Fuerzas

• Consulte los preparativos generales en el capítulo “Organización del aula”.
• Lea la información de este proyecto para tener una idea adecuada de las tareas que hay que realizar.
• Defina la manera en la que desea introducir este proyecto: Use el vídeo suministrado del proyecto en el software WeDo 2.0 o use material de su propia elección.
• Determine el resultado final de este proyecto: los parámetros para presentar y elaborar el documento.
• Asegúrese de que el calendario permite cumplir las expectativas

Con el vídeo introductorio se pretende crear la atmósfera adecuada para repasar y debatir los siguientes conceptos con los estudiantes del proyecto.

Vídeo introductorio
Ha pasado muchísimo tiempo desde que el ser humano intentara mover objetos de gran tamaño por primera vez. Desde las civilizaciones antiguas hasta la edad moderna, el hombre ha usado una gran variedad de herramientas para aplicar presión o tracción a los objetos.

1. Si no consigue aplicar tracción a un objeto, es porque se le está aplicando tracción con una fuerza igual o mayor en la dirección opuesta.
2. Cuando un objeto empieza a moverse, significa que hay una fuerza mayor en la dirección del movimiento.
3. La fricción juega un papel importante en este sistema en la Tierra.
4. Resultará más fácil tirar del mismo peso sobre una superficie con menos fricción que sobre una superficie más rugosa.

Este tema sobre fuerza y movimiento lo exploró y analizó en detalle Isaac Newton en el siglo XVII. Las leyes de la física que definió Newton las experimentamos día tras día.

Preguntas de debate

1. Indica varias maneras de hacer que un objeto se mueva. Para hacer que se mueva, tire de él, empújelo o, hablando en términos más generales, aplíquele una fuerza.
2. Explica en qué consiste la fricción. ¿Resulta más fácil tirar de un objeto sobre una superficie normal que sobre una superficie resbaladiza? Esta pregunta hace referencia a la fricción. Resulta más fácil mover un objeto sobre una superficie resbaladiza que sobre una rugosa. En función de la masa del objeto en cuestión, puede resultar también más difícil mover el objeto sobre una superficie resbaladiza, ya que hay menos puntos de agarre para empujar o tirar.
3. Predice lo que ocurrirá si la fuerza de tracción es mayor en una dirección que en la otra. Esta respuesta deberá basarse en las predicciones iniciales de los estudiantes. Esto significa que, llegados a este punto, las respuestas de los estudiantes pueden ser incorrectas. Siguiendo la lección, los estudiantes deberán ser capaces de hablar del hecho de que el movimiento del objeto se produce en la dirección en la que se esté aplicando la fuerza de presión o tracción mayor.
4. ¿Puedes deducir la relación que existe entre las fuerzas equilibradas y la capacidad que tienen los objetos para moverse? Las fuerzas no equilibradas pueden provocar un cambio en el movimiento de un objeto (aceleración, ralentización, etc.).

Haga que los estudiantes recopilen sus respuestas con texto o imágenes en la herramienta de documentación

Construir y programar un robot de tracción
Los estudiantes crearán un robot de tracción siguiendo las instrucciones de construcción. Este robot de tracción tirará de algunos objetos colocados en su cesta. Esta investigación puede realizarse sobre varios tipos de superficie, como madera o una alfombra. Use la misma superficie durante todo el proyecto.

1. Construir un robot de tracción.
El módulo de balanceo empleado en el proyecto usa un engranaje cónico. Este engranaje cambia el eje de rotación de vertical a horizontal, con lo que el movimiento se transmite del motor a las ruedas. La cesta contiene algunos ladrillos deslizantes para reducir la fricción

2. Programar el robot para que ejecute la tracción.
Este programa mostrará los números 3, 2, 1 antes de que el motor se encienda durante 2 segundos con una potencia de 10.

Sugerencia
Antes de que los estudiantes inicien su investigación, haga que cambien los parámetros del programa de modo que comprendan completamente su funcionamiento.

Probar el robot de tracción
Con este modelo, los estudiantes deberán poder llevar a cabo una investigación sobre las fuerzas de tracción.

1. Investigue añadiendo objetos pequeños, primero, y luego objetos pesados a la cesta hasta que el dispositivo deje de moverse.
Harán falta unos 300 g sobre una superficie normal para detener el movimiento del robot de tracción. Los estudiantes pueden usar cualquier objeto, si bien cada uno de los objetos no deberá ser demasiado pesado, ya que el objetivo de este parte es precisamente alcanzar el equilibrio. Llegados a este punto, los estudiantes tendrán ante sí lo que se conoce como fuerzas equilibradas. Puede usar una flecha para simbolizar la dirección de la fuerza.

