida como “tackle”, fotografía 6, que consiste en atajar al jugador que lleva el balón. En los tres casos mostrados respectivamente en las fotografías 4, 5 y 6 se tiene como algo común la aplicación de una fuerza. El arquero al atajar la pelota debe ejercer, sobre ella, una fuerza en contra de la dirección en que se mueve. Un choque es una acción en que los objetos que chocan se ejercen una fuerza entre sí. El sujetar algo es una forma de ejercer una fuerza. 4 5

6 ¿Cómo se cambia la trayectoria de un objeto en movimiento?
9 En las fotografías se muestran tres acciones en donde un objeto, una pelota, cambia la trayectoria que tenía. ¿Qué hay de común en todos los casos? Una fuerza. La pelota de fútbol es empujada de un lado a otro, cambiando la trayectoria, a través de golpes que el jugador le propina con el pié. En el caso del voleibol ocurre algo similar, solo que el golpe lo ejecuta un jugador con una de sus manos. En el tenis el golpe lo realiza el jugador a través de una raqueta. 7 8

7 ¿Qué provoca un cambio de rapidez de un objeto en movimiento?
11 10 En las fotografías se representan situaciones donde hay un objeto que modifica su rapidez. El paracaidista cae libremente y acelera aumentando su rapidez, pero hay un momento en que abre el paracaídas y su rapidez disminuye notablemente. ¿Qué ocurre? El paracaídas frena la caída del paracaidista, y lo que ocurre es que al abrirse el paracaídas aumenta el roce con el aire. El roce es un tipo de fuerza que siempre se opone al movimiento. El caballo que un jinete intenta dominar realiza distintos movimientos, unos más rápidos y otros más lentos, a veces gira y otras veces no. En cada acción la rapidez del caballo se modifica y para ello ejerce fuerzas en distintas direcciones, y como resultado el caballo, junto al jinete que lo monta, cambia varias veces su rapidez. Los ciclistas cuando están llegando a la meta realizan lo que se denomina “sprint”, ello consiste en acelerar al máximo posible sus bicicletas. Con ello aumentan la rapidez con que se mueven y tienen más opciones de ganar una competencia. En la acción que permite el aumento de rapidez, el ciclista pedalea con mayor intensidad. O sea, en el sprint el ciclista ejerce una mayor fuerza en los pedales. En todos los casos que se presentan los cambios de rapidez ocurren por la acción de una fuerza. Y, en todos los casos el objeto acelera. 12

8 La variación de rapidez en el vehículo.
¿Cómo logra un vehículo cambiar su rapidez? Cuando el conductor desea que su vehículo aumente su rapidez, lo que hace es presionar el pedal del acelerador, con ello consigue que se accione un mecanismo en el motor y éste ejerce una fuerza motriz sobre las ruedas y así se produce el aumento de la rapidez. De nuevo está presente una fuerza como responsable de la variación de la rapidez de un móvil. Entonces, la consecuencia de la fuerza sobre el vehículo es el cambio de rapidez de él, lo que significa que el vehículo acelera. 14 13

9 Dirección de una fuerza y aumento de rapidez.
Si se desea que un objeto aumente su rapidez, ¿hacia dónde debe dirigirse la fuerza que provoca el cambio de la rapidez? La flecha que lanza el arquero es “empujada” por la cuerda que está en su parte posterior. Y la empuja en la misma dirección en que la fecha aumenta su rapidez. La pelota de golf, según lo muestra la fotografía, recibe una fuerza que la pone en movimiento. La fuerza que le aumenta la rapidez tiene la misma dirección del movimiento de la pelota de golf. Es decir. Cuando un objeto aumenta su rapidez, la fuerza que provoca dicho aumento se dirige en la misma dirección del movimiento del objeto. 16 15

10 Fuerza y aumento de rapidez
Dirección del movimiento Fuerza El aumento de rapidez de un objeto se debe al efecto de una fuerza que actúa sobre él, en la misma dirección de su movimiento.

11 Dirección de una fuerza y disminución de rapidez.
Si se desea disminuir la rapidez de un objeto, ¿hacia dónde hay que aplicarle una fuerza? En la fotografía 17 se observa al transbordador Discovery en el momento de uno de sus aterrizajes. Se observa que en su parte trasera lleva conectado un “paracaídas”. La función de este dispositivo es aumentar el roce, con el aire, que tiene el transbordador. En la otra fotografía, 18, se muestra un freno de bicicleta. Cuando éste se acciona, la rueda de la bicicleta gira más lentamente y trae como consecuencia el que la bicicleta disminuya su rapidez. El freno, de cualquier vehículo, permite ejercer una fuerza que se opone a su movimiento. Y su acción es en contra de la dirección del movimiento, por lo tanto la fuerza que disminuye la rapidez de un vehículo tiene una dirección opuesta al movimiento de él. Cuando un vehículo disminuye su rapidez su valor está cambiando, por lo tanto el vehículo está acelerando, pero a este tipo de aceleración se le llama comúnmente desaceleración. 18 17

12 Fuerza y disminución de rapidez
Dirección del movimiento Fuerza La fuerza que provoca la disminución de la rapidez de un vehículo actúa en dirección opuesta a la del movimiento del vehículo.

13 Resumen Cambio de trayectoria de un objeto: es causada por la acción de una fuerza que actúa sobre el objeto. Aumento de la rapidez de un objeto: es causada por la acción de una fuerza en la dirección del movimiento del objeto. Disminución de la rapidez de un objeto: es causada por la acción de una fuerza que actúa en dirección contraria a la dirección del movimiento del objeto. Preguntas: 1.- En un partido de fútbol los jugadores cambian constantemente la trayectoria de la pelota. ¿Qué provoca los diferentes cambios de trayectoria que ocurren en ese juego? 2.- Un niño tira de un auto de juguete a través de una cuerda. a) ¿Ejerce la cuerda alguna fuerza sobre el auto? 3.- El arquero al atajar una pelota le disminuye su rapidez hasta detenerla, ¿cómo es la fuerza que ejerce el arquero sobre la pelota?

14 Dos preguntas para finalizar
Un niño patea una pelota a ras de piso y se detiene luego de recorrer algunos metros. ¿Por qué se detiene la pelota? Si la pelota se detiene debido a la acción de una fuerza, ¿qué fuerza es esa? Un automovilista se desplaza por una carretera, horizontal, con una rapidez constante, ¿por qué debe llevar presionado el acelerador para que ello sea posible? 1.- La pelota disminuye su rapidez mientras se rueda por el suelo y finalmente se detiene debido al roce que le afecta al estar en contacto con el suelo. 2.- Si el automovilista no presionara el acelerador no podría mantener la rapidez constante en el vehículo, su rapidez disminuiría y eventualmente podría detenerse. Esto es porque hay una fuerza de roce que el piso y el aire ejercen sobre el automóvil. El conductor acelera permitiendo que el motor del vehículo accione una fuerza sobre él en la medida justa para anular el efecto del roce.

15 Fuente de las imágenes: http://commons.wikimedia.org
Imágenes prediseñadas de Office© Todas las imágenes bajo licencia common creatives. Bibliografía Mineduc (2010). Programa de estudios, Ciencias Naturales, 5° básico. Web de referencia: 1.- 2.- 3.- (la información contenida en esta dirección es para el lector avezado).