Unidad Interactiva 2.2.3

El peso y la gravedad

Referencia curricular

Propósito

El interactivo tiene dos propósitos:

1. Que el alumno establezca la relación entre el peso de un objeto de masa constante y la aceleración de la gravedad en distintos cuerpos celestes.

2. Que el alumno identifique la relación entre la distancia y la fuerza de atracción gravitacional que experimentan los cuerpos, a partir de la representación vectorial de estas magnitudes y de la interpretación de gráficas de fuerza-distancia.

Instrucciones generales

El interactivo consta de 2 escenas: El peso y la gravedad 1 y El peso y la gravedad 2.

 
Los botones tienen la función siguiente:

Brinda acceso a la ayuda del interactivo.

Botón de despliegue del submenú para la navegación entre escenas.

1. El peso y la gravedad 1

Cuando accede al interactivo aparece una pantalla como la siguiente:

En esta pantalla se muestra una cápsula espacial dentro de la cual se encuentra un niño astronuauta con una báscula y un yunque colocados sobre una superficie, la cual corresponde a la de algún planeta de los que se encuentran dibujados a la izquierda. De manera predeterminada, el niño está colocado sobre la superficie de la Tierra. La cápsula cuenta además con una serie de botones y de textos en la parte superior e inferior. Los superiores (de color rojo) son botones de desplazamiento entre los planetas o satélites, en el centro de estos dos botones se encuentra el nombre del planeta activo.

El objetivo de esta escena es que el alumno ingrese la masa (en kilogramos) del yunque para lo cual se tendrá que teclear en el cuadro de texto y presionar intro. En la parte inferior hay un texto con el resultado del peso o la fuerza del objeto en los diferentes planetas. Los dos pulsadores de color verde sirven para cambiar de unidades el resultado, ya sean Kg o N.

Para trasladarse de un cuerpo celeste a otro, hay que presionar uno de los botones rojos de la parte superior de la cápsula: el izquierdo para ir al cuerpo anterior o el derecho para el posterior. Al trasladarse de un cuerpo celeste al otro, se podrá apreciar que la masa se mantiene constante en cualquiera de ellos, sin embargo, el peso y la fuerza gravitacional cambian, ya que están en función del radio y de la gravedad de cada planeta o satélite.

Inmediatamente se nota que el valor de la masa no varìa, mientras que el peso en Newtons cambia. En el caso que se ilustra, una masa de 100 Kg, que en la Tierra pesa 981 N, en Venus pesa sólo 892 N. En la Luna, esa misma masa, pesa únicamente 162 N. Aproveche este momento para relacionar el peso o fuerza gravitacional con el valor de la aceleración de la gravedad en cada uno de los cuerpos celestes.

Puede modificar la masa en cualquier momento, ingresándola en el cuadro de texto.

Para pasar a la segunda escena del interactivo, debe dar clic sobre una pequeña pestaña colocada en el menú de la esquina inferior derecha de la pantalla, junto al botón con el signo de admiración; aparecerá entonces un submenú con el nombre de la escena siguiente, haga clic sobre el nombre para ingresar.

2. El peso y la gravedad 2

En la segunda escena se observa el tablero con la información de la nave que se encuentra sobre determinado cuerpo celeste. Esta información consta del nombre del cuerpo activo, la distancia hacia el centro del cuerpo, la masa de la nave y la fuerza con la que el planeta atrae a la nave. Oprimiendo el botón "Gráfica" del lado derecho del tablero, se despliega la gráfica de distancia contra fuerza. Los dos botones rojos de desplazamiento sirven para cambiar de cuerpo celeste.

El alumno debe observar la relación que hay entre la distancia a la que está colocado un objeto (nave espacial) del planeta activo y la fuerza que el planeta ejerce sobre el objeto. Para lograr esto, el alumno debe mover la nave espacial a cualquier parte de la pantalla, al hacerlo la flecha que sale de la nave espacial hacia el centro del planeta cambiará de magnitud y de color (representación gráfica de la fuerza), teniendo una magnitud máxima y un color verde cuando la nave esté colocada sobre la superficie del planeta.

Al posicionar la nave cerca de algún cuerpo cleste activo, se verá que a mayor distancia, menor es la fuerza gravitacional y viceversa. Para ver la gráfica que muestra esto, presione el botón "Gráfica", que se encuentra a la derecha del texto que nos indica la distancia, en el centro del tablero.

