Interacción I. Fuerza y movimiento –Temario y bibliografía sugerida–

Licenciatura en Educación Secundaria Especialidad: Física Cuarto semestre

Programa para la Transformación y el Fortalecimiento Académicos de las Escuelas Normales

México, 2001

Subsecretaría de Educación Básica y Normal

Introducción El concepto de movimiento, tan familiar, tan de sentido común, tan evidente, es mucho más importante de lo que comúnmente se piensa. Es un concepto íntimamente ligado a la percepción e idea de espacio y de tiempo y, por ello, a la naturaleza misma del universo, es un tema central en el desarrollo de la física. El movimiento es una parte del mundo físico —junto con el Universo, la Tierra y los procesos que le dan forma, la estructura de la materia, la transformación de la energía y las fuerzas de la naturaleza—. No obstante lo familiar del tema, los alumnos de la escuela secundaria tiene una idea muy vaga de sus propiedades y de las formas de describir los diferentes tipos de movimiento. Asimismo confunde y aplican de manera científicamente errónea conceptos como los de fuerza y movimiento, y los de velocidad y aceleración. El estudio del movimiento de la materia y de sus causas, puede dividirse en tres grandes apartados: la parte inicial hasta mediados del siglo XVII, que culminó en manos de Galileo; la gran síntesis de Newton y, por último, el nuevo entendimiento proporcionado por Einstein en su teoría de la relatividad. Galileo, Newton y Einstein son piezas básicas de la historia de la física y de la idea de movimiento. Esta asignatura tiene, en un primer momento, el propósito de que el alumno normalista investigue que es el movimiento, que lo produce y cómo lo registramos, sin importar demasiado el origen de la fuerza neta diferente de cero que provoca el movimiento. También se continua con el estudio de la energía, iniciado en la asignatura Energía I. Cambio y conservación, centrándose sobre el análisis de la energía mecánica y algunas de sus transformaciones, energía potencial y energía cinética así como la disipación y conservación de la energía mecánica. Las alteraciones en el movimiento —la aceleración en sentido positivo o negativo, así como los cambios de dirección— se deben a los efectos de las fuerzas. Cualquier objeto mantiene una velocidad y dirección constante de movimiento a menos que actué una fuerza externa resultante diferente de cero (o no equilibrada) sobre el objeto que se mueve. Si esto no ocurre las características del movimiento del objeto no varían. Dependiendo de la dirección en la que actúa la fuerza sobre un objeto, respecto de la dirección de su movimiento puede cambiar su velocidad en magnitud, en dirección o en ambas. Mientras más grande es la intensidad de la fuerza no equilibrada, mayor es la rapidez con la que cambia la velocidad o la dirección de movimiento de un objeto; cuanto mayor es la masa de un objeto, menor es la rapidez con la que se modifica su velocidad o dirección en respuesta a cualquier fuerza. El curso desarrolla la aplicación de las leyes del movimiento a situaciones cotidianas como el equilibrio de fuerzas, es decir, el reposo, el movimiento acelerado y la acción y la reacción. Estos temas tiene la intención de hacer evidente el contenido físico de las leyes del movimiento y no de abundar demasiado en el manejo matemático de la leyes, cosa

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que se desarrollará de manera paralela en la asignatura de Matemáticas para comprender las ciencias. Las leyes del movimiento se introducen también a través del control de variables como la fuerza, al masa, la variación de la velocidad y el tiempo se emplea en el recorrido. Se sugiere que para las explicaciones de los conceptos se recurra cuando se a posible a la interacción con los objetos del experimento e iniciar con análisis cualitativos y se discutan otra alternativas para formar secuencias didácticas que tengan por objetivo la construcción de conceptos, dado que el futuro maestro las empleará en su labor docente.

Organización por bloques Bloque I. El movimiento Tema 1. Las interpretaciones del fenómeno del movimiento. Aristóteles. Galileo. Newton. Einstein. Tema 2. Rapidez, velocidad y aceleración. Sistemas de referencia y relatividad. Tema 3. Tipos de movimiento. Movimiento vertical y horizontal. Movimiento circular. Movimiento ondulatorio. Gráficas de movimiento. Tema 4. La energía mecánica. Transformaciones y tipos. Principio de conservación de la energía mecánica.

Bloque II. Leyes del movimiento y sus aplicaciones Tema 1. Inercia. Primera ley del movimiento. Suma de fuerzas. Resultante cero y equilibrio. Tema 2. Fuerza, aceleración y movimiento. Segunda ley del movimiento. Tema 3. Fuerzas e interacciones. Acción y reacción. Tercera ley del movimiento.

