Área: Ciencias Naturales

Unidad: Dinámicas de los cuerpos rígidos.

Temas: La segunda ley de la naturaleza.

Grado: 10(decimo)

Esquema metodológico: Contenidos teóricos y experimentales. Explicitación de la segunda

ley de Newton y luego aplicarla desde la experimentación en practicas sencillas.

Titulo: Segunda ley de de Newton desde lo cualitativo y cuantitativo.

Objetivo general: Analizar la segunda ley de Newton a partir de su movimiento por efecto

de una o mas fuerzas.

Objetivo especifico: Explicar el concepto: Fuerza =Masa por Aceleración (F=m.a )

Competencias a desarrollar en el alumno:

a) Explicar fenómenos físicos.

b) Solucionar problemas sencillos de la de segunda ley de Newton.

c) Inferir conceptos a partir de la experimentación.

Introducción: La física es “todo”. Los cuerpos en la naturaleza no están

quietos, ellos tienen su propia dinámica porque hacen parte de un universo

en movimiento, por lo tanto si tomamos un contexto particular podemos

tomar la segunda ley de Newton para explicar quien causa el movimiento y

cuáles son los elementos que lo determinan. Aquí usamos las nuevas

herramientas metodológicas par lo teórico y experimental como las TIC.

Contenido de la clase:

Segunda Ley de Newton

Ahora podemos expresar en números la dependencia de la aceleración en la fuerza y la

masa. Lord Kelvin, un importante científico Británico en la época de la Reina Victoria, fue

citado diciendo alguna vez

"cuando usted mide lo que está hablando y lo expresa en números, sabe algo

acerca de eso, pero cuando no lo puede expresar en números, su conocimiento es

pobre e insatisfactorio... "

De acuerdo a la segunda ley de Newton, la aceleración de un objeto es proporcional a la

fuerza F actuando sobre ella e inversamente proporcional a su masa m. Expresando F en

newtons obtenemos a--para cualquier aceleración, no solamente para la caída libre--de la

siguiente forma

a = F/m (2)

Debemos notar que ambas a y F no solo tienen magnitudes, sino también direcciones--

ambas son cantidades vectoriales. El denotar vectores (en esta sección) mediante letras en

negritas, hace que la segunda ley de Newton sea leída adecuadamente:

a = F/m (3)

Esto expresa el enunciado anterior "se acelera en la dirección de la fuerza."

Muchos libros de texto escriben

F = ma (4)

pero la ecuación (3) es la manera en que se utiliza normalmente--F y m son las entradas, a

es el resultado. El ejemplo abajo debe de esclarecer esto.

Ejemplo: el cohete V–2

El cohete militar V–2, utilizado por Alemania en 1945, pesaba aproximadamente 12

toneladas (12,000 kg) cargado con combustible y solo 3 toneladas (3,000) vacío. Su motor

creaba un empuje de 240,000 N (newtons). Aproximando g a un valor de 10m/s2, ¿cuál era

la aceleración del V–2 (1) al despegar, (2) justo antes de terminarse el combustible?

Solución Haga que la dirección hacia arriba sea positiva, la dirección hacia abajo

negativa: utilizando esta convención, podremos trabajar con números en lugar de vectores.

Al despegar, dos fuerzas actúan sobre el cohete: un empuje de +240,000 N, y el peso del

cohete cargado, mg =–120,000 N (¡si el empuje fuera menor a 120,000 N, el cohete nunca

se levantaría!). La fuerza total hacia arriba es por lo tanto

F = + 240,000 N – 120,000 N = +120,000 N,

y la aceleración inicial, de acuerdo a la segunda ley de Newton, es

a = F/m = +120,000 N/12,000 kg = 10 m/s2 = 1 g

Asi, el cohete comienza a elevarse con la misma aceleración que una piedra al comenzar a

caer. Al irse consumiendo el combustible, la masa m decrece pero la fuerza no, así que

esperamos que a se haga aún más grande. Al acabarse el combustible, mg = –30,000 N y

tenemos

F = + 240,000 N – 30,000 N = +210,000 N,

dando

a = F/m = +210,000 N/3,000 kg = 70 m/s2 = 7 g

El hecho que la aceleración se incremente al irse quemando el combustible es

particularmente importante durante los vuelos espaciales tripulados, cunado la carga

incluye a astronautas vivientes. Al darle al cuerpo de un astronuata una aceleración de 7 g,

este experimentará una fuerza de hasta 8 veces su peso (¡la gravedad aún contribuye!),

creando una tensión excesiva (3–4 g es probablemente el límite sin trajes especiales). Es

difícil controlar el empuje de un cohete, pero un cohete de varias etapas puede desprender

la primera etapa antes de que a se haga demasiado grande, y continuar con un motor más

pequeño. De lo contrario, tal y como ocurre con el transbordador espacial y el cohete Atlas

original, algunos motores de cohetes se apagan o desprenden, mientras que los otros

continúan operando.

http://www.youtube.com/watch?v=4Z8tPy2nhys

Estrategias metodológicas: Recurrimos a la explicación teórica,

presentación de videos, realización de experimentos, solución de

problemas y evaluación.

APOYO TIC PARA EL TEMA ESPECIFICANDO ADEMAS LAS HERRAMIENTAS

TECNOLOGICAS QUE SE UTILIZARAN, LA FORMA DE HACERLE SEGUIMIENTO Y

SU PROCESO DE EVALUACIÓN: Utilización del blog, con la presentación de videos,

realización de laboratorios y entrega de informes.

Evaluación: Taller y cuestionario