SECUENCIA DIDÁCTICA

¿Cómo es el movimiento de los cuerpos que caen? I. REFERENTE PROGRAMÁTICO

Bloque I. El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza Tema 2. El trabajo de Galileo: una aportación importante para la ciencia Subtema 2.1 ¿Cómo es el movimiento de los cuerpos que caen? • Experiencias alrededor de la caída libre de objetos • La descripción del movimiento de caída libre según Aristóteles. La hipótesis de Galileo. Los experimentos de Galileo y la representación gráfica posición-tiempo. • Las aportaciones de Galileo: una forma diferente de pensar. Aprendizajes esperados: • Aplica las formas de descripción y representación del movimiento, analizadas anteriormente para describir el movimiento de caída libre . • Contrasta las explicaciones del movimiento de caída libre propuesta por Aristóteles con las de Galileo. • Valora la aportación de Galileo como uno de los factores que originaron una nueva forma de construir y validar el conocimiento científico basado en la experimentación y la reflexión de los resultados. • Analiza la importancia de la sistematización de datos como herramienta para la descripción y predicción del movimiento. Identificación de contenidos: Conceptuales, con negritas Procedimentales, subrayado Actitudinales, con marcatexto II. ANTECEDENTES/IDEAS PREVIAS Es importante considerar las ideas de los alumnos con respecto a la caída libre de los objetos, por lo que en la secuencia se propone explorarlas y permitir a los alumnos su explicitación, así como partir de éstas para proponer estrategias didácticas que promuevan el análisis de su validez. Las ideas previas consideradas en esta secuencia didáctica son: - La caída de un objeto se hace a velocidad constante.(Driver, Rosalind y otros, Dando sentido a la ciencia en secundaria. Investigaciones sobre las ideas de los niños, BAM, México, SEP /Visor, 2000, p. 212.) - Un objeto más pesado cae más rápido que otro ligero. Por otra parte, los aprendizajes esperados correspondientes al subtema 1.2 ¿Cómo describimos el movimiento de los objetos? del bloque I, son antecedentes, ya que refieren elementos para la descripción del movimiento que se emplearán en esta secuencia.

II. ESTRUCTRURA DE LA SECUENCIA

Momento

INICIO .

Propósitos Nivel

Actividades

-Dar a conocer el tema de la secuencia a los alumnos. -Promover la explicitación de las ideas de los estudiantes acerca de la caída libre de objetos e identificar los conceptos y formas de representación que utilizan para describir el movimiento.

Actividad 1. ¿Cuál llega primero? -Presentación y comentario del tema. -Planteamiento de situaciones de caída libre de objetos de diferente forma y peso; discusión con los alumnos acerca del objeto que suponen llegará primero al suelo. - Realización de experimentos para corroborar las suposiciones de los alumnos con respecto a la caída libre de objetos, considerando cuerpos de diferente peso y forma. Actividad 2 Una antigua explicación. - Análisis de las ideas de Aristóteles, con base en los resultados obtenidos en experimentos. (

Nivel cualitativo -Analizar las explicaciones de Aristóteles y de Galileo; confrontarlas con las ideas de los alumnos. -Identificar la utilidad de algunos procedimientos en la obtención de conclusiones.

Evaluación Tipo/Productos Criterios Evaluación diagnóstica -Dibujo que describa el movimiento de un objeto en caída libre. -Texto individual acerca de las suposiciones de la caída libre de objetos.

En la descripción: Aplicación de conceptos y formas de representación del movimiento: rapidez, velocidad, trayectoria, dirección.

