ACTIVIDADES Y SUGERENCIAS DIDÁCTICAS
Invitar a los alumnos a observar la ilustración que abre la unidad y a identificar en ella algunas máquinas. Cuando mencionen la polea, hacerles notar que el funcionamiento de nuestras modernas grúas se basa en el mismo principio que la polea empleada por Arquímedes.
Explicar a los niños que aunque solemos entender por máquinas mecanismos y aparatos complejos, las máquinas simples se encuentran en la base de todos ellos. Por ejemplo, casi todas las máquinas poseen ruedas y engranajes basados en la rueda, una máquina simple.
Invitar a los alumnos a observar su entorno e identificar en él la presencia de las máquinas simples. Los rebajes de los bordillos de las aceras o las rampas que se sitúan junto a las escaleras de algunos edificios son máquinas. Preguntarles cuál creen es su utilidad.
En esta unidad los alumnos van a conocer tan solo la polea y no el polipasto, es decir, la combinación de poleas. Si se cree conveniente comentarles que la polea sirve para cambiar el sentido de la fuerza que se ejerce, pero que para reducir la fuerza que se necesita es necesario emplear una combinación de ellas.
Arquímedes de Siracusa (c. 287 a. C. – c. 212 a. C.). Comentar que Arquímedes ha pasado a la historia de la ciencia como uno de los más grandes inventores de todos los tiempos. Además de inventor, fue un eminente matemático, ingeniero, físico y astrónomo.
Arquímedes vivía en Siracusa y se saben pocos detalles de su vida. Fue quien explicó por primera vez los principios de la palanca de manera científica y el inventor del polipasto, la combinación de poleas que permite ahorrar esfuerzos y elevar grandes pesos. Sin embargo, él mismo consideraba que su mayor hallazgo matemático era el haber probado que el volumen y el área de la esfera son dos tercios de los del cilindro, incluyendo sus bases.
Entre los inventos más ingeniosos de Arquímedes se encuentra el tornillo sin fin. Fue diseñado para extraer el agua de la sentina del mayor barco de la flota de la ciudad de Siracusa, una nave capaz de llevar a bordo hasta seiscientos tripulantes. Este mecanismo se utiliza todavía hoy para extraer carbón, cereales y también líquidos de sus depósitos desde alturas más bajas hasta sus canales de irrigación. Consiste en una hoja con forma de tornillo que se inserta dentro de un cilindro y que gira constantemente y se basa en el principio de la hélice.
Antes de comenzar la lectura de los epígrafes de las páginas 90 y 91, asegurarse de que los alumnos recuerdan cómo actúan las fuerzas, por contacto y a distancia, poniendo algunos ejemplos. Si le es posible, hacerles ver cómo unos clips o cualquier otro objeto pequeño y metálico, se desplazan por la fuerza magnética de un imán sin que este los toque.
Como ejemplo gráfico de la fuerza de rozamiento sobre la velocidad de los cuerpos, poner a los alumnos el ejemplo del paracaídas, que debido al rozamiento con el aire es capaz de frenar la caída de los objetos.
Los niños pueden pensar que cuando un objeto se mueve es porque una fuerza actúa sobre él. Explicar que cuando un cuerpo se halla en movimiento su tendencia es permanecer en movimiento si nada lo detiene, y poner el ejemplo de una pastilla de hockey: la pastilla se desliza a mucha velocidad sobre el hielo, y si finalmente acaba deteniéndose es debido a la fuerza de rozamiento que ejerce el hielo.
Observando la ilustración 3, comentar que la única fuerza que actúa sobre el patinador es la de rozamiento, que hace que se ir deteniendo poco a poco.
Asegurarse de que los alumnos han comprendido el modo en que actúan algunas fuerzas mediante las siguientes preguntas: La fuerza de rozamiento, ¿actúa por contacto o a distancia? ¿Y la fuerza de la gravedad? ¿Por qué patinan los coches y otros vehículos sobre la calzada cuando ha llovido y el suelo está mojado?
Velocidad a pedales. Comentar que todos los objetos ofrecen resistencia al deslizamiento debido a la fuerza de rozamiento con el aire, con el suelo, etc. Las ruedas de una bicicleta rozan contra el pavimento y van frenando la velocidad a la que circulamos si dejamos de pedalear. Cuanto mayor es la superficie de rozamiento mayor es la fuerza que nos frena, por eso con los neumáticos bien hinchados se circula más deprisa: la superficie de contacto entre el neumático y el suelo es menor y la fuerza de rozamiento también lo es.
Por esta razón, pedalear nos cuesta menos esfuerzo con las ruedas bien hinchadas y lo mismo sucede con los coches: con los neumáticos correctamente hinchados consumen menos combustible.
Una forma de comprobarlo es descendiendo una colina o rampa con la bicicleta de las dos maneras, con los neumáticos a la presión adecuada y después con los neumáticos ligeramente desinflados.
Tomando el mismo impulso desde lo alto de la rampa, hay que anotar el punto donde se detiene el avance de la bicicleta. Podrán observar que con los neumáticos bien inflados la distancia recorrida es mayor.
