QUINTO Grado - Unidad 6 - Sesión 13 Experimentamos cómo se transforman diferentes formas de energía en energía mecánica ¿Sabemos cómo se transforman las formas de energía en energía mecánica? Conocer y familiarizarse con la energía, manipularla y controlarla a voluntad ha sido siempre una aspiración de la humanidad a lo largo de la historia. Hoy, se conocen muchas formas en las que se manifiesta la energía, la mayoría de ellas se han logrado manipular y por tanto usar cotidianamente. Es importante que nuestros estudiantes comprendan qué es la energía, cómo esta toma diferentes formas y cómo puede transformarse de una forma en otra. Por eso, en esta sesión experimentarán con algunas formas de energía para obtener energía mecánica. Antes de la sesión Revisa el planeamiento y la secuencia de esta sesión. Reúne los materiales necesarios para que los equipos puedan experimentar con la energía. Materiales o recursos a utilizar Un carrito a pilas. Pilas para el carrito. Un imán. Clips. Vela y fósforos. Botecito pop-pop (construido en la sesión 11). Objetos diversos (piedras, bolitas, etc.). Cuaderno de experiencias y lapiceros. 122 Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 13 Área curricular de Ciencia y Ambiente Competencia(s), capacidad(es) e indicador(es) a trabajar en la sesión COMPETENCIAS CAPACIDADES Indaga mediante métodos científicos situaciones que pueden ser investigadas por la ciencia. Problematiza situaciones. INDICADORES Formula preguntas que involucran los factores observables, medibles y específicos seleccionados, que podrían afectar un hecho o fenómeno. Formula una hipótesis, considerando la relación entre la variable que va a modificar (independiente), seleccionada por el docente, y la que va a medir (dependiente). Momentos de la sesión 1. INICIO En grupo clase 10 minutos Saluda a los estudiantes y recuerda junto con ellos que en la sesión anterior se estudió el tema de los combustibles como fuente de energía. A continuación, invítalos a vivir una nueva experiencia para conocer más sobre la energía. Esta vez, diles que experimentarán sobre las transformaciones de la energía, ¡las cuales son asombrosas! Así que conocerán más sobre ellas, pues ya saben que la energía siempre está presente en las actividades de la vida cotidiana, como caminar, correr, cocinar, hacer funcionar un televisor o un auto, etc. En pequeños grupos Organiza a los estudiantes en pequeños grupos y preséntales una situación de manipulación de diversos materiales; puede ser un carrito, un imán, clips, una bolita, entre otros. Dales las siguientes indicaciones: • Coloca el carrito sobre la mesa, luego empújalo. ¿Qué sucedió? • Coloca un clip sobre la mesa, luego desliza el imán sobre la mesa en dirección al clip. ¿Qué sucedió? • Sostén una bolita a cierta altura y luego suéltala. ¿Qué sucedió? 123 Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 13 2. DESARROLLO 70 minutos Planteamiento del problema En grupo clase Después de efectuar las experiencias, los grupos de estudiantes intercambian ideas y plantean sus preguntas en relación con lo observado en el experimento. Comenta que, en todos los casos, “algo” hizo que los objetos se movieran. Motívalos a que dialoguen sobre lo ocurrido. Promueve su interés para que formulen preguntas. Si las ideas no se encaminan por la vía esperada, ayúdalos con las siguientes interrogantes: • ¿Qué pasó con el carrito? • ¿Qué ocurrió con el clip? • ¿Qué sucedió con la bolita? Haz notar lo siguiente: en todos estos casos, los objetos se movieron. Aclara que un objeto se mueve cuando posee energía mecánica; entonces, el carrito en movimiento, el clip en movimiento y la bolita en movimiento tienen energía mecánica. Formula la siguiente pregunta: ¿de dónde obtuvieron estos objetos la energía para moverse? Escucha qué contestan los estudiantes. Toma nota de las respuestas sin afirmarlas o rechazarlas. Tal vez alguna de ellas coincida con las ideas que siguen. En todo caso, invita a la reflexión a partir de las siguientes preguntas: ¿no será que nuestra energía la pasamos al carrito para que tenga energía mecánica y se mueva?; y el imán… ¿tendrá energía?; sí así fuera, ¿habrá pasado algo de su energía al clip para que tenga energía mecánica y se mueva?; ¿y en el caso de la bolita…? Con estas ideas en mente, plantéales la siguiente pregunta de investigación: ¿Cómo podemos transformar diferentes formas de energía en energía mecánica? Planteamiento de hipótesis En grupos pequeños Pide a los grupos que propongan sus hipótesis (posibles respuestas a la pregunta de indagación). Para ello, cada estudiante movilizará sus conocimientos previos. 