Evaluación formativa En el reporte de la actividad 2: -Organizan el reporte: plantean Productos: hipótesis, describen el Reporte de procedimiento y resultados. experimentos. -Sistematizan los datos en tablas; Actividad 3. Nuevos procedimientos, emplean las unidades de medida D nuevas explicaciones adecuadas. E - Realización de uno de los experimentos -Obtienen conclusiones a partir S Niveles: cuantitativo y de Galileo; comparación de los resultados de los datos de la A explicativo con las explicaciones de Aristóteles; experimentación. R análisis de los procedimientos de Galileo, -Son creativos en el diseño de los R dificultades a las que se enfrentó, así como procedimientos. O ventajas de su método de investigación. L En el reporte de la actividad 4: L -Los anteriores. O -Identifican el tiempo y la distancia como variables en la descripción del movimiento. -Representan el movimiento en gráficas de posición-tiempo, a partir de las tablas de datos. -Interpretan la línea obtenida en la gráfica. En el trabajo de equipo: -Manifiestan tolerancia, respeto y colaboración. -Evaluación de lo aprendido: Actividad 4. Las ideas cambian Evaluación final Debate: -Obtener conclusiones con -Comparación de las ideas y -Cuadro comparativo -Proponen argumentos basados respecto a la importancia de los procedimientos de Aristóteles y Galileo, de ideas y en las experiencias anteriores. procedimientos de Galileo. mediante un cuadro. procedimientos de -Identifican explicaciones Explicar situaciones de caída -Debate acerca de la veracidad o falsedad Aristóteles y Galileo erróneas acerca de la caída libre libre de ideas acerca del movimiento de caída -Descripción de una de los objetos. -Identificar cambios en las libre y la construcción del conocimiento. situación de caída ideas de los alumnos acerca del -Explicación de una situación de caída libre. CIERRE movimiento de caída libre. libre. -Texto de (autoevaluación) -Comparación de las ideas iniciales y las autoevaluación. conclusiones obtenidas en la Nivel Explicativo y experimentación. argumentativo

III. ACTIVIDADES SUGERIDAS Activ idad 1. ¿Cuál llega primero? • • •

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Tiempo estimado: 100 minutos

Comentar que en esta secuencia se analizarán algunos aspectos de la caída libre de objetos, así como lo que propusieron al respecto dos personajes importantes en las historia de la física: Aristóteles y Galileo. Mencionar algunos casos de caída libre de objetos y pedir a los alumnos que señalen otros ejemplos. Plantear situaciones de caída libre de objetos de diferente forma o peso, solicitar respuestas individuales escritas acerca del objeto que suponen llegará primero al suelo. Por ejemplo: - Una mochila y un bolígrafo. - Una hoja de papel y una goma - Un suéter y una hoja vegetal Situación: Si se dejan caer de 1.5 m de altura, los dos objetos, ¿cuál suponen que llegará primero al suelo? Organizar al grupo en equipos para que representen y describan el movimiento de los objetos. Es importante que los alumnos conserven la descripción de la situación planteada así como la suposición acerca de lo que ocurrirá, ya que se revisará en la última sesión de la secuencia didáctica. Presentar a los demás compañeros del grupo las representaciones realizadas; comentar semejanzas y diferencias. (Primera observación) Llevar a cabo la situación planteada para observar lo que sucede e identificar semejanzas o diferencias con respecto a las respuestas individuales y a las representaciones realizadas en equipo Pedir a los alumnos que describan lo que ocurrirá en el siguiente caso: ¿Qué objeto se desplazará con mayor rapidez: una hoja de papel o un libro que se dejan caer al mismo tiempo, de una altura determinada? Anotar la respuesta en el pizarrón. Con la participación de todo el grupo proponer un procedimiento para identificar la rapidez de cada uno de los objetos. Comentar ¿Cómo pueden identificar la rapidez de los objetos? ¿Qué materiales requieren? (Segunda observación) Organizar al grupo en equipos para llevar a cabo el procedimiento propuesto. Solicitar que completen su actividad con las siguientes variantes: A la altura que se determinó, sostener y dejar caer: ØLa hoja de papel encima del libro. ØDos hojas de papel tamaño carta, extendidas. ØDos hojas de papel tamaño carta, pero ahora con una de las hojas en forma de “bolita”. Ø La hoja de papel en forma de “bolita” y el libro. Con la participación de todo el grupo comentar los resultados obtenidos en cada equipo y discutir: ¿Cuál sería la finalidad de hacer “bolita” la hoja de papel o de colocarla encima del libro? ¿Qué dificultades tuvieron? ¿Hubo diferencias en los resultados obtenidos en la primera observación y en las actividades realizadas en la segunda observación? ¿A qué se debieron las diferencias? Con base en los resultados obtenidos, elaborar una conclusión acerca de la descripción de la caída de los cuerpos.