Bloque III. La enseñanza del tema del movimiento y algunas de las dificultades asociadas a su aprendizaje. Tema 1. Ideas previas de los alumnos sobre la fuerza y el movimiento. Tema 2. Las interpretaciones de los alumno sobre el movimiento horizontal. Tema 3. Situaciones abiertas para la resolución de problemas sobre la caída libre con resistencia del aire. Gravedad.

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Bibliografía básica Driver, Rosalind (1989), “Fuerza y movimiento” en Ideas científicas en la infancia y la adolescencia, Madrid, MEC/Morata, pp. 137 - 167. Driver, Rosalind, Ann Squires, Peter Rushworth y Valeire Wood-Robinson (1994), “Fuerzas”, ”Movimiento horizontal” y “Gravedad”, en Dando sentido a la ciencia en secundaria. Investigaciones sobre las ideas de los niños, Madrid, colección Aprendizaje, Visor, pp.193198, 199-208 y 209-213. Einstein, Albert (1996), “La mecánica de Newton y su influencia en el desarrollo de la física teórica”, en La enseñanza de la física en la escuela secundaria. Lecturas, México, SEP, pp. 237241. Feynman, Richard (1987), “El movimiento”, “Leyes de Newton de la dinámica” y “Conservación del momentum”, en Las lecturas de física de Feynman, volumen 1, México, Addison-Wesley Iberoamericana, Sitesa, pp.8.1-8.11, 9.1-9.10 y 10.1-10.12. Guillén, Michael (1999), “Manzanas y Naranjas. Isaac Newton y la Ley de la Gravitación Universal”, en Cinco Ecuaciones que cambiaron el mundo. El poder y belleza de las matemáticas, Madrid, Debate, pp. 17-60. Hewitt, G. Paul (1999), “Movimiento lineal”, ”Movimiento de proyectiles”, “Primera ley del movimiento de Newton: inercia”, “Segunda ley del movimiento de Newton: fuerza y aceleración” y “Tercera ley del movimiento de Newton: acción y reacción”, en Física conceptual, México, Pearson / Addison-Wesley Longman, pp. 10-24, 28-39, 43-55, 59-70 y 74-82. Sebastia, José M. (1984), “Fuerza y movimiento: la interpretación de los estudiantes”, en Enseñanza de las ciencias, vol. 2, núm. 3, Barcelona, ICE de la Universitat Autònoma de Barcelona/Vice-rectorat d’Investigació de la Universitat de Valencia, pp. 161 - 169.

Bibliografía complementaria Arques García, J. J., A. de Pro Bueno y O. Llamas Saura (1996), “Planificación de una unidad didáctica: el estudio del movimiento”, en La enseñanza de la física en la escuela secundaria. Lecturas, México, SEP, pp. 201 - 217. Ben-Dov, Yoav (1999), “Espacio y movimiento” y “Materia y fuerza”, en Invitación a la física, Barcelona, Andrés Bello, pp. 29-51 y 53-70. Carrascosa Alís, J., Carles Furió Más y Pablo Valdés Castro (1996), “Las concepciones alternativas de los estudiantes y sus implicaciones didácticas” y “La resolución de problemas de Física: de los ejercicios de aplicación al tratamiento de situaciones problemáticas”, en Temas escogidos de la didáctica de la física, La Habana, Pueblo y Educación, pp. 21-36 y 37-59. Chimal, Carlos (Compilador y traductor) (1998), “Conversaciones acerca de una nueva ciencia, Galileo Galilei”, en Las entrañas de la materia. Antología de relatos científicos, México, Alfaguara juvenil, pp.11-28.

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Moncada P. Guillermo E. (1992), “Movimiento”, en Física I. Conceptos Básicos, México, McGrawHill Interamericana, pp.33-55. Oyarzábal, Juan de (1996), “Gracia y desgracia de la palanca”, en La enseñanza de la física en la escuela secundaria. Lecturas, México, SEP, pp. 243-251. Rollnick, Marissa y Margaret, Rutherford (1993), “The use of a conceptual change model and mied language strategy for remediating misconceptions on air pressure”, en International Journal of Science Education, vol. 15, núm. 4, Londres, Advisory Board, pp. 363-381. Viennot, L. (1979), “Spontaneous Reasoning in Elementary Dynamics”, en Physics Education, vol. 1, núm. 2, Londres, European Journal of Science Education, pp. 205 - 221.

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