También puede usar los neumáticos pequeños como objetos para colocar en la cesta. Estos provocarán un aumento de la fricción en la cesta.

2. Con la misma cantidad de ladrillos, coloque los neumáticos grandes en el modelo y haga la prueba para ver qué ocurre.
Los estudiantes le colocarán neumáticos al robot de tracción. Esto provocará que la fricción entre las ruedas y la superficie sea mayor en el robot de tracción, con lo que aumentará la fuerza de tracción en esa misma dirección. El sistema quedará de repente desequilibrado.

Esta evidencia respalda la idea de que, cuando la fuerza de tracción es mayor que las fuerzas que se oponen a esta, los objetos se mueven.

3. Encuentre el objeto más pesado del que podrá tirar con el modelo equipado con los neumáticos.
Este último paso dependerá de la fricción de la superficie con la que están trabajando los estudiantes.

Seguir investigando
Use la sección “Seguir investigando” del proyecto del estudiante como ampliación opcional. Tenga en cuenta que estas tareas son una ampliación de las de la sección “Investigar” y que están pensadas para los estudiantes más avanzados o de mayor edad.

El robot de tracción con el que están trabajando los estudiantes usa un mecanismo de engranaje cónico para cambiar la dirección de rotación del motor. No aumenta en gran medida la fuerza del movimiento.

1. Construir un robot de tracción distinto.
Deje que los estudiantes exploren nuevos diseños de máquina de tracción. Deje que construyan su propio modelo, realicen las mismas pruebas que con el robot de tracción original y comparen los hallazgos de ambas investigaciones. La biblioteca de diseños le servirá de inspiración. Busque en ella.

Sugerencia de colaboración
Identificar la máquina más fuerte de la clase Cuando crea que todos los equipos han terminado las pruebas, organice una competición con el juego de tirar de la cuerda:

• Forme dos equipos.
• Conecte los robots espalda con espalda por medio de una cadena LEGO^®.
• Haga que los equipos pongan las mismas cantidades de peso, y masa, en la cesta antes de la competición.
• Haga que, cuando usted dé la señal, arranquen sus motores, de modo que los robots empiecen a alejarse uno del otro. ¿Qué robot es el más fuerte?

Completar el documento
Haga que los estudiantes documenten su proyecto de distintas maneras. Estas son algunas sugerencias:

• Pídales que tomen una captura de pantalla de sus resultados.
• Haga que comparen estas imágenes con las de la vida real.
• Invite a los estudiantes a grabar un vídeo de ellos mismos en el que describan su proyecto a la clase.

Sugerencias
Los estudiantes pueden recopilar los datos en forma de gráfico o en una hoja de cálculo.
Los estudiantes pueden también crear un gráfico con los resultados de sus pruebas.

Presentar los resultados
Al final del proyecto, los estudiantes deberán presentar el resultado de su investigación.

Para mejorar la presentación de los estudiantes:

• Asegúrese de que los estudiantes usan términos como fuerza equilibrada, fuerza no equilibrada, presión, tracción, fricción o peso.
• Pídales que usen flechas para representar las fuerzas.
• Pídales que pongan su explicación en contexto.
• Pídales que analicen sus proyectos en relación con situaciones de la vida real en las que hayan observado la presencia de fuerzas equilibradas y no equilibradas.
• Hable de la conexión que existe entre sus hallazgos y estas situaciones concretas.

Se recomienda empezar con este proyecto.

Para asegurarse el éxito, considere la posibilidad de ofrecer más orientación en la construcción y programación como, por ejemplo:
• Explicar el uso de los motores.
• Explicar cadenas sencillas del programa.
• Explicar cómo llevar a cabo la investigación.
• Definir los factores en los que centrar la atención, como las fuerzas de tracción o fricción.

Asimismo, explíqueles con detalle cómo quiere que presenten y documenten sus hallazgos (considere, por ejemplo, la opción de organizar una sesión para compartir recursos entre los equipos).

Seguir investigando
Como reto añadido, reserve un tiempo adicional para experimentar con el diseño, la construcción y la programación que han creado los estudiantes. Esto les permitirá explorar las otras leyes de presión y tracción.
Asimismo, para seguir investigando, pida a los estudiantes que comparen la fuerza de sus robots colocándolos en un juego de tirar de la cuerda. ¿Listos para pasar un buen rato?

Ideas equivocadas por parte de los estudiantes
Es muy probable que los estudiantes crean que si un objeto no se mueve es porque no hay ninguna fuerza que actúe sobre este. Un buen ejemplo a considerar es cuando se intenta mover un coche con el freno de mano puesto. Como el coche no se mueve, los estudiantes piensan que no hay implicada ninguna fuerza, cuando sí la hay. Desde el punto de vista científico, se entiende que trabajan diversas fuerzas equilibradas.