Guía profesor Dinámica III

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Clase: Dinámica III: momentum e impulso
Estimado profesor:
La siguiente actividad es una propuesta para abordar esta clase, que no cuenta con el recurso
PPT. Usted podrá utilizarla o, si lo prefiere, abordar los contenidos mediante otra actividad que
usted mismo diseñe y considere adecuada.
En cualquier caso, recuerde siempre basar la clase en el diálogo con sus alumnos y construir
cada concepto en conjunto con ellos.
Tiempo estimado: 5 minutos
En esta clase se espera que los alumnos logren:
•
•
•
•
Reconocer los conceptos de momentum lineal e impulso.
Reconocer fenómenos cotidianos que se asocian a los conceptos de momentum e impulso.
Aplicar el principio de conservación del momentum a la resolución de problemas de choques.
Aplicar los conceptos vistos a la solución de problemas.
Materiales
Para el desarrollo de esta actividad usted debe contar con:
•
Video “El cañón de Gauss”, contenido en la carpeta de la clase. También puede acceder a él
siguiendo el link: https://www.youtube.com/watch?v=ak1MPV9e47U, que lo llevará al video
Gauss Rifle.
•
Lámina PPT de apoyo, cargada en la Intranet del profesor.
Para comenzar, comente que los conceptos de la clase se encuentran entre las páginas 75 - 79
del libro de Física. Posteriormente introduzca a los alumnos el tema con alguna breve actividad
de motivación; por ejemplo, podría comenzar comentando: En física buscamos comprender los
fenómenos naturales y modelarlos matemáticamente, para luego predecir el comportamiento de
los objetos y el efecto de las interacciones entre ellos. Así, por ejemplo, al estudiar la Cinemática
hemos logrado describir el movimiento de los cuerpos y “predecir” su posición o su velocidad en
un instante cualquiera. Pero, ¿cómo podemos estudiar una colisión? ¿Podemos “predecir” las
características que tendrá el movimiento de un cuerpo, después de chocar con otro? ¿Cómo
se puede averiguar la masa o la velocidad a la que se desplazaba un móvil antes de colisionar?
¿Puede el estudio de las colisiones permitirnos comprender otros fenómenos o situaciones?
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Guía para el profesor - Física
Inicio
Desarrollo
Nombre de la actividad: El cañón de Gauss.
Tiempo estimado: 15 minutos
La actividad se basa en la observación de un video que muestra un dispositivo denominado “Cañón
de Gauss”. Se trata de un sencillo acelerador magnético, que utiliza la fuerza de atracción de algunos
imanes (de Neodimio, por ser suficientemente poderosos) y la conservación del momentum lineal para
transmitir el movimiento entre varias bolas de acero.
Ahora, lo invitamos a ver el video adjunto.
Cómo pudo observar, un pequeño impulso inicial sobre la bola de acero termina generando una reacción
en cadena que logra acelerar la última bola del conjunto, que sale disparada con una velocidad final
importante. Pero, ¿qué sucedió?
El secreto está en la atracción que ejercen los imanes sobre la bola de acero que se desplaza. Si
bien el primer impulso dado por la persona a la bola es pequeño, al acercarse al imán este la acelera,
aumentando su velocidad. Al chocar con el conjunto imán-bolas, la primera bola transmite el movimiento
a la última y, siendo de igual masa, la velocidad con la que sale disparada esta última es igual a aquella
que traía la primera. De esta forma, la bola en movimiento es acelerada cada vez por un imán y logra
alcanzar una velocidad importante al final del recorrido. Ingenioso, ¿no?
Ahora, invite a sus alumnos a ver con atención el video. Explicite que su duración es breve, de solo un
minuto y que se trata de un “cañón magnético”, llamado Cañón de Gauss. Haga una breve descripción
de los elementos de los que se encuentra constituido el cañón. Tenga precaución de no comentarles
detalles de su funcionamiento y pídales que observen bien el efecto que se produce en este “acelerador
magnético” de partículas.
Ver video
Ahora, podría preguntar algo como: ¿cómo se puede comprender lo que sucede en este cañón
magnético? ¿Cómo un pequeño empujón inicial a la primera bola logra que la última salga disparada
a gran velocidad? Podría continuar con: Ahora, los invito a que juntos averigüemos cómo es que este
“cañón” funciona.
Podría proseguir con: Para comenzar, ¿qué es lo que hace la persona para iniciar el disparo de este
cañón? La idea es que ellos reconozcan que la persona da un “empujón” inicial a la bola 1. Entonces,
pregunte si alguien puede definir lo que es un “empujón”. Recuerde que si los alumnos no logran
aproximarse a la respuesta que usted desea, siempre puede guiarlos hacia ella.
Aparecerá entonces el concepto de fuerza aplicada por un determinado tiempo, por lo que podrá
comenzar definiendo el concepto de impulso (proyecte la lámina PPT con el diagrama 1).
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Luego, indique que uno de los “secretos” de este cañón radica en que la bola 1 (la primera bola del
conjunto) es “acelerada” antes de chocar con el resto de las bolas de acero. Entonces, pida a los alumnos
que expliquen cómo creen ellos que el sistema logra acelerar la bola, antes de que colisione con las
demás. Esto le permitirá repasar y aplicar la segunda ley de Newton con la clase, de manera que los
alumnos comprendan cómo la fuerza magnética del imán sobre la bola logra acelerarla, aumentando
su velocidad justo antes de chocar (haga clic sobre el mouse para que aparezca el diagrama 2 en la
lámina PPT y la fuerza aplicada sobre la bola).
