Download Interacciones-ajustado-Cetis10

Interacciones
Bueno, ¿y finalmente qué es una fuerza?
El concepto de fuerza es un ‘concepto estelar’ en la Física, pues se presentan
fuerzas asociadas al movimiento, de origen eléctrico, en los materiales
magnéticos, en los cuerpos sumergidos en un líquido, en los objetos cotidianos
por la atracción de la Tierra… y hasta a nosotros nos han jalado o empujado en
alguna ocasión… bueno ¿y finalmente qué es una fuerza?
La noción de fuerza existe desde que el hombre intenta explicar su entorno. En un
inicio se le asocia con los fenómenos naturales y con los designios de los dioses.
Huracanes, heladas, desbordamiento de ríos, sismos, erupciones, eclipses,
marejadas… se debían al influjo invisible de divinidades y/o a los poderes del
cosmos. Muchas de estas ideas persisten hasta la fecha y aún se emplean para
explicar fenómenos a pesar de que la ciencia ha trabajado durante muchos años
por conformar un concepto propio. A continuación se describe brevemente cómo
se formó el concepto de fuerza en la ciencia.
La civilización griega fue la primera en indagar sistemáticamente y conformar
conceptos (como fuerza) para interpretar fenómenos naturales. Las explicaciones
que construyeron los pensadores griegos antes de Cristo, se basaron en
consideraciones filosóficas sin realizar experimento alguno, pues para ellos las
actividades físicas eran propias de esclavos y no de hombres libres. Las
aportaciones realizadas a la Física durante este periodo con frecuencia reciben el
nombre de Física Especulativa.
En esta área, Aristóteles (384 - 322 a.C.) plantea que la fuerza es la causa del
movimiento y que se requiere de ella para mantenerlo. Además sugiere que la
fuerza es una propiedad del objeto que se mueve y que se encuentra en su
interior. Según este pensador la acción de una fuerza sobre un cuerpo debe
suceder por contacto directo. No reconoce la acción a distancia, limitando sus
explicaciones a casos donde se jalan o empujan cuerpos. Así, para explicar el
movimiento de proyectiles construyó una argumentación complicada implicando
movimiento del aire a su alrededor.
Hiparco de Nicea (190 – 120 a.C.), en desacuerdo con la explicación de
Aristóteles, señala que el cuerpo que lanza transmite fuerza al proyectil. Esta
fuerza que es absorbida por el proyectil y que se va extinguiendo gradualmente
conforme se mueve, recibe el nombre de fuerza impresa.
Las ideas de estos pensadores griegos persistieron durante 18 siglos pues
proporcionaban explicaciones satisfactorias y entendibles, y además estaban
acordes con una sociedad estática y fuertemente jerarquizada. De ahí su enorme
influencia y larga duración durante la Edad Media y parte del Renacimiento.
A pesar de la gran influencia del pensamiento griego, durante el Renacimiento
(Siglos XV y XVI) algunos pensadores aportaron ideas que paulatinamente
modificaron el concepto de fuerza. Dentro de ellos se encuentran:




Nicolás Copérnico (1473 – 1543). Propone la teoría heliocéntrica como
explicación del Universo y abre paso a la fuerza de gravedad basada en una
acción a distancia.
Johannes Kepler (1571 – 1628).Formula leyes para el movimiento de los
planetas en torno al Sol e inicia la transformación de un concepto de fuerza
independiente a un concepto relacional al vincularlo con la distancia y
velocidad de los planetas.
Galileo Galilei (1564 – 1642). Mediante experimentos de bolas que caen por
una rampa, identifica que la acción de la fuerza que origina la caída es el
aumento gradual en su velocidad.
René Descartes (1596 – 1650). A través de aportaciones filosóficas introduce
la idea del movimiento como una abstracción, independiente del cuerpo que se
mueve y de su causa. Propone las primeras ideas sobre inercia al señalar que
si un cuerpo ha iniciado su movimiento por la acción de una fuerza, continuará
moviéndose hasta que otras fuerzas lo detengan o retrasen.
