Orientaciones para el profesorado

Introducción al bloque

Nos encontramos frente a uno de los bloques más "duros" del curso. Y es que en él tratamos de aproximar al alumnado a dos partes de la Física que les suele costar bastante entender: la Cinemática y la Dinámica.

En el primero de los casos por dos razones fundamentalmente. Por un lado, la tendencia natural que tiene el alumnado a pensar que todo movimiento es uniforme, por lo que la comprensión del movimiento uniformemente acelerado suele resultarles algo difícil. Por otro, la descripción matemática del movimiento (aunque desarrollada de un modo muy elemental) introduce la necesidad de manejar ecuaciones de movimiento, lo que obliga a usar notación algebraica algo más compleja que la que han usado hasta ahora. Todo esto sin mencionar que la resolución de los problemas de Cinemática obliga al alumnado a resolver ecuaciones y sistemas de ecuaciones lineales, así como ecuaciones de segundo grado en el caso del movimiento uniformemente acelerado.

En el caso de la Dinámica, que se desarrolla a nivel aún más elemental, las dificultades del alumnado suelen tener como origen la gran cantidad de conceptos previos erróneos (fuertemente arraigados en las estructuras de conocimiento de los alumnos) que poseen en relación con las fuerzas y su modo de actuación. Uno de los más habituales y difíciles de superar consiste en confundir "fuerza" con "velocidad".

Pasamos a comentar brevemente el contenido que cada tema desarrolla y lo que se pretende en cada uno de ellos.


Tema 1

El primero de los dos temas se dedica a realizar una introducción al tema de vectores. Es importante que el alumno comprenda la diferencia entre magnitud escalar y vectorial y la importancia que tienen, en ocasiones, la dirección y el sentido.

Se introduce también al alumnado en operaciones sencillas con vectores: suma y resta y multiplicación de un escalar por un vector.

Se hace hincapié en la representación gráfica de vectores, pues en todo este bloque las representaciones gráficas son de gran importancia y, en concreto, para las operaciones con vectores también es necesario conocer su representación gráfica.


Tema 2

El primero de los dos temas dedicados a la Cinemática pretende, por un lado, hacer consciente al alumnado de la relatividad del movimiento y darle a conocer las magnitudes fundamentales que se necesitan para estudiarlo, salvo la aceleración, que se introducirá en el tema siguiente.

Se insiste en la necesidad del sistema de referencia y en cómo establecerlo, aunque no se hace un tratamiento en profundidad y nos decantamos por un sistema de referencia lineal, sobre la trayectoria.

Se pretende hacer reflexionar al alumnado sobre la diferencia entre velocidad y rapidez, insistiendo en "el signo de la velocidad" como la herramienta para conocer el sentido del movimiento sobre la trayectoria.

También se introducen en este tema las herramientas gráficas para estudiar el movimiento. Se presentan tanto la gráfica posición-tiempo como la gráfica velocidad-tiempo, y se muestra qué información se puede extraer de ellas y cómo hacerlo.


Tema 3

Este tema está dedicado a profundizar en el estudio de la Cinemática a través del análisis de dos movimientos, los habituales, los más sencillos: el movimiento uniforme y el uniformemente acelerado. Constituye el "núcleo duro" del bloque, puesto que es aquí donde se tratarán las herramientas matemáticas más complejas.

En el caso del movimiento uniforme, se insiste en que la descripción que se hace es válida para cualquier movimiento uniforme, no necesariamente rectilíneo, habida cuenta del "tipo" de sistema de referencia que estamos utilizando.

En el caso del movimiento uniformemente acelerado sí que se presentan solo movimientos rectilíneos, evitando así la complicación que supone la descomposición de la aceleración en sus componentes intrínsecas, totalmente fuera de los límites que nos marcan los objetivos del bloque. Sí se destaca, como caso especialmente importante, el movimiento de caída libre (y el tiro vertical), aprovechándolo para introducir el concepto de gravedad.

