Energía: Planificación de la unidad Física de PSI

Objetivos El trabajo y el teorema del trabajo-energía 1) Los estudiantes deberían comprender la definición de trabajo, incluyendo cuando el trabajo es positivo, negativo o cero, para poder: a) Calcular el trabajo realizado por una fuerza constante específica en un objeto que realiza un desplazamiento determinado. b) Relacionar el trabajo realizado por una fuerza con el área bajo la curva en un gráfico de fuerza en función de la posición, y calcular este trabajo considerando que la fuerza es una función lineal de la posición. c) Usar la operación del producto escalar para calcular el trabajo realizado por una fuerza constante específica F sobre un objeto que se desplaza en un plano. 2) Los estudiantes deberían comprender y poder aplicar el teorema de trabajo-energía, para poder: a) Calcular el cambio en la energía cinética o la rapidez resultante al realizar una determinada cantidad de trabajo sobre un objeto. b) Calcular el trabajo realizado por la fuerza neta, o por cada una de las fuerzas que componen la fuerza neta, sobre un objeto que sufre un determinado cambio en la rapidez o en la energía cinética. c) Aplicar el teorema para determinar el cambio en la rapidez y energía cinética de un objeto, que resulta de la aplicación de fuerzas determinadas, o establecer la fuerza que se necesita para llevar un objeto a un punto de descanso en una distancia especifica. Fuerzas y energía potencial 3) Los estudiantes deberían comprender el concepto de fuerzas conservativas, para poder: a) Describir ejemplos de fuerzas conservativas y no conservativas. 4) Los estudiantes deberían comprender el concepto de energía potencial, para poder: a) Expresar la fuerza que ejerce un resorte ideal y la energía potencial de un resorte estirado o comprimido. b) Calcular la energía potencial de uno o más objetos en un campo gravitacional uniforme. Conservación de la energía 5) Los estudiantes deberían comprender los conceptos de energía mecánica y energía total para poder: a) Establecer y aplicar la relación entre el trabajo realizado sobre un objeto por fuerzas no conservativas y el cambio en la energía mecánica de un objeto.

b) Describir e identificar situaciones en las que la energía mecánica se convierte en otras formas de energía. c) Analizar situaciones en las que la energía mecánica de un objeto cambia por la fricción o por una fuerza específica aplicada en forma externa. 6) Los estudiantes deberían comprender el concepto de la conservación de la energía para poder: a) Identificar situaciones en las que la energía mecánica se conserva o no. b) Aplicar la conservación de la energía en el análisis del movimiento de sistemas de objetos conectados, tal como una máquina de Atwood. c) Aplicar la conservación de la energía en el análisis del movimiento de objetos que se mueven bajo la influencia de resortes. d) Reconocer y resolver problemas que necesitan de la aplicación tanto de la conservación de la energía como de las Leyes de Newton. Potencia 7) Los estudiantes deberían comprender la definición de potencia para poder: a) Calcular la potencia requerida para mantener el movimiento de un objeto con una aceleración constante (por ejemplo, para mover un objeto a lo largo de una superficie de nivel, para levantar un objeto a una velocidad constante, o para superar la fricción de un objeto que se mueve a rapidez constante). b) Calcular el trabajo realizado por la fuerza que proporciona una potencia constante, o la potencia promedio suministrada por una fuerza que realiza una cantidad determinada de trabajo.

Preguntas esenciales ¿Cómo determinamos el trabajo realizado en un sistema físico cuando se conocen la fuerza neta que actúa sobre él y su desplazamiento? ¿Cómo utilizamos el teorema de trabajo-energía para determinar el movimiento de un objeto? ¿Cómo aplicamos la conservación de la energía para determinar la posición y el movimiento de un objeto?