124 Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 13 Pídeles que lleguen a un acuerdo sobre las hipótesis formuladas. Cuando lo hayan hecho, solicita que identifiquen cuáles son los factores o variables que se van a manipular (variable independiente); asimismo, cuál es el efecto que se va a observar (variable dependiente). Plantea esta pregunta: ¿qué pondrán a prueba y cuál será el efecto? El cuadro siguiente les ayudará a responderla: Variable Descripción ¿Qué cambiarán o manipularán? (Variable independiente) Una forma de energía (calórica, eléctrica, luminosa, magnética) ¿Qué ha de mantenerse igual? Los materiales empleados ¿Cuál deberá ser el producto final? (Variable dependiente) Transformación en energía mecánica (movimiento de un objeto) ¿Cómo evidenciarán la transformación? Por el movimiento que se realice. Elaboración del plan de indagación En grupos clase Pide a los grupos que respondan en su cuaderno de experiencias las siguientes preguntas: ¿cómo piensan probar su hipótesis?, ¿qué procedimientos realizarán?, ¿qué materiales van a necesitar? De esta manera, los llevarás a especificar qué pasos van a considerar en su experimentación. Juntos efectúen un análisis de lo ocurrido con el carrito, el clip y la bolita. Recuérdales lo dicho anteriormente: mientras se mueven, los objetos tienen una forma de energía mecánica. Continúa con una pregunta más simple: ¿es posible que los objetos se muevan al aplicar en ellos alguna forma de energía? En la siguiente tabla, analiza con los estudiantes lo ocurrido: Forma de energía utilizada (variable independiente) Efecto (variable dependiente) Energía química (nuestra energía) El carrito se movió. Interpretación La energía química se transformó en energía mecánica, movimiento. Energía magnética del imán El clip se movió. La energía magnética del imán se transformó en energía mecánica (movimiento del clip). Energía gravitatoria La energía gravitatoria se transformó en energía mecánica (la bolita se movió hacia la Tierra). La bolita cayó. 125 Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 13 Muestra los siguientes gráficos para que los observen, con el fin de que les sirva de punto de partida en la realización de nuevos experimentos. Elabora con ellos un resumen. De este modo recordarán que la energía siempre se encuentra en estos experimentos. Así: • Cuando ejercimos fuerza en el carrito, una parte de nuestra energía química se transformó en energía mecánica en el carrito, lo que hizo que se moviera. • Cuando la fuerza del imán atrajo al clip, una parte de la energía magnética del imán se transformó en energía mecánica para que se moviera. • Cuando la Tierra atrajo la bolita y la hizo caer, un poco de la energía gravitatoria de la Tierra se transformó en energía mecánica en la bolita y la movió. Puedes introducir un nuevo concepto: la forma de energía mecánica que tienen los cuerpos en movimiento se denomina energía cinética. En grupos pequeños Enseguida, pide que revisen el mapa conceptual de las formas de energía, que está en la página 176 de su texto Ciencia y Ambiente, y que se pregunten a continuación: ¿a partir de alguna de estas formas de energía se puede obtener energía mecánica? FORMAS DE ENERGÍA Electricidad Magnetísmo debida a se manifiesta en Cargas eléctricas en movimiento Imanes Luz sus propiedades generadas en Pilas Baterias 126 Reflexión Refracción Hidroeléctricas Sonido cualidades Tono Timbre Intensidad Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 13 Con tu orientación, los estudiantes podrán plantear diversos procedimientos; por ejemplo: • Transformar la energía calórica en energía mecánica. Esto quiere decir que el calor causa el movimiento de un objeto. • Transformar la energía eléctrica en energía mecánica. En otras palabras, la electricidad permite el movimiento del objeto. • Transformar la energía luminosa en energía mecánica. Es decir, que la luz hace posible que el objeto se mueva. • Transformar la energía magnética en energía mecánica. Esto es, que un imán dé movimiento a un objeto. En las imágenes se representan algunas de dichas posibilidades. Transformación de energía calórica en mecánica Transformación de energía eléctrica en mecánica Transformación de energía luminosa en eléctrica y ésta en energía mecánica Como parte de su experiencia, pueden usar algún objeto de sus experimentos anteriores; por ejemplo, el botecito pop-pop. Observa las imágenes que te pueden servir de