La concepción moderna de fuerza es propuesta por Isaac Newton (1642 – 1727),
brillante pensador inglés que retoma muchas de las ideas anteriores y reconoce la
grandeza de sus predecesores al señalar: “si he logrado ver más lejos, ha sido
porque he subido a hombros de gigantes”.
Con la descripción que hace en sus tres leyes, Newton hace de la fuerza neta al
agente que modifica un estado de movimiento (primera ley) y le otorga una
expresión matemática precisa al hacerla una relación entre dos magnitudes: masa
y aceleración (segunda ley). Estas dos leyes definen a las fuerzas como causas
del movimiento, sin embargo no dicen nada sobre las fuentes que las originan.
Esto lo establece en la tercera ley donde señala que las fuerzas son el resultado
de la influencia mutua entre cuerpos, y con ella
Fuerza que aplica
redondea la idea actual de fuerza.
la persona sobre
La tercera ley de Newton puede ser expresada
de diversas formas, la más usual señala: a toda
acción corresponde una reacción de igual
magnitud y sentido contrario.
Al igual que en las dos primeras leyes, aunque se
propone un enunciado breve, la tercera ley tiene
muchas ideas asociadas. Inicialmente cabe señalar
que las palabras acción y reacción se refieren a
fuerza. Cuando un objeto aplica una fuerza sobre
otro (acción), éste a su vez aplica una fuerza sobre
el primero (reacción). Al actuar mutuo de un cuerpo
sobre otro se le llama interacción
la silla (FP/S)
Fuerza que aplica
la silla sobre la
persona (FS/P)
Figura 1. Ejemplo de una
interacción. Note la nomenclatura
empleada.
Durante una interacción se originan dos fuerzas, cada una de ellas actúa sobre
un cuerpo diferente y a pesar de que tienen la misma magnitud, su sentido es
diferente (figura 1). Quizá se pudiera pensar que dado que se trata de fuerzas de
igual magnitud y diferente sentido, ambas pueden originar una fuerza neta o
resultante igual a cero. Esto no es posible porque las fuerzas de una interacción
se aplican sobre cuerpos diferentes. Una fuerza neta o resultante se obtiene a
partir de fuerzas aplicadas al mismo cuerpo.
Los nombres que comúnmente se da a las fuerzas de una
interacción sugieren que una sucede antes (reacción) y otra
sucede después (reacción). En realidad ambas inician y
concluyen al mismo tiempo: tienen la misma duración. Esto se
puede hacer evidente con una experiencia sencilla si se emplea
un globo inflado como ‘sensor’. Al oprimirlo sobre un muro su
deformación indica que sobre él hay dos fuerzas porque se
‘aplasta’ de ambos lados (figura 2). Si se atiende al momento en
que inicia la deformación en ambos lados por que se le oprime, y
al momento en que recupera su forma porque se le libera, se
Figura 2. Las fuerzas
reconoce que las dos fuerzas aplicadas sobre el globo inician y
de una interacción
concluyen al mismo tiempo. Con esta experiencia es posible
tienen la misma
aceptar ahora que si se aplica fuerza sobre el muro
duración.
directamente, se presentan dos fuerzas. Una que aplica la mano
sobre el muro y otra que aplica el muro sobre la mano, y aunque
no se aprecie a simple vista ambas tienen la misma duración.
Si la experiencia con el globo se hace con cuidado y se emplea un objeto plano
para empujarlo contra el muro (como un libro), cualitativamente se podrá apreciar
que la magnitud de ambas fuerzas es la misma pues se observa una deformación
razonablemente igual.
A pesar de que las fuerzas de una interacción son
iguales, con frecuencia nos parece que esto no
sucede así. Por ejemplo, cuando choca un tráiler
contra un vehículo compacto, es claro que el
vehículo pequeño se ve más afectado y se piensa
que recibió una fuerza mayor. En realidad, ambos
reciben fuerzas iguales, pero como la masa del
vehículo compacto es menor, la aceleración que
recibe es mayor (figura 3) como se describe en la
segunda ley de Newton. Aunque durante una
interacción la magnitud de la fuerza es la misma
sobre cada objeto, el efecto puede ser diferente
debido a la masa de cada uno.