Contenidos Trabajo Energía Potencia

Habilidades Los estudiantes aprenderán la relación entre ciertas cantidades de la física relacionadas: el trabajo mecánico, la energía y la potencia. Aprenderán la ley fundamental de la física: la conservación de la energía. Utilizarán las siguientes ecuaciones para resolver problemas: P= W/T

Potencia

P= Fv

Potencia

W= FDparalela

Trabajo

EPG= mgh

EP gravitacional

EC= ½ mv2

Energía cinética

E= ½ kx2

Energía resultante de un resorte

Evaluaciones Cuestionario de trabajo y energía Cuestionario de conservación de la energía Cuestionario de Potencia Cuestionario del Laboratorio de energía Prueba de unidad de trabajo y energía

Actividades Resolución de problemas en grupos pequeños Desarrollo de un experimento de laboratorio Resolución de problemas para resolver en casa

Guía de programación de cuestionarios Esta guía pretende funcionar a modo orientativo únicamente. La verdadera programación de actividades deberá determinarse a partir de los resultados de los exámenes formativos. Esta guía fue diseñada en períodos de instrucción de aproximadamente 31 minutos. La siguiente guía debería ser utilizada por aquellos grupos que oscilen entre el 50% del cronograma y el cronograma completo e incluye todos los problemas, diapositivas de presentaciones y cuestionarios. La segunda guía es para aquellos que se mueven por debajo del 50% del ritmo del cronograma, y excluye los ítems marcados con asterisco (* ó **).

50%-Cronograma completo (incluye todas las diapositivas, trabajo en casa, etc.) Día 1 2 3 4 5

6

7 8 9

10 11 12 13

Tema Conservación de la energía y trabajo Energía potencial gravitacional Energía potencial elástica y cinética Problemas mixtos en las presentaciones Cuestionario de trabajo y energía Más problemas mixtos Conservación de la energía Laboratorio de lanzador de canicas Potencia Cuestionario de conservación de la energía Problemas generales Problemas generales Cuestionario de Potencia Problemas generales Revise las preguntas OM Examen de trabajo y energía

Trabajo en clase Clase total N°1-4 Grupos pequeños N°5-7 Clase total N°12-15 Grupos pequeños N°16-19

Grupos pequeños N°25-27 y 31-39 Grupos pequeños N°55-61 Cuestionario Toda la clase N°62-65 (en la presentación) Grupos pequeños N°66-71

Trabajo en casa Problemas N° 8-11 y lectura hasta la pág 4 Problemas N° 20-24 y lectura hasta la pág 5 (inclusive) Problemas N°28-30 y 40-43 y lectura hasta la pág 10 Problemas N°44-54 Termine de leer el capítulo, comience con las preguntas OM Problemas N°72-78

Termine el informe Clase total N°79-82 Grupos pequeños N°83-86 Cuestionario de conservación Toda la clase N°92

Problemas N°87-91

Clase total N°94 y 96 Grupos pequeños N°99

ProblemasN°95 y 97 Termine el N°99 y las preguntas OM

Problema N° 93

Por debajo del 50% del ritmo del cronograma (excluye las diapositivas, trabajo en clase, etc. que esté marcado con 1 ó 2 asteriscos) Día 1 2 3 4 5

6

7 8 9

10 11

12 13

Tema Conservación de la energía y trabajo Energía potencial gravitacional Energía potencial elástica y cinética Problemas mixtos en las presentaciones Cuestionario de trabajo y energía Más problemas mixtos Conservación de la energía Laboratorio de lanzador de canicas Potencia Cuestionario de conservación de la energía Problemas generales Problemas generales Cuestionario de potencia, Revise los problemas generales, trabaje con OM Revise las preguntas OM Examen de trabajo y energía

Trabajo en clase Clase total N° 1-4 Grupos pequeños N° 5-7 Clase total N°12-15 Grupos pequeños N°16-19

Grupos pequeños N°25-27 y 31-39 Grupos pequeños N°55-61 Cuestionario Toda la clase N°62-65 (en las presentaciones) Grupos pequeños #66-71

Trabajo en casa Problemas N°8-11 y lectura hasta la pág 4 Problemas N°20-24 y lectura hasta la pág 5 (inclusive) Problemas N°28-30 y 40-43 y lectura hasta la pág 10 Problemas N°44-54 Termine de leer el capítulo, comience con las preguntas MC Problemas N° 72-78

Termine el informe Clase total N°79-82 Grupos pequeños N°83-86 Cuestionario de conservación Toda la clase N°92

Problemas N°87-91

Clase total N° 94, 96, 98 Preguntas OM

Problemas N°95, 99 Termine el N°99 y las preguntas OM

Problema N°93