Clase modelo
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Este documento presenta un plan de clase modelo sobre el tema de la energía mecánica. El plan describe los objetivos de la clase, que son explicar los conceptos de energía cinética, energía potencial y el principio del trabajo y la energía. También describe los contenidos que se cubrirán, como tipos de energía e introducir el concepto de energía, así como la metodología y cronograma de la clase.
Clase modelo
- 1. ” Año de la Promoción de la Industria Responsable y Compromiso Climático UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICA METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA PLAN DE CLASE MODELO “PRINCIPIO DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA” ALUMNO: MARCO ANTONIO ALPACA CHAMBA ESCUELA PROFESIONAL DE: FÍSICA PROFESOR: Lic. Jorge Y. Aliaga Collazos. Ciudad universitaria, 03 de Diciembre del 2014
- 2. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICA ESCUELA PROFESIONAL DE FÍSICA AREA DE HUMANIDADES -CURSO: METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA -PROFESOR: Lic. Jorge Y. Aliaga Collazos -Documento: Plan de clase Modelo I.-DATOS INFORMATIVOS -Motivo: Clase modelo Demostrativa -Docente-Participante: Marco Antonio Alpaca Chamba -Tema central: Energía mecánica -Temas específicos: La energía cinética La energía potencial Principio del trabajo y la energía II.- ADMINISTRACIÓN DE APRENDIZAJE 1. Motivación 2. Adquisición 3. Elaboración 4. Fijación-Refuerzo 5. Comprobación. III.-DATOS REFERENTES A LA CLASE 1.-Objetivos.- Al final de la clase los alumnos serán capaces de: a.- Objetivo General: Conocer y comprender el concepto de energía, sus principales formas y cómo la energía se transfiere de una forma a otra haciendo un trabajo. b. – Objetivos Específicos: -Descubrir un concepto de energía, que permita dar explicación a los fenómenos físicos, pero enmarcados en la física clásica. -Conocer algunas formas de energía que se presentan en la naturaleza. -Establecer el principio del trabajo y la energía. 2. -Contenidos: Preguntas motivadoras: ¿Qué tienen en común con las moléculas, los coches, los ríos, y el viento? Una respuesta es que todas estas cosas se mueven debido a la energía. ¿Qué es la energía? ¿Cómo causa la energía el movimiento? Usted sabe que "todo lo que sube tiene que bajar" pero ¿puede explicar por qué? Estas son algunas de las preguntas que encontrará contestado en este tema. Sub-temas: Introducción a la energía Tipos de energía ¿Cómo hacer que un objeto transfiera una forma de energía a otra forma? Principio del trabajo y la energía Resumen Conclusión
- 3. 3.- Metodología: -Inductivo -Deductivo -Holístico -Heurístico -Sintético 4.- Acciones Saludo y presentación del tema, motivar, exponer y argumentar, comentar y concluir, responder a las dudas, finalizar 5.- Medios de material didáctico Medios auxiliares: Imágenes y Diapositivas de Síntesis. Material didáctico: Pizarra, tiza o plumones. 6. -Cronograma: 20 minutos. -Introducción: 5 minutos -Exposición: 10 minutos -Conclusiones y palabras finales: 5 minutos. 7.- REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA: Para el profesor: -TIPLER, PA. FÍSICA PARA LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA Ed Reverté -DOUGLAS C. GIANCOLI Física para Universitarios Para el alumno: -ALONSO-FINN, “FISICA”, Ed. Addison-Wesley Iberoamericana -Frederick J. Bueche Fisica general McGraw-Hill Interamericana de España 10 de diciembre del 2014 Atentamente El docente participante
- 4. Introducción a la Energía. En los términos más amplios posibles, la física es el estudio de la relación entre la materia y la energía. La materia es el "material" del universo, todo a nuestro alrededor que tiene masa y ocupa un espacio. A diferencia de la materia que experimentamos todos los días con nuestros cinco sentidos, la energía no tiene cuerpo o sustancia. Más bien, es el combustible que hace que la materia se mueva. Sin energía, la materia sería "inerte". No tendría movimiento, ni calor, ni luz. En la física, la energía se define comola capacidad para hacer un trabajo. A fin de que la materia se vuelva energía, se requiere hacer trabajo sobre él. El trabajo es el proceso de transferencia de energía en otra a partir de una de sus muchas formas. Tipos de Energía La energía es el combustible de un objeto. Cuando el trabajo se está haciendo en el objeto, la cantidad de combustible que el objeto tiene cambia. Este combustible se puede expresar de muchas maneras diferentes. Los dos principales tipos de energía son la energía cinética y la energía potencial. La energía cinética es la energía del movimiento, la energía que sabemos que existe porque se observa una pieza de materia en movimiento. Un objeto que se mueve más rápido, tiene más energía cinética. La energía térmica o calorífica es la energía que genera objetos calientes. Es una forma de energía cinética en el nivel molecular. Cuando hervimos el agua en una tetera, estamos aumentando la energía cinética de cada partícula de agua en la tetera. La energía cinética colectiva de todas estas partículas se llama energía térmica. El "silbido" familiar de una tetera ilustra cómo la energía térmica del vapor en expansión podría ser objeto de un uso para hacer un trabajo. La energía potencial es energía que está almacenada o energía que no está realmente en uso en el momento actual. Hay siete tipos de energía potencial:
- 5. Energía potencial gravitatoria es la energía almacenada en un objeto debido a su altura en una zona donde la fuerza de gravedad puede actuar sobre ella para hacerla caer. El agua en la parte superior de las Cataratas se puede decir que tiene la energía potencial gravitatoria ya que puede ser utilizado para hacer un trabajo. Energía potencial elástica es la energía almacenada por el doblado, estiramiento o compresión de la materia. Energía química potencial es la energía que se almacena en los enlaces químicos de la materia y puede ser liberado por medio de una reacción química. Un sándwich, la gasolina son ejemplos de energía química potencial. Energía potencial eléctrica es la energía almacenada cuando las cargas eléctricas estáticas se mantienen a cierta distancia. Energía potencial magnética, como la energía potencial eléctrica, se almacena en el espacio entre dos imanes. La energía radiante es una forma complicada de la energía potencial que es realizada por ondas electromagnéticas. Como una de estas ondas de energía radiante viaja, la energía almacenada se desplaza entre una forma de energía potencial eléctrico y magnético. Ambas formas visibles e invisibles de energía radiante provienen de fuentes tales como el Sol. La energía radiante puede hacer un trabajo sobre la materia mediante la transferencia de su energía a otras formas, como el calor.
