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Ciencias Naturales, Fuerza y movimiento

4° Básico

¿Cómo debo investigar sobre las magnitudes de las fuerzas sobre los objetos flexibles y elásticos?

Los objetos pueden moverse al aplicarles una fuerza y ésta puede hacer que los objetos que están en movimiento se detengan o deformen, por tanto, una fuerza es el producto de la interacción entre dos cuerpos, provocando que un objeto se mueva, se detenga o se deforme. 

Para eso, nos debemos guiar por el método científico y los pasos de éste son los siguientes:

a)    Observación de la naturaleza o fenómeno.
b)    Formulación de un problema a través de una pregunta.
c)    Formulación de una posible respuesta o Hipótesis
d)    Experimentación
e)    Obtención de resultados
f)    Organización de la información
g)    Discusión sobre los resultados con otros compañeros y bibliografía
h)    Conclusión
i)    Presentación de un informe sobre la experiencia

¡Manos a la Obra!
Observación de la Naturaleza o fenómeno:
Los objetos pueden moverse al aplicarles una fuerza y ésta puede hacer que los objetos que están en movimiento se detengan o deformen, por tanto, una fuerza es el producto de la interacción entre dos cuerpos, provocando que un objeto se mueva, se detenga o se deforme.

Problema científico a estudiar:
¿Con qué magnitud de fuerza se puede deformar un cuerpo elástico y otro flexible?

Hipótesis:
Mientras más grande la fuerza que aplico sobre un objeto elástico y flexible, más se deforma.

Experimentación:
Materiales:
–    Dos elásticos de 10 milímetros de ancho y de un metro de largo
–    Un metro de pita plástica
–    Una huincha de medir
–    Un resorte pequeño de unos 5 a 10 centímetros de largo
–    Un terrón grande de barro y otro más pequeño
–    Una barra de plasticina
–    Diarios
–    Dos latas de bebidas vacías

Procedimiento Actividad 1

a) Se ordenan sobre la mesa el resorte, los terrones de barro, la plasticina, las latas y una hoja de diario.

b) Se toma el terrón pequeño de barro y se presionan con los dedos con poca fuerza, luego se debe presionar  fuertemente. Ahora se debe presionar fuertemente el terrón más grande. ¿Qué se observa?

c) Una de las latas se deja en el suelo y con el pie se presiona con una pequeña fuerza. Se hace el mismo procedimiento con la segunda lata, pero aplicando sobre ésta mayor fuerza ¿Qué diferencia se observa en las latas luego de haberle aplicado las fuerzas?

d) Tomamos con las manos una barra de plasticina, se aplasta y amasa. Luego hacemos una figura con ella. ¿Se puede volver a formar la barra?

e) Tomamos la hoja de diario, se arruga, se aprieta y se hace una bola o pelota con ella. ¿Puede quedar como antes el papel de diario?

f) Se mide la longitud del resorte, con los dedos índice y pulgar se toman los extremos del resorte y se aprieta, tratado de juntar los dedos con el resorte entre ellos. Luego, un compañero mide con una huincha la longitud del resorte en el momento de deformarlo.

Procedimiento Actividad 2
a) Se cortan dos pedazos de 1 metro de pitilla plástica, amarrar en los dos extremos a 3 diarios. (Figura 1)

b) Se amarra un elástico a la punta de la pitilla. Sin levantar se mide el largo del elástico con la huincha de medir. (Figura 2)

 

 

 

c) Se levanta este lote de diario unos 2 centímetros por sobre el suelo. Con la ayuda de un compañero se vuelve a medir en esta condición el largo del elástico. ¿Qué se observa?

 

 

 

d) Se vuelven a cortar 2 hilos de pitilla de 1 metro, se hace el mismo procedimiento de amarre a un lote de muchos diarios. (Figura 3)

e) Se vuelve amarrar un elástico a la pitilla, se mide el largo del elástico nuevamente.

f) Se vuelve a levantar el lote de diario y se mide la longitud del elástico (Figura 4).  ¿Qué diferencia existe en la longitud del elástico en este lote mayor de diarios que en el anterior?

Resultados Actividad 1
1. Al apretar o aplicar poca fuerza al terrón de barro pequeño, no cambia de forma, pero al aplicar más cantidad de fuerza cambia de forma permanentemente, ya que no puede volver a su estado original después de haber aplicado mucha fuerza. (Deformación permanente).

2. Para que el terrón de barro grande se deforme, se debe aplicar una magnitud mucho mayor de fuerza. Se observa una deformación permanente.

3. Al aplicar una pequeña fuerza de empuje hacia el suelo sobre la lata, esta se deforma, pero su deformación es menor en comparación a la lata que se le aplicó una mayor magnitud de fuerza contra el suelo, pues ésta última se deformó completamente. Ambas latas presentan una deformación permanente.