referencia para efectuar los experimentos, así como las que no se puedan plasmar en la realidad debido a la falta de recursos económicos. En grupos clase Seguidamente, y a partir de sus diseños, los estudiantes trabajan en la pizarra una tabla similar a la que desarrollaron antes. Luego proceden a completarla todos juntos. Forma de energía utilizada (variable independiente) Transformación de energía magnética en energía mecánica Efecto (variable dependiente) Energía calórica Energía eléctrica Energía solar Energía magnética Energía química 127 Interpretación Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 13 Análisis de resultados y comparación de las hipótesis Formula la siguiente pregunta con el objetivo de que los estudiantes puedan obtener datos durante el proceso de experimentación: ¿en qué tipo de cuadro anotarán lo que han observado? Los estudiantes decidirán, a medida que realizan la experimentación, el tipo de tabla y de gráfico que van a usar. Los grupos realizan las experiencias (según los recursos con que se cuente) de acuerdo con sus diseños y completan los cuadros de datos en función de sus variables seleccionadas. Recuérdales que todo debe ser anotado en su cuaderno de experiencias. A partir de los datos recogidos, pide a los estudiantes que analicen los cuadros y elaboren gráficas, esquemas o dibujos en los que muestren sus resultados y busquen tendencias o comportamientos entre las variables estudiadas. Por ejemplo: Deben contrastar y complementar sus resultados con los obtenidos por otros grupos. COMBUSTIBLE VAPOR ENERGÍA CALÓRICA AIRE AGUA COMBUSTIBLE (VELA) CALDERA ENERGÍA MECÁNICA VAPORIZADOR Pide a los grupos que presenten los datos y la información que han recogido en los experimentos. Acompáñalos mientras realizan sus comparaciones, cuantificaciones, lectura de tablas y gráficos, y el establecimiento de relaciones de orden y de magnitud. Lo anterior los lleva a extraer sus primeras conclusiones: • La energía calórica se puede transformar en energía mecánica. • La energía eléctrica se puede transformar en energía mecánica. • La energía luminosa se puede transformar en energía mecánica. • La energía magnética se puede transformar en energía mecánica. Posteriormente, de manera colectiva, y con tu guía, lleguen a la siguiente conclusión: diversas formas de energía se pueden transformar en energía mecánica. Invítalos a buscar información sobre la utilización de las transformaciones de las formas de energía para el funcionamiento mecánico de equipos y artefactos empleados en la vida cotidiana. Así, validan sus resultados con la información que obtienen. 128 Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 13 Seguidamente, solicita que retomen la hipótesis inicial para que establezcan una relación con los resultados y la información obtenida. Estructuración del saber construido como respuesta al problema Haz un breve resumen con la participación de tus estudiantes: • La energía se puede definir como la capacidad para transformar, poner en movimiento, trabajar u obrar. Por tanto: • La energía es medible y cuantificable. Se mide con una unidad denominada julio. • La energía puede transformarse de una forma en otra. • La energía mecánica, generalmente, se manifiesta en movimiento realizado por el objeto que la posee. • Las diversas formas de energía (calórica, eléctrica, magnética, gravitatoria, solar, química) se pueden transformar en energía mecánica, pero algunas son más eficientes y más fáciles de transformar que otras. Evaluación y Comunicación En grupos clase Cada representante de los equipos lee y justifica sus conclusiones. 3. CIERRE (valoración del aprendizaje) 10 minutos Al final de la indagación, solicita que respondan qué forma de energía se transforma en energía mecánica en los siguientes casos: un automóvil que circula por la carretera, un ventilador en funcionamiento, un molino de viento, una carreta tirada por caballos. Además, propón las siguientes preguntas con el fin de que compartan sus reflexiones: ¿pueden sugerir otros procesos que permitan obtener resultados más confiables?, ¿pueden decir qué se podría hacer para que la indagación sea mejor?, ¿sus resultados pueden ser aplicados en otras indagaciones o solo son válidos para este caso? Tarea a trabajar en casa Solicita a los grupos que elaboren un tríptico en el que incluyan los siguientes datos: una forma de energía, la manera en que esta se transforma en energía mecánica, la facilidad con que se puede transformar y el costo que puede tener dicha transformación. 129