Hacer que los alumnos se fijen con atención en las ilustraciones 1 y 2 de la página 92. Explicar que en la primera la fuerza de la gravedad actúa a favor del movimiento y hace que la pelota se acelere en su descenso, mientras que en el segundo dibujo la gravedad actúa frenando la ascensión de la pelota. Hacer notar a los niños que en el segundo intervalo se mueve menos que en el primero.
Al observar la ilustración 3 de la página 93, señalar el hecho de que la pelota no solo cambia de trayectoria y comienza a caer, sino que además comienza disminuyendo su velocidad hasta que empieza e caer; es decir, primero hace que aumente la velocidad y luego, al caer, hace que aumente de nuevo.
Tras la lectura de los tres epígrafes de esta doble página, invitar a los alumnos a elaborar un breve resumen de sus contenidos siguiendo las estrategias que aparecen en el Manual de ESTUDIO EFICAZ, páginas 14, 15 y 16.
El mundo que queremos. El cinturón es el elemento que mayor seguridad aporta a los usuarios en caso de accidente. Existen otros dispositivos, como los frenos ABS, el airbag o los reposacabezas, pero su efectividad está condicionada al uso correcto del cinturón. Cuando se produce una colisión, nuestro cuerpo se ve sometido a un enorme fuerza que lo empuja hacia delante. El cinturón impide que el pasajero salga despedido fuera del vehículo y evita en lo posible que se golpee contra el volante o el parabrisas. Su uso es obligatorio también en los asientos traseros.
Aviones de papel. Para realizar este experimento se necesitan diferentes clases de papel, tijeras, tiza, un metro para medir la distancia, unos cuantos clips y un cuaderno de notas.
Cortar trozos similares de papel y confeccionar con ellos aviones sencillos y que tengan el mismo diseño; todos los aviones deben ser iguales.
Después, lanzar los aviones intentando que vuelen paralelamente al suelo.
Una vez que aterricen, marcar con una tiza la distancia alcanzada por cada avión, medir y anotar en el cuaderno. Repetir la experiencia con los distintos tipos de avión al menos tres veces.
Colocar un clip en cada una de las alas de los aviones, volver a lanzar y a anotar el resultado.
Colocar un clip en la cola de los aviones y repetir de nuevo el lanzamiento.
Colocar un clip en el morro de los aviones y repetir de nuevo el lanzamiento.
Una vez anotados todos los resultados, preguntar a los alumnos: ¿Influye el tipo de papel en el vuelo? Si es así, ¿de qué manera? ¿De qué papel está hecho el avión que alcanzó una distancia mayor? ¿A qué creen que se debe? ¿Cómo afecta al vuelo de los aviones que se les pongan los clips? ¿Influye el lugar donde se les colocan?
Para empezar la página 94 invitar a los alumnos a identificar máquinas en su entorno más inmediato con preguntas como: ¿Es una máquina el sacapuntas? ¿Por qué? ¿Y el borrador de la pizarra? ¿Qué otras máquinas hay en este momento cerca de ti?
Algunos pueden confundir la dirección con el sentido a la hora de hablar de fuerzas y en concreto al hablar de la polea. Explicar que en general decimos que dos objetos se mueven en la misma dirección cuando se mueven en la misma dirección y sentido; por el contrario, decimos que se mueven en direcciones opuestas cuando se mueven en sentidos opuestos. Poner el ejemplo de dos coches que circulan por una misma vía.
Hacer que los alumnos observen las flechas que acompañan a las ilustraciones de esta doble página de forma que aprecien que no tienen la misma longitud. Preguntar qué creen que puede significa al tamaño de las diferentes flechas y explicar que simbolizan la cantidad de fuerza que se ejerce y la que se obtiene mediante el empleo de estas máquinas simples.
Verificar que recuerdan las principales máquinas simples y que son capaces de reconocerlas en los utensilios de su entorno.
Trabajar con las ilustraciones a lo largo de las páginas 94 y 95. En la n.º 4 se pueden observar tanto la fuerza aplicada en cada punto como el recorrido de cada brazo de la palanca. Realizar preguntas relacionadas con estos datos: ¿qué pasaría si ejerciéramos la fuerza más cerca del punto de apoyo? ¿Qué pasaría si el brazo de la palanca donde ejercemos la fuerza fuera más largo?
Observar el efecto de la fuerza de la gravedad Para observar cómo la gravedad actúa sobre los cuerpos basta con realizar un sencillo experimento.
Se necesita un cartón duro de unos 30 cm de largo por 10 de ancho, una goma elástica, un cordón de 25 cm de longitud, 3 clips, un vaso de cartón o de plástico, algunas canicas y un folio de papel milimetrado.
Para comenzar, hay que pegar el papel milimetrado sobre el cartón.
Después, colocar un clip en el borde superior el cartón y otro en el borde inferior.
Sujetar la goma de clip del borde superior; por el extremo libre de la goma introducir el tercer clip y atar el cordón.