Activ idad 2. Una antigua explicación

Tiempo estimado: 100 minutos

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Comentar que se analizarán algunas ideas sobre el movimiento elaboradas por un personaje de la antigüedad. Leer el siguiente texto: Aristóteles (384-322 a. C) fue un sabio griego que propuso explicaciones acerca de lo que ocurría en la naturaleza, considerando las observaciones que hacía de las experiencias cotidianas y sus razonamientos, aunque no se preocupaba por comprobar sus afi rmaciones. Pensaba que el movimiento de caída era propio de todas las cosas pesadas y creía que cuanto más pesado era el objeto, más deprisa caía: por ejemplo, un guijarro cae más aprisa que una hoja, y la piedra grande desciende más rápido que la pequeña.

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Con base en el texto, revisar la idea de Aristóteles acerca de la caída de los cuerpos, para esto se sugiere: - Ubicar en una recta numérica (tira del tiempo) la época en que vivió Aristóteles. - Identificar la forma en que se basaba este personaje para elaborar sus explicaciones.. - Identificar semejanzas de las explicaciones de los alumnos con las ideas propuestas por Aristóteles, respecto de la caída de los objetos. - Identificar la característica de los objetos que, según Aristóteles, determinaba la rapidez de caída. Plantear a los alumnos de qué manera se puede comprobar si la afirmación de Aristóteles es cierta o falsa; mediante una discusión grupal considerar las condiciones y procedimiento 1 : - Elaborar una hipótesis, por ejemplo: Un objeto de 1 kilogramo tarda el doble de tiempo en caer que otro de ½ kilogramo - ¿Cuántos objetos se requieren?, ¿para qué se lanzaran?, ¿cómo deberán ser los objetos que se dejen caer?, ¿cuál es la finalidad de esta selección? - ¿Qué se requiere medir? ¿Para qué? - Identificar un sitio alto para dejar caer los objetos seleccionados. ¿Cómo medir la altura desde la cual se dejarán caer los objetos. - Se sugiere dejar caer cada objeto en tres ocasiones y anotar el tiempo empleado en una tabla. ¿Cuál es la finalidad de repetir las mediciones?, ¿qué dato se debe considerar? - ¿Cómo organizar los datos? Trabajar en equipo para diseñar y realizar la actividad que permita analizar la idea de Aristóteles. Pedir la redacción de un informe que explique lo realizado, los resultados en tablas de datos y las conclusiones. Con la participación de todo el grupo: - Comparar los resultados y las conclusiones obtenidos en cada equipo. Identificar semejanzas y diferencias. Es evidente que una pluma cae más despacio que una piedra, entonces argumentar si es errónea o verdadera la explicación de Aristóteles acerca de la caída de los cuerpos. - Discutir ¿cuál es la importancia de la experimentación y de la medición en este fenómeno? Pedir a los alumnos que revisen la respuesta elaborada individualment e en la actividad 1. ¿Cuál llega primero? y la modifiquen, si lo consideran necesario.

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1

Es importante señalar que la actividad implica la reflexión de los procedimientos que permitan una mejor descripción del fenómeno de estudio; esto es: la identificación de variables, su medición (unidades, instrumentos, consideración de errores) y sistematización de datos (tablas y gráficas).

Activ idad 3. Nuevos procedimientos, nuevas explicaciones .

