Sesión 32, Tercer Grado – Ciencias Naturales

Guías metodológicas para el docente de Ciclo Básico/Ciencias Naturales/Tercer Grado/Sesión 32
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Autor	Ministerio de Educación de Guatemala
Área	Ciencias Naturales
Nivel y/o grado	Básico 3er grado
Competencia	4. Resuelve problemas vinculados con los fenómenos físicos, químicos y biológicos que ocurren en su contexto.
Indicador	4.7. Explica la relación entre los conceptos de trabajo, potencia y energía mecánica en problemas de la vida cotidiana.
Saber declarativo	4.7.1. Trabajo y energía. Definición de trabajo. Definición de trabajo hecho por una fuerza constante, paralela, anti paralela o perpendicular al desplazamiento. Unidades de trabajo y potencia S.I. y en el sistema inglés.
Tipo de licencia	Derechos reservados con copia libre
Formato	HTML; PDF
Responsable de curación	Editor
Última actualización	2020/06/20

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Tiempo sugerido 4 períodos

Introducción

La energía es una propiedad inherente de los cuerpos, que les permite realizar cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. La energía puede ser almacenada por un cuerpo o puede ser transferible. Esto da lugar al principio de la conservación de la energía que establece que: «la energía no se crea ni se destruye, solamente se transforma».

Esas transformaciones de energía se pueden observar a diario en el caso de la energía solar. Esta es transformada por las plantas en energía química, la cual produce alimento para los seres vivos. Estos alimentos les permite a los animales que las comen realizar otras funciones como la locomoción, convirtiendo así la energía química en energía cinética.

La energía y el trabajo tienen una relación muy estrecha, porque la transferencia de energía hacia un cuerpo provoca trabajo o, en otros casos, ondas y calor. En la mecánica el trabajo se define como el desplazamiento que sufre un cuerpo al aplicarle una fuerza. El trabajo ésta dado por la dimensional Joule en el Sistema Internacional.

Recursos didácticos

• Pizarrón
• yeso y marcador
• diario de clase
• calculadora
• lápiz
• lapiceros
• crayones
• marcadores
• globos
• hilo
• pajillas.

Inicio

Presente a los estudiantes la siguiente frase:

“ El genio está compuesto de un uno por ciento de inspiración y un noventa y nueve por ciento de transpiración. ” — Thomas Alva Edison

• Invite a los estudiantes a escribir su propia frase positiva relacionada con el trabajo y la energía y a anotarla en su cuaderno de forma creativa.
• Exhorte a los estudiantes a compartir la frase que elaboren con el resto del grupo e invítelos a predecir el tema a tratar en clase. 

Verificación de actividadesCerciórese que las frases sean positivas y escritas de forma creativa.

Permita que los estudiantes expresen sus ideas con el resto del grupo. 

Desarrollo

Presente a los estudiantes el tema, que es trabajo y energía. Organice a los estudiantes en grupos de 5 para realizar carreras de globos.

• Colocar 5 hilos tensados en un espacio dentro del aula u otra localización,
• En cada hilo enhebrar una pajilla,
• Adherido a la pajilla con cinta adhesiva colocar un globo desinflado,
• Cada alumno del grupo debe inflar un globo sin romperlo, pero no debe amarrarlo,
• Una vez inflado el globo dejarlo ir para que recorra el trayecto del hilo al desinflarse (ver ilustración).

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• Analice con los estudiantes la relación entre fuerza energía y trabajo a partir de esta actividad:
  • ¿Qué globo realizó más trabajo?
  • ¿Qué globo tenía mayor fuerza, que le permitió mayor aceleración?
  • ¿Qué permitió que el globo se moviera?

Invite a los estudiantes a realizar una lectura sobre el trabajo y que completen un organizador gráfico como el que se ilustra sobre la definición de trabajo y otros conceptos relacionados con él. 

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Explique brevemente el tema trabajo:

• El trabajo regularmente está asociado con realizar un esfuerzo sobre algo. Para realizar este trabajo se tendrá que transferir energía, que provocará un desplazamiento de este cuerpo.
• La definición de trabajo es el desplazamiento que produce una fuerza aplicada a un cuerpo. Este desplazamiento será en la misma dirección que la fuerza aplicada.
• La dimensional de trabajo es Joule:

  [math]\displaystyle{ J = N * m }[/math]

• La expresión matemática para trabajo es:

  [math]\displaystyle{ W = F * d * cos \alpha }[/math]

  Donde:

  W = trabajo

  F = Trabajo

  d = distancia

  cos ⍺ = coseno del ángulo alfa

• Cuándo no se realiza trabajo:
  • No se realiza trabajo cuando la fuerza aplicada es perpendicular al trabajo, formando un ángulo de 90° y el coseno es cero. Ejemplos de esto son la fuerza normal y la fuerza de peso.
  • Cuando se aplica una fuerza pero no hay desplazamiento tampoco existe trabajo.
• Cuándo no se aplica el coseno del ángulo:
  • Si el desplazamiento es sobre un solo sentido el ángulo formado es de 180°, por lo tanto el coseno es 1 y la fórmula se puede reducir a:

    [math]\displaystyle{ W = F * d }[/math]

Ejemplo 1

• Sobre una caja se aplica una fuerza de 10N que hace que la caja sufra un desplazamiento de 2.5 m. Calcule el trabajo realizado. No considere la fuerza de fricción.

  [math]\displaystyle{ W = F * d }[/math]

  [math]\displaystyle{ W= 10N * 2.5 m }[/math]

  [math]\displaystyle{ W= 25 N * m }[/math]

  [math]\displaystyle{ W= 25 J }[/math]

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Ejemplo 2

• Suponga que esa misma caja es jalada por medio de un carrito, formando un ángulo de 30°, donde se ejerce la misma fuerza de 10N del ejercicio anterior y el desplazamiento es el mismo. ¿Cuál es el trabajo realizado? Estime si es más o menos que en el ejemplo anterior antes de realizar el cálculo.
  [Editar]

  [math]\displaystyle{ W = F * d * \cos \alpha }[/math]

  [math]\displaystyle{ W = 10N * 2.5m \cos 30° }[/math]

  [math]\displaystyle{ W = 3.85J }[/math]

• El trabajo realizado es menor cuando la fuerza se aplica en un ángulo. Por esa razón muchos objetos pesados se jalan por medio de poleas y también es más fácil sacar un carro estancado utilizando una palanca o cuña. Las máquinas simples utilizan este principio. 

Verificación de actividades

Aclare que la W de trabajo deberá ser mayúscula y no se debe confundir con la w minúscula de peso.

Atienda las dudas que plantearán los estudiantes durante el desarrollo del tema.

Cerciórese que los estudiantes presten atención al tema y luego permita que anoten en su cuaderno los datos importantes proporcionados.

Revise que los ejercicios estén realizados correctamente. 

Cierre

• Solicite a los estudiantes responder las siguientes preguntas de metacognición sobre el tema tratado.

1. ¿Cómo puedo mejorar?
2. ¿Qué me ha resultado fácil, difícil y novedoso?
3. ¿Cómo lo he aprendido?
4. ¿Qué he aprendido? 

Combinación de dos o más palabras usadas con valor comunicativo. La frase puede ser parte de una oración o usarse de manera independiente.