Figura 3. La magnitud de las
fuerzas durante la interacción
es la misma, pero la
aceleración que recibe el
vehículo pequeño es mayor
porque tiene menos masa.
Si bien primera y segunda leyes abordan los
efectos de las fuerzas netas en el estado de movimiento de un cuerpo, la tercera
ley habla del origen de las fuerzas aplicadas sobre el cuerpo. Entonces para la
ciencia, actualmente se considera que una fuerza aplicada es el resultado de
una interacción, que puede establecerse entre objetos que se tocan (fuerzas de
contacto) o entre objetos alejados (fuerzas a distancia).
Aunque como sucede con las leyes de Newton (que se expresan de manera
breve), hay muchas ideas que complementan y redondean al concepto anterior.
1. Actividades de comprensión
Realiza de manera individual las estrategias de comprensión lectora, antes,
durante y después de leer, de acuerdo con las indicaciones de tu profesor.
Forma equipo con tres o cuatro compañeros y resuelve las siguientes cuestiones.
1. Elabora una línea de tiempo con las ideas que derivaron en el concepto actual
de fuerza.
2. Marca con una ‘x’ el enunciado que emplea un concepto científico de fuerza
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
j.
k.
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
(
) La fuerza del destino me trajo hasta tu lado.
) Que la fuerza te acompañe.
) Una mesa aplica una fuerza sobre el piso.
) El Sol ejerce una fuerza sobre la Tierra.
) Cuando empujas un auto averiado, el auto también te empuja a ti.
) Te quiero con todas mis fuerzas.
) En una interacción siempre hay dos fuerzas.
) A fuerzas que me voy de viaje.
) Cuando dos coches chocan existe una fuerza entre ambos.
) Cuando me recargo en un muro, aplico una fuerza sobre éste.
) Te va mal por las fuerzas negativas de tu trabajo.
3. Explica con tus palabras la tercera ley de newton.
4. Reflexiona sobre las tres leyes de Newton y resuelve las cuestiones que se
plantean en el mapa de pensamiento Compara y Contrasta:
Mapa de pensamiento Compara y Contrasta
Leyes de Newton
1. ¿En qué se parecen?
2. ¿En qué se diferencian?
3. ¿Cuáles son las
semejanzas y diferencias
importantes?
4. ¿Qué conclusión
podemos obtener de
estas semejanzas y
diferencias?
2. Actividades de integración
Forma equipo con tres o cuatro compañeros para
resolver las siguientes cuestiones.
1. Un profesor obtuvo de internet la fotografía de un
golpe durante un combate de Artes Marciales
(figura 1) y la llevó a clase para mostrarla a sus
estudiantes. Al presentarla el profesor dijo:
“¡observen el golpe que esa nariz le da al
guante!”. ¿Tiene razón el profesor?, ¿la nariz
golpea al guante? Explica.
Figura1. Momento en un combate
2. Observa la figura 2. Muestra un ejercicio
durante una clase de Artes Marciales.
Comenta con tus compañeros qué fuerzas
se presentan cuando el deportista golpea el
saco de entrenamiento y construye
respuestas para las siguientes preguntas.
a. ¿Cuántas fuerzas se presentan durante la
interacción entre el deportista y el saco de
entrenamiento?
b. ¿Qué objeto(s) ejerce(n) fuerza(s)?
Figura 2. Entrenamiento en Artes
c. ¿Qué objeto ejerce una fuerza mayor?
marciales
Explica.
d. Dibuja la(s) fuerza(s) que se presentan
cuando el deportista golpea el saco. Puedes hacerlo sobre la figura o en
tu cuaderno.
e. ¿Cuál es la acción y cuál la reacción? Explica.