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Tiempo estimado: 150 minutos Comentar que revisarán los estudios del movimiento de otro personaje, Galileo. Leer el texto “Los experimentos de Galileo” 2 Los experimentos de Galileo

El italiano Galileo Galilei (1564 – 1642) daba clases de Matemáticas en la Universidad de

Pisa (Italia); recurrió a la experimentación para poner a prueba ideas y razonamientos,

explorar fenómenos y contar con datos para sus cálculos matemáticos que permitieran describirlos. Galileo suponía que las explicaciones de Aristóteles acerca del movimiento eran erróneas;

una de sus hipótesis era que la rapidez de los objetos no dependía de su peso. A diferencia

del sabio griego, no se conformó con observaciones cotidianas, sino que diseñó experimentos con esferas de diferente peso para verificar su idea.

Se dio cuenta de que la caída de los objetos se realiza tan rápidamente que no era fácil

estudiarla, ya que los relojes de arena y de agua de la época no medían periodos de tiempo muy pequeños.

Para resolver las dificultades decidió rodar las esferas en el surco de una tabla, de aproximadamente 6 metros de longitud, modificando su inclinación. Si colocaba la tabla en posición casi horizontal, las bolas rodarían muy despacio y lo harían con mayor rapidez, cuanto más inclinada estuviera la tabla, siendo el límite el plano vertical.

Para medir el tiempo empleado por las esferas en recorrer una distancia determinada durante el descenso, recurrió al reloj de agua, un recipiente que se vacía a través de un delgado tubo en un vaso. Después de cada ejecución Galileo pesaba el agua vertida y comparaba esta medición con la distancia que la esfera había recorrido. •

A partir de la información del texto, comentar el experimento planteado por Galileo, con base en los siguientes puntos:. - ¿Dónde y en qué época vivió Galileo? Ubicar en la tira del tiempo elaborada en la actividad 2, el tiempo en el que vivió Galileo - Describir el experimento, los materiales y el procedimiento. - ¿Por qué utilizó un plano inclinado para hacer rodar las esferas, en lugar de dejarlas caer verticalmente? - En el época de Galileo no había relojes que midieran segundos, ¿cómo hizo para hacer mediciones con más exactitud? - ¿Qué idea puso a prueba con los experimentos descritos?

2

Bibliografía consultada: http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/161/html/sec_13.html http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd97/Biografias/11-1-b-galileo.html

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Realizar un experimento semejante al de Galileo acerca de la caída de los cuerpos. Considerar dos o tres alturas (15, 20 o 30 cm) para colocar la tabla en los diferentes equipos. Material: Dos esferas de diferente peso, por ejemplo dos pelotas o canicas de superficie pulida. Una tabla recta de 2 m de longitud con un surco por el que se puedan desplazar libremente las esferas, po r ejemplo un riel de aluminio. Cinta métrica o flexómetro pegado a uno de los lados de la tabla anterior. Cronómetro Calculadora Plastilina para fijar la tabla Procedimiento: - Colocar un extremo del riel sobre una superficie plana y el otro a una altura determinada (15, 20 ó 30 cm). La intención es dejar caer las esferas por el riel. - Determinar intervalos de tiempo, por ejemplo, de 0.5 segundos. - Dejar caer la esfera más grande e identificar la posición a la que llega en cada intervalo de tiempo. Se debe tener cuidado al realizar estas mediciones, para disminuir errores es conveniente repetirlas varias veces y después obtener un promedio. - Anotar los datos en una tabla como la siguiente: Intervalo de tiempo (segundos)

Posición (metros) 1ª 2ª 3ª 4ª medición medición medición medición

Promedio Distancia de recorrida por posición intervalo de (metros) tiempo (metros)

0 1 2 3 4 5 - Elaborar una gráfica de posición – tiempo. -Dejar caer la esfera menor, realizar las mismas mediciones y tabla de datos. Elaborar la gráfica posición-tiempo, correspondiente. -Con base en los resultados de las tablas y gráficas del movimiento de cada una de las esferas, discutir: ¿Qué pasa con la rapidez por intervalo de tiempo? ¿La esfera mayor cae con mayor rapidez que la pequeña? •

A partir de los resultados obtenidos en cada equipo y con la participación de todo el grupo comentar y discutir: a) La finalidad, utilidad y dificultades en el procedimiento: - ¿Por qué se utilizó un plano inclinado? - ¿Para qué se utilizaron esferas de diferente peso? - ¿Para qué sirvieron las tablas y las gráficas? - ¿Qué dificultades hubo en la realización del experimento?