Ahora, podría terminar comentando: de esta forma, las bolas en movimiento son aceleradas por cada
imán, haciendo que su velocidad aumente en cada tramo del recorrido.
Continúe preguntando lo siguiente: Pero, una vez que la primera bola es acelerada, ¿cómo logra
“traspasar su movimiento” a la última bola del grupo, cuando choca con ellas? ¿Cómo podríamos
cuantificar esa “cantidad de movimiento” que posee la primera bola antes de chocar y que logra transmitir
a la última bola? En las respuestas podrá aparecer el concepto de “momentum”. Si es así, pida a los
alumnos que definan su significado y su forma matemática. De lo contrario, defínalo usted mismo.
Recuerde explicitar que se trata de una magnitud vectorial y las unidades en las cuales se expresa.
Inmediatamente después, podría preguntar: ¿Y qué relación existirá entre el momentum lineal y el
impulso? Si nadie logra responder, explicite las relaciones
I = Δp = pf - pi
I = m ∙ (vf - vi)
entre ambos conceptos. Es conveniente que evite mayores demostraciones matemáticas para no
alargar demasiado la explicación.
Ahora, podría continuar de la siguiente forma: …pero volvamos al cañón de Gauss; una vez que la
primera bola es acelerada, ¿qué sucede al chocar con las demás bolas en reposo? Para responder
esta pregunta, volvamos a la lámina del PPT. Haga clic sobre el mouse para que aparezca el diagrama
3, en donde se muestra que la velocidad de la última bola, después del choque, es igual a la que
tenía la primera bola justo antes de chocar. Pregunte ahora: …considerando que las masas de las
bolas son iguales, ¿cómo es el momentum de la primera bola antes del choque comparado con el de
la última bola, después del choque? Los alumnos podrán deducir que son iguales, lo que le permitirá
mostrar que, en ausencia de fuerzas externas, el momentum o cantidad de movimiento en un sistema
se conserva.
Ahora, podría proseguir con: Es así como la primera bola logra traspasar su cantidad de movimiento
a la última, ya que el momentum lineal de la primera bola antes de chocar es igual al momentum de
la última bola después del choque. Prosiga haciendo dos clics sobre el mouse, con lo que aparecerán
las relaciones matemáticas que le permitirán generalizar los resultados y formalizar el “principio de
conservación del momentum lineal de un sistema”. Podría terminar diciendo: Por último, podemos
generalizar este resultado y decir que, en ausencia de fuerzas externas, en un choque o una explosión
→
→
siempre se cumple que Σ pi = Σ pf , lo cual se denomina “principio de conservación del momentum
lineal”.
Finalmente, defina en forma breve los tipos de choques: elásticos, inelásticos y plásticos.
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Para terminar esta parte, haga un breve resumen de los conceptos vistos haciendo, por ejemplo, un
mapa conceptual como el siguiente:
De la forma en que se ha planteado la actividad, las preguntas que usted haga serán el medio que
llevará a los alumnos hacia la propia construcción de los conceptos, necesarios para el desarrollo de la
clase y la posterior ejercitación.
Por este motivo, el tipo de preguntas y el momento en que las haga son de capital importancia, por lo
que debe preparar con cuidado y antelación su clase.
Por último, recuerde que puede utilizar otros elementos como esquemas, punteos, etc, para sintetizar
y resumir los conceptos vistos.
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Ejercitación
Trabajo personal con la guía
Tiempo estimado: 40 minutos
Una vez terminada la construcción de los conceptos, los alumnos deben trabajar en los ejercicios de
su Guía práctica.
Durante este tiempo de trabajo usted debe asistir de manera individual a los alumnos, resolviendo
dudas que advierta en su desplazamiento constante por la sala de clases.
El tiempo ideal asignado para la resolución de ejercicios es de 40 minutos (2,0 minutos por ejercicio).
En este tiempo el alumno debe responder, idealmente, 20 ejercicios de la guía.
Sin embargo, como sabemos, el tiempo real que pueda destinar a la ejercitación con cada curso
dependerá de múltiples factores, por lo que usted deberá, en función del tiempo del que disponga,
seleccionar un número de ejercicios adecuado que estime conveniente que los alumnos alcancen a
desarrollar en la clase para afianzar los conceptos vistos.
Resolución de ejercicios por parte del profesor
Tiempo asignado: 15 minutos
En la corrección, usted deberá seleccionar aquellos ejercicios de mayor complejidad para los alumnos
o bien aquellos que ellos soliciten corregir (por razones de tiempo, posiblemente no alcanzará a corregir
más de 3 o 4).
La corrección implica que usted, necesariamente: lea el enunciado de la pregunta, indicando la dificultad
y elementos claves para buscar la respuesta; realice un análisis de distractores; descarte distractores
más alejados y seleccione aquellos más potentes (2); explicite el argumento que permite la selección
de la alternativa correcta.
Cierre
Tiempo estimado: 5 minutos
Antes de terminar, es muy importante que realice una breve síntesis con los conceptos centrales de
la clase. También es importante que enfatice en la utilización del libro de texto como apoyo para la
comprensión y profundización de los contenidos vistos.
Recuerde a los alumnos preparar su próxima clase, haciendo hincapié en la importancia que reviste
este hecho debido a la gran cantidad de contenidos que se deben abordar en cada sesión.
Este material se encuentra protegido por el Registro de Propiedad intelectual.
Prohibida su reproducción total o parcial.
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