3. Una joven delgada y bajita acudió al concierto de su grupo musical favorito.
Cuando el grupo tocó su éxito más reciente y el público bailaba muy contento,
ella chocó con un muchacho alto y robusto como se muestra en la figura 3.
a.
Si ella fue la chocó con el
muchacho, ¿éste ejerce fuerza sobre ella?
Explica.
b.
Después del choque, la joven casi
se cae, mientras que el muchacho
prácticamente no se movió, ¿por qué?
Figura 3. Choque de una joven
delgada con un muchacho robusto.
4. Lulú y Pepe están practicando para una presentación de
baile en patines. Lulú es de poca estatura y finita (como de
45 kg), mientras Pepe es alto y grueso (de 90 kg
aproximadamente). En un momento de la coreografía,
permanecen quietos como se muestra en la figura 4 y de
repente Lulú empuja a Pepe con una fuerza de 60 N.
En esta situación:
a) ¿Pepe ejerce fuerza sobre Lulú? Explica.
b) En caso de que Pepe aplique fuerza sobre Lulú, ¿cuál
es la magnitud de esta fuerza (cero; igual, menor, mayor
a 60 N)?
c) Quién piensas que se mueve, ¿Lulú o Pepe?
d) En caso de que ambos se muevan, ¿quién lo hace
primero?
e) En caso de que ambos se muevan, ¿quién
Figura 4. Lulú y Pepe en un
adquiere más velocidad? Explica.
momento de su coreografía
3. Actividades de ejecución
1. Investiga que es el ‘cordonazo de San Francisco’ (puedes preguntar a tus
papás o abuelos), ¿qué idea de fuerza hay aquí?
2. Un gran admirador de Newton afirma que cuando caminamos empujamos a la
Tierra hacia atrás, mientras ella nos empuja hacia adelante, ¿es correcta esta
idea? Explica.
3. Luis encontró la imagen mostrada en la
figura 5 en el cuaderno de su hermano.
Explica qué representa.
4. Reúnete con dos compañeros.
 Identifiquen tres interacciones en su
entorno y tomen una fotografía de
cada una de ellas, o elaboren un
dibujo.
 Representen mediante vectores al
par de fuerzas que se presenta en la
interacción. Identifíquenlas con
Figura5. Imagen encontrada por Luis
literales como se muestra en la figura
de la pregunta anterior.
 Si se observa que los efectos de la interacción difieren para cada cuerpo,
expliquen por qué.
5. Observa el video que se encuentra en el sitio:
https://youtu.be/kWY4YAJcnx4
Dibuja en la figura 6 las fuerzas que actúan sobre el
cohete justo antes de que salga disparado.
6. Revisa en internet la forma en que se construyen
cohetes con agua (figura 7) y elabora uno. Con
apoyo de tu profesor pueden organizar un concurso.
Platiquen cuáles pueden ser los criterios para decidir
quién es el ganador.
Figura 6. Cohete de tercera ley.
7. ¿Y finalmente qué es una fuerza?
Figura7. Cohete de agua.
Fuentes de consulta
Texto
s
Segarra, P. y Jiménez, E. (2012). Física I. Conect@ entornos. México: SM de
Ediciones, S.A. de C.V.
Video
Conoce todo sobre la ley de Acción y Reacción en experimentos
https://youtu.be/kWY4YAJcnx4
Evolución histórica del concepto fuerza
http://www.lajpe.org/dec14/4601_Madrigal.pdf
Sitios
Desarrollo histórico del concepto de fuerza y su implicación en la educación
http://www.repositoriodigital.ipn.mx/bitstream/handle/123456789/2576/A06.pdf?sequenc
e=1
Descartes y el significado de la filosofía mecanicista
http://www.revista.unam.mx/vol.5/num3/art19/mar_art19.pdf
Sobre la frase de Newton “A HOMBROS DE GIGANTES” y el mal genio del genio
http://instintologico.com/sobre-la-frase-de-newton-a-hombros-de-gigantes-y-el-malgenio-del-genio/