- ¿Es suficiente el experimento realizado para describir el movimiento de caída libre? Argumentar la respuesta. b) Los resultados a partir de las gráficas: ¿Cómo fue la rapidez por intervalo de tiempo? ¿Confirman o rechazan las hipótesis de Galileo? c) Comparar los resultados obtenidos con las conclusiones elaboradas por Galileo que se presentan a continuación CONCLUSIONES DE GALILEO Los datos que obtuvo Galileo en sus experimentos le permitieron establecer relaciones matemáticas para calcular la caída de los cuerpos y deducir las siguientes conclusiones:

- La caída de los cuerpos se realiza mediante un movimiento rectilíneo que va aumentando en rapidez.

- El aumento de rapidez que experimenta el cuerpo que cae es independiente de su peso. El rozamiento del aire influye en la caída del cuerpo.

En la historia de la ciencia, Galileo es un personaje de gran importancia, ya que aportó una nueva forma de proponer explicaciones acerca de los fenómenos físicos: recurrió al diseño de experimentos, la realización de mediciones, la organización de datos y la reflexión de los resultados para comprobar sus supuestos y construir nuevos razonamientos. • Comentar las ventajas de los procedimientos de Galileo y la importancia en la elaboración de los conocimientos. Identificar algunas características en la construcción del conocimiento científico.

Actividad 4. Las ideas cambian

Tiempo estimado: 50 minutos

1. Elaborar un cuadro comparativo acerca de las ideas y formas de proceder de Aristóteles y de Ga lileo para explicar el movimiento de caída libre. Determinar para cada equipo uno los siguientes aspectos: - Nombre del personaje, lugar y fecha de nacimiento y muerte; ubicación en la línea del tiempo la época en que vivió el personaje. - Explicación elaborada acerca de la caída de los cuerpos. - Recursos utilizados para apoyar construir sus explicaciones. - Contribución en la construcción de conocimientos. Cada equipo desarrollará el aspecto correspondiente, lo anotará en tarjetas para integrar un cuadro como el siguiente:

Aspecto

Aristóteles

Galileo

Lugar y fecha de nacimiento. Explicación elaborada acerca de la caída de los cuerpos. Recursos utilizados para apoyar construir sus explicaciones Contribución en la construcción de conocimientos Con la participación de todo el grupo evaluar las ideas expresadas. 2. Trabajar en equipo para argumentar los acuerdos o desacuerdos con lo expresado en alguno de los siguientes enunciados. a) Las ideas de Aristóteles, en su tiempo fueron consideradas valiosas porque explicaron los fenómenos naturales. b) Se ha identificado que el peso de los cuerpos influye en la rapidez con que caen. c) Los experimentos de Galileo fueron importantes porque en éstos observó la caída de los cuerpos tal y como sucede en la naturaleza. d) Cuando se proponen explicaciones de los fenómeno naturales, como en el caso de la caída de los cuerpos, el conocimiento es suficiente y ya no es necesario que se realicen más investigaciones. 3. Pedir a los alumnos que expliquen, en forma individual, lo siguiente: a) Argumentar si es falso o verdadero el siguiente caso: Si un niño y un adulto se lanzan, verticalmente, a una fosa de clavados desde una plataforma de 10 metros. llegará primero al agua el adulto porque es más pesado. b) Durante las competencias de clavados se sigue con una cámara la caída del atleta desde que salta hasta que toca se sumerge en el agua. ¿Cómo supones que pueden regular la rapidez de la cámara para observar el descenso del clavadista? 4.

Revisar las explicaciones que elaboraron sobre la caída de los cuerpos en la actividad 1. ¿Es correcta? Argumentar la respuesta.