4. Para aplastar y cambiar de forma a la plasticina, se debe aplicar fuerza de menor magnitud que con los objetos anteriores. Se observa una deformación permanente.

5. Al hacer una pelota con la hoja de diario, se debe aplicar una fuerza de mayor magnitud ya que determinamos la forma que tendrá, es decir, modelamos el material. Para eso, aplicamos mucha fuerza al apretar la hoja. Si intentamos estirar el papel, este no vuelve a la forma original (estirada), ya que presenta una deformación permanente.

6. La longitud del resorte varía luego de aplicar una fuerza, mientras más fuerza se aplica al resorte se encoge más,  existiendo una mayor deformación de este material, por tanto, presenta una mayor capacidad de volver a la forma original, a diferencia de los otros materiales utilizados. La capacidad de deformación aumenta mientras aumente la masa de los diarios. Presenta una deformación momentánea

Organización de la información:
En el procedimiento 1, organizamos los materiales en una tabla en donde determinábamos lo que se observó, fuerzas aplicadas con diferentes magnitudes definidas en 4 intensidades, siendo mínima la magnitud 1 y máxima la 4, su capacidad de elasticidad, flexibilidad y tipo de deformación.

En el procedimiento 2, se organizó según el lote de diario, centímetros de estiramiento del elástico y  capacidad de deformación del elástico.

Discusiones:
La capacidad de deformación o cambio de forma dependerá del material u objeto al que se le aplica fuerza. Por ejemplo, cuando aplicamos fuerza sobre la plasticina esta hará que cambie de forma y no vuelva a su estado original ya que es un material plástico, es decir, se deforma al estirarlo, comprimirlo o retorcerlo pero no recupera su forma inicial. Pero, a diferencia de los terrones de barro y  al aplicarle una fuerza de menor longitud éste no pierde su forma original, pero al aplicarle una fuerza de gran magnitud este se rompe, perdiendo completamente su forma, ya que es un material rígido.

El elástico y resorte tienen la capacidad de deformarse en forma momentánea, ya que presenta la capacidad de elasticidad y el trabajo realizado en la aplicación de la fuerza para lograr su deformación, es menor que el hecho con los otros materiales que presentan una deformación permanente.

Entonces, la capacidad de deformación de un objeto cuerpo depende del material hecho de éste y la explicación de esto debe estar relacionado con las partículas u átomos que los componen.

Conclusión:
Los efectos de la fuerza sobre objetos o cuerpos es el movimiento, detención del movimiento y la deformación. En el presente trabajo se ha estudiado el cambio de forma de ciertos objetos al aplicarles fuerzas de diferentes magnitudes. Durante las clases, hemos aprendido que toda la materia está compuesta por átomos y éstos últimos pueden establecer fuerzas de atracción o repulsión entre ellos. Si nosotros aplicamos fuerzas de distintas magnitudes de tipo muscular sobre los objetos o materiales flexibles como papel o barro y en materiales elásticos como resortes se deformarán, algunos de forma permanente y otros en forma momentánea, dependiendo del tipo de material que esté constituido el objeto.

Si consideramos dos átomos unidos que conforman un material, entre ellos se establecen unas fuerzas de atracción y de repulsión que se compensa siempre que se mantenga entre ellos una distancia. Si sobre ellos se ejerce una presión o carga que tienda a aproximarlos la distancia entre sus átomos, como la fuerza aplicada al resorte, éste se acortará y se incrementara las fuerzas de repulsión. De la misma manera si los separamos al soltar el resorte, aumentarán las fuerzas de atracción, para mantener la distancia entre los átomos que los constituye. Si extrapolamos lo que sucede con dos átomos con lo que sucedería con el conjunto de átomos que forman un cuerpo, es fácil comprender que cuando se aplica una fuerza externa a un cuerpo, se crea en su interior una reacción que se le opone, denominada tensión, y un cambio de forma, denominado deformación.

Si clasificamos los objetos que trabajamos según el tipo de deformación que presentan ante una fuerza aplicada, el terrón de barro, la plasticina, el papel y las latas son objetos que sufren una deformación permanente, ya que no podrán recuperar el estado o forma original, en cambio el elástico y el resorte, son objetos que presentarán una deformación momentánea, porque después de retirar la fuerza que se aplica en ellos, volverán a recuperar la forma que inicialmente tenían.

La deformación también aparece al estirar o comprimir un resorte, ya que para hacerlo es necesario aplicar una fuerza opuesta a la que ejerce este cuerpo elástico y así lograr la deformación de éste. Por ejemplo, una persona estira la cuerda de un arco para lanzar una flecha deformándola. El trabajo mecánico consiste en deformar la cuerda, y como consecuencia ésta aumenta la energía potencial del receptor, que en este caso es la persona que desea lanzar la flecha. Cuando se utilizan ligas y resortes, su deformación es proporcional a la fuerza aplicada, es decir, a mayor fuerza mayor deformación.


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http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/mcientifico/index.htm

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