Para ambos movimientos se empieza por una descripción de las características fundamentales de los mismos y se continúa con un análisis profundo de las gráficas e-t y v-t (momento que se aprovecha para repasar la función afín y para introducir la función cuadrática y la parábola). Del estudio gráfico se pasa al estudio analítico, presentando las ecuaciones de los movimientos y su relación con las gráficas. Por último, se ilustra el uso de las ecuaciones de movimiento presentando diversas situaciones resueltas.

Es en este punto donde se explica la resolución de sistemas de ecuaciones lineales y de ecuaciones de segundo grado, que surgen ambas al analizar situaciones de "cruce" de MRU y de situaciones intermedias en un MRUA.

Respecto a los sistemas de ecuaciones lineales se presentan todos los métodos habituales de resolución, aunque consideramos que no es necesario que el alumnado llegue a dominarlos todos. Además del método gráfico, cada alumno se decantará por el método analítico que le resulte mas cómodo. Para la resolución de las ecuaciones cuadráticas, se muestra solo la consabida fórmula con la que solemos resolver las ecuaciones completas, aunque se hace notar que no todas las ecuaciones de segundo grado son completas, y se ofrecen enlaces para profundizar y, sobre todo, para practicar.

En este enlace se descarga un presentación con los ejercicios resueltos de los contenidos sobre posición, M.R.U. y M.R.U.A. para poder utilizarlo en clase como material de apoyo.


Tema 4

El tercer tema es el que dedicamos a la Dinámica, como hemos dicho antes, a un nivel muy elemental. El objetivo fundamental del tema es, en primer lugar, hacer consciente al alumnado de la gran cantidad de ideas previas que posee sobre esta disciplina y, en segundo lugar, hacerle reflexionar sobre la validez científica de tales ideas, procurando conseguir con ello que se enfrente a situaciones cotidianas en las que está involucrado el concepto de fuerza desde un punto de vista científico como modo de dar explicación a dichas situaciones.

Por todo lo anterior, la primera parte del tema se dedica a delimitar, con la mayor claridad y simplicidad posible, el concepto de fuerza. En este sentido, se intenta enfrentar la idea que el alumnado suele tener de la fuerza como algo que "se tiene" con la idea de que la fuerza es algo que "se hace sobre otro". Es decir, se intenta inculcar en el alumnado la idea de que la fuerza es la expresión de una interacción y que su existencia precisa de dos cuerpos. Se introduce también la idea de que la interacción entre dos cuerpos se manifiesta por la presencia de una pareja de fuerzas, dejando así el camino abierto para introducir más tarde la tercera ley de Newton.

Se presenta brevemente la clasificación de las fuerzas distinguiendo las fuerzas de contacto de las de acción a distancia y se relaciona las fuerzas con los efectos que producen sobre los cuerpos. Se introduce su unidad de medida y se habla del dinamómetro

La segunda parte del tema se centra en la relación entre las fuerzas y el movimiento.

En este sentido, se introducen las Leyes de Newton de la Dinámica y se describen las fuerzas más habituales que nos rodean, con la intención de poder aplicar las leyes en situaciones concretas. Se repasan las fuerzas más habituales: el peso, las normales, las tensiones y los rozamientos, haciendo hincapié sobre todo en el peso y el rozamiento. Éste último se trata en cierta profundidad, más allá de lo que se les pretende exigir a los alumnos, con la única intención de que comprendan la decisiva influencia que la presencia constante del rozamiento en nuestra experiencia cotidiana tiene en el modo en que aprendemos a interpretar los fenómenos relacionados con la fuerza y el movimiento.

Consideramos fundamental insistir en la primera y tercera ley. En el primer caso, con la intención de que el alumnado supere la falsa creencia de que siempre es necesaria la presencia de una fuerza para que exista un movimiento y, en el segundo caso con la intención de insistir en el carácter de la fuerza como interacción entre dos cuerpos.

El aspecto matemático de la segunda ley se trata de un modo elemental desarrollando ejemplos en los que las únicas fuerzas que actúan (no más de dos o tres) tengan la misma dirección, para que su suma vectorial no suponga una dificultad añadida que distraiga al alumnado de la verdadera intencionalidad de la ley: relacionar directamente la fuerza con la aceleración.

En este enlace se descarga un presentación con los ejercicios resueltos de los contenidos