Pasar la cuerda por el clip del borde inferior del cartón para evitar que se mueva.
Perforar el vaso cerca del borde superior y atarlo con la cuerda, de manera que quede suspendido de la gomita.
Colocar una canica dentro del vaso y registrar sobre el papel milimetrado la longitud que alcanza la goma. Ir añadiendo canicas de una en una, registrando el alargamiento de la goma.
Al acabar, preguntar a los alumnos: ¿Cómo se llama la fuerza ejercida por las canicas? ¿Qué efecto causa esa fuerza? ¿Qué relación existe entre la cantidad de canicas que ponemos en el vaso y el alargamiento de la goma?
Formas aerodinámicas. Señalar que la fuerza de rozamiento es la resistencia al avance que experimentan los cuerpos que se mueven a través del aire. La resistencia al avance puede reducirse significativamente empleando formas aerodinámicas ya que la forma de un objeto afecta enormemente a la resistencia al movimiento que ejerce el aire sobre él. Por ejemplo, una esfera o una superficie cuadrada obligan al aire a cambiar de dirección, con lo que frena al objeto, sin embargo pensemos en el perfile de las aves y sus líneas suaves y apuntadas. Un perfil aerodinámico apenas perturba el aire, por lo que opone una menor resistencia al avance.
Los coches de carrera son muy bajos con el fin de que el aire se desplace a gran velocidad por el estrecho espacio entre la carrocería y el suelo. Esto aprieta con fuerza al vehículo hacia abajo, lo que mejora el agarre. Estos coches también llevan en su parte trasera una pieza aerodinámica con forma de ala.
Recordar a los alumnos que existe la aerodinámica y también la hidrodinámica, cuando los cuerpos se desplazan dentro del agua o cualquier otro fluido, y pedirles que citen ejemplos de objetos y seres que tengan formas de este tipo.
La gravedad de los planetas del Sistema Solar. ¿Cómo de pesados nos sentiríamos si saliéramos a dar un paseo por la superficie de Venus o de Marte? Cada planeta de nuestro Sistema Solar posee una gravedad diferente dependiendo de su masa que debemos comparar con la de la Tierra para entender cómo de ligeros o pesados nos sentiríamos en ellos:
La gravedad en Mercurio es de 3,70 metros/seg2.
La gravedad en Venus es de 8,87 metros/seg2.
La gravedad en la Tierra es de 9,80 metros/seg2.
La gravedad en Marte es de 3,71 metros/seg2.
La gravedad en Júpiter es la mayor, 23,12 metros/seg2.
La gravedad en Saturno es de 8,96 metros/seg2.
La gravedad en Urano es de 8,69 metros/seg2.
La gravedad en Neptuno es de 11 metros/seg2.
Programa de ESTUDIO EFICAZ. Al terminar la unidad, completar con los alumnos o pedirles que completen una tabla como esta:
UNIDAD 7: Las fuerzas y el movimiento
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Lo que he aprendido…
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Lo que he aprendido a hacer…
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El movimiento y la velocidad
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La fuerza de la gravedad y el movimiento
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Las máquinas simples
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Actividades específicas para desarrollar otras competencias básicas:
Competencia social y ciudadana
Aprovechar la lectura inicial para hablar de las máquinas que se empleaban en la antigüedad, como los molinos, los carros, los barcos, el arado… Invitarlos a redactar un breve informe sobre ellas, con qué tipos de energía se movían o cuál era la utilidad de estas máquinas.
Competencia matemática
Proponer a los alumnos calcular la velocidad a la que caminan. Para ello deben elegir un recorrido cuya longitud conozcan con exactitud (como la pista polideportiva del centro), caminar a velocidad normal durante 10 minutos y multiplicar por 6 el espacio que hayan recorrido para saber el espacio que recorrerían en una hora.
Competencia lingüística
Pedir a los alumnos que escriban una redacción en la que empleen los nombres de los operadores y máquinas que han conocido las páginas 94 y 95. El tema de su redacción debe ser el mundo del futuro, un mundo en el que las máquinas hayan suplantado totalmente al hombre de todos sus trabajos. ¿En qué emplearían las personas su tiempo en un mundo así?
Conocimiento e interacción con el mundo físico
Con frecuencia las máquinas simples forman parte junto con otros operadores y mecanismos de máquinas complejas que utilizamos de forma habitual. Los alumnos deben ser capaces de reconocerlas en esos objetos. Es sencillo identificar ruedas o planos inclinados formando parte de gran cantidad de aparatos, pero quizá suponga una dificultad mayor encontrar y reconocer los distintos tipos de palancas. Proponer a los alumnos que analicen diversos objetos y que señalen en ellos qué máquinas simples reconocen y si se trata de palancas, en qué puntos se ejerce la fuerza y dónde está el punto de apoyo:
Un abrelatas, una catapulta, unas tenazas, una cascanueces, una carretilla, unas pinzas, una grapadora, una grúa, un cortaúñas, una abrebotellas…
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