- 6. Energía potencial nuclear es la energía almacenada en el núcleo de un átomo que está esperando a ser liberado en una reacción nuclear. ¿Cómo hacer que un objeto transfiera una forma de energía a otra forma? El elemento común es que para realizar un trabajo, una fuerza debe aplicarse. En otras palabras, la energía es transferida al aplicar una fuerza al objeto que recibe la energía. Figura 2 Cuanto mayor sea la distancia, más trabajo se hace La Figura 2 muestra que si la fuerza se aplica sobre un desplazamiento mayor, entonces la cantidad de energía transferida o el trabajo realizado será mayor. Podemos calcular cuantitativamente la cantidad de trabajo realizado mediante el uso de la siguiente fórmula: , donde es la fuerza aplicada en newtons (N), es el desplazamiento en metros (m), y W es el trabajo en newton-metros (N.m). 1 N.m se le da el nombre de la unidad derivada del joule (J).
- 7. PRINCIPIO DEL TRABAJO Y LAENERGÍA Considere una partícula de masa m que se somete a una fuerza F y que se mueve a lo largo de una trayectoria que es rectilínea o curva (figura 3). Figura 3 Al expresar la segunda ley de Newton en términos de las componentes tangenciales de la fuerza y de la aceleración, se escribe: , donde v es la velocidad de la partícula. Al recordar que v = ds/dt, se obtiene Al integrar desde A1, donde s = s1 y v = v1, hasta A2, donde s = s2 y v = v2, se escribe: El miembro de la izquierda de la ecuación (13.8) representa el trabajo U1→2 de la fuerza F ejercida sobre la partícula durante el desplazamiento de A1 a A2, el trabajo U1→2 es una cantidad escalar. La expresión 1/2mv2 es también una cantidad escalar; se define como la energía cinética de la partícula y se denota mediante T. Se escribe: Al sustituir en (13.8), se tiene; , la cual expresa que, cuando la partícula se mueve de A1 a A2 bajo la acción de una fuerza F, el trabajo de la fuerza F es igual al cambio de la energía cinética de la partícula. Lo anterior se conoce como el principio del trabajo y la energía. Al rearreglar los términos en (13.10), se escribe Así, la energía cinética de una partícula en A2 puede obtenerse agregando a su energía cinética en A1 el trabajo realizado durante el desplazamiento de A1 a A2 que lleva a cabo la fuerza F ejercida sobre la partícula. Al igual que la segunda ley de Newton de la cual se deriva, el principio del trabajo y la energía se aplica sólo con respecto a un marco de referencia newtoniano. La
- 8. rapidez v que se emplea para determinar la energía cinética T debe, por lo tanto, medirse con respecto a un marco de referencia newtoniano. Puesto que tanto el trabajo como la energía cinética son cantidades escalares, su suma puede calcularse como una suma algebraica ordinaria, considerándose el trabajo U1→2 positivo o negativo de acuerdo con la dirección de F. Cuando varias fuerzas actúan sobre la partícula, la expresión U1→2 representa el trabajo total de las fuerzas que actúan sobre la partícula; ésta se obtiene sumando algebraicamente el trabajo de las diversas fuerzas. CONCLUSIÓN: Por consiguiente, la energía cinética de una partícula representa también la capacidad para realizar trabajo asociado con la velocidad de la partícula. REFERENCIABIBLIOGRÁFICA: TIPLER, PA. FÍSICA PARA LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA Ed Reverté DOUGLAS C. GIANCOLI Física para Universitarios ALONSO-FINN, “FISICA”, Ed. Addison-Wesley Iberoamericana