En el centro de la pantalla aparecerá la representación gráfica del comportamiento de la fuerza respecto a la distancia de la nave. A continuación, se despliegan dos botones más en la parte superior del tablero; éstos sirven para modificar el tamaño de la gráfica, lo cual resulta muy útil en planetas muy pequeños o muy grandes.

Ahora, mueva la nave y observe la gráfica. Hay un punto de color rojo colocado sobre ella; dicho punto funciona como un cursor de posición que muestra exactamente dónde está colocada la nave. La masa de la nave tiene un valor predeterminado de 1000 Kg, pero puede variarlo oprimiendo en el botón triangular rojo que aparece a la izquierda de las palabras “masa de la nave ”. El cambio será automático después de presionar la tecla intro.

Puede compararse el tamaño del planeta activo con respecto al de la Tierra presionando el botón "Comparar el tamaño de los planetas", que se encuentra a la derecha del texto que nos indica la distancia, en el centro del tablero.

Para desaparecer la gráfica presione otra vez el botón "Gráfica", y haga lo mismo con el botón "Comparar el tamaño de los planetas" si ya no desea ver la comparación del tamaño.

Sugerencias didácticas.

Eje temático: Bloque II. Las fuerzas. La explicación de cambios.

Tema: Del movimiento de los objetos en la Tierra al movimiento de los planetas. La aportación de Newton.

Subtema: El peso de los objetos como consecuencia de la interacción gravitacional del objeto con un planeta u objeto celeste.

Destrezas científicas: Inferir la similitud entre la fuerza que mantiene a los planetas en órbita alrededor del Sol y la que provoca el peso de una persona o cualquier objeto. El tipo de interacción de la que provienen ambas fuerzas es la misma, es decir, la interacción gravitatoria.

Conocimientos previos: Los alumnos revisaron los temas previos del Bloque 1 y del Bloque 2. Sin embargo, es importante que retome el concepto de fuerza como medida de la interacción, conforme a la Segunda y Tercera leyes de Newton.

Ideas previas: Es posible que los alumnos tengan una confusión entre peso y masa, por lo que haga énfasis en que peso hace referencia a fuerza y masa a la cantidad de materia.

Estrategias didácticas:

En la primera parte del interactivo, procure que los alumnos modifiquen varias veces la masa y que la comparen en los diversos planetas y satélites. Fomente la participación y propicie que los alumnos relacionen la aceleración de la gravedad con la masa y la fuerza con que ésta es atraída, es decir, su peso.

En la segunda parte del interactivo, se pretende que los alumnos comprendan la relación entre fuerza gravitacional y distancia. Antes de iniciar, retome lo que aprendieron en la primera parte. Se parte de la idea de que la nave que se encuentra ubicada en la pantalla realizará un viaje saliendo de los diversos planetas y satélites. Coloque la nave en la superficie y revise los datos que se muestran en la pantalla; posteriormente, muévala en el sentido que desee y pida a los alumnos que observen lo que sucede con los datos. Puede realizar diversas preguntas como: ¿qué ha sucedido con la distancia, la fuerza y la masa? ¿por qué sucede lo anterior? ¿ha cambiado lo que pensabas al inicio del interactivo?

Después de responder las preguntas, presione el botón "Gráfica". La gráfica muestra una recta que va desde el valor cero hasta el valor del radio del planeta; esto quiere decir que si la nave pudiera hacer un viaje al centro del planeta, la fuerza disminuiría de tal manera que, a menor distancia al centro del planeta, menor será la fuerza gravitacional que experimente. Haga notar que esto sólo pasa cuando se hace un viaje hipotético al centro del planeta. En el interactivo sólo se muestra cómo varía la fuerza gravitacional en la gráfica, en el caso de este viaje hipotético.

Ubique a sus alumnos en la segunda parte de la gráfica, es decir en la curva que indica que la fuerza gravitacional nunca llega a ser cero, por más que un objeto se aleje del cuerpo celeste en cuestión.

Créditos

Autor
Carlos Alberto Jaimes Vergara

Propuesta de contenido
Abraham Pita Larrañaga

Adaptación a DescartesJS: Juan Gmo. Rivera Berrío y José R. Galo Sánchez (2016)

Sus contenidos se distribuyen bajo una licencia de Creative Commons by-nc-sa.  La unidad utiliza Descartes que es software libre.