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Primera ley del movimiento mecánico (ley de la inercia)

Objetivos

  • Definir e ilustrar mediante ejemplos concretos de la sociedad el concepto de inercia.
  • Enunciar, interpretar y aplicar a diferentes hechos y fenómenos de interés social la primera ley movimiento mecánico.
  • Resolver problemas cualitativos donde se aplique la primera ley movimiento mecánico en diversas situaciones de la vida, la naturaleza y la técnica.

IDEAS ESENCIALES Y ALGUNOS COMENTARIOS METODOLÓGICOS

Ideas esenciales

Resulta interesante debatir con los estudiantes la evolución de las ideas acerca las causas del movimiento. Detenerse en las ideas Aristotélicas y a valorar las planteadas por Galileo y Newton, acerca del movimiento, resulta un recurso más para incidir en una idea alternativa que tienen los estudiantes sobre este tema.

Aristóteles (384-322 ane) fue uno de los filósofos que reflexionó acerca de la causa de los movimientos. Según Aristóteles el estado natural de los cuerpos es el reposo y que para mantener un cuerpo en movimiento se necesita una interacción con otro. Esta idea prevaleció durante mucho tiempo.

Mucho tiempo pasó antes de que fuera admitida la idea de la posibilidad de que pudiera existir un movimiento sin que hubiera interacción con otro cuerpo. Galileo Galilei (1564-1642), contribuyó notablemente a refutar la visión de Aristóteles sobre el movimiento de los cuerpos.

Isaac Newton (1642-1727) generalizó los descubrimientos desarrollados por Galileo sobre las condiciones bajo las cuales un cuerpo se mantiene en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme.

Dentro del sistema de conceptos importantes en este tema se encuentran:

Inercia: consiste en el hecho de que los cuerpos conservan su estado de movimiento.

Primera ley del movimiento mecánico: Todo cuerpo continúa en su estado de reposo, o de movimiento uniforme en línea recta, mientras sobre él no actúen otros cuerpos o las acciones estén compensadas.

Resulta importante debatir con los estudiantes las condiciones necesarias para que esta ley se cumpla. El análisis lo permitirá la siguiente interrogante.

¿Es válida la primera ley del movimiento mecánico en cualquier sistema de referencia? Argumenta tu respuesta.

Sistema de referencia inercial: Sistemas de referencia que están en reposo o se mueven con velocidad constante respecto a otros, en ellos se cumple la primera ley y son denominados sistemas inerciales de referencia.

Sistema de referencia no inercial: En los sistemas acelerados generalmente no se cumple la primera ley. A estos sistemas se les conoce como sistemas de referencia no inerciales.

Comentarios metodológicos

Son variados los ejemplos que demuestran la validez del principio de la inercia y donde se manifiesta la primera ley del movimiento. Estos pueden ser utilizados por el profesor para arribar al enunciado de la ley. Entre ellos se encuentran:

1. El movimiento de las personas que viajan en el interior de un auto cuando:

  • el auto arranca

Comentario. Todas las personas que se encuentran en su interior son lanzadas hacia atrás. La fuerza impulsa al auto hacia delante, sin embargo, no lo hace sobre los pasajeros. Estos tienden a conservar la velocidad que tenían, o sea, mantener el estado de reposo.

  • el auto frena bruscamente

Comentario. Los pasajeros son lanzados hacia delante. Los frenos actúan sobre las ruedas del auto, como los pasajeros se movían con la velocidad que tenía el auto en el momento de frenar, tienden a conservar su estado de movimiento (en módulo, dirección y sentido). Esta es una buena oportunidad de destacar la función del cinturón de seguridad en los autos y la necesidad de utilizarlo.

  • el auto toma una curva.

Comentario. Por razones similares a los casos anteriores, las personas que viajan en él se mueven en sentido contrario a la curva.

2. Experimento 1

1L

Comentario

Una esfera rueda por un plano inclinado. Durante su movimiento choca con una elevación de arena. La esfera se detiene en una determinada posición (indicarla).

Disminuir la altura de la elevación de arena y dejar rodar la esfera por el plano inclinado. Se observa que la esfera recorre mayor distancia.

¿Cómo proceder para lograr que la esfera se mueva un mayor tiempo?

¿Qué sucedería si se eliminaran todos los obstáculos?

Concluir que:

  • Para lograr que la esfera se mueva un mayor tiempo, debemos disminuir los obstáculos. La superficie por donde rueda la esfera debe ser más pulida, por ejemplo de vidrio.
  • El cuerpo continuaría moviéndose en línea recta y con velocidad constante.

3. Experimento

2l Montar una instalación tal como indica la figura. El carro pequeño puede sustituirse por una pelota.
3l Imprimir un impulso al carro mayor. Este se desplaza, mientras el carro pequeño conserva su posición con respecto al suelo. Mantiene su estado de reposo.
4l Hacer que ambos carros se muevan con movimiento rectilíneo uniforme y después detener el carro mayor. El más pequeño mantiene su estado de movimiento con respecto a la mesa, sin variar el valor de su velocidad, o sea, sin aceleración hasta que sea afectado por la acción de otros cuerpos.
Propuesta de ejercicios

1. ¿Por qué resulta imposible detener bruscamente un tren, un auto, u otro medio de transporte en movimiento?

2. El sabio italiano Galileo Galilei afirmaba que cualquier velocidad, una vez impartida a un cuerpo, se mantendrá constante en tanto no existan causas de aceleración o retardamiento, fenómeno que solo se observará aproximadamente en planos horizontales donde el rozamiento se haya reducido a un mínimo.

Supongamos que desde un plano inclinado de altura h, dejamos rodar una esfera. La superficie inmediata delante del plano está cubierta por:

a) una capa delgada de arena

b) una superficie de madera

c) una superficie de vidrio

5l

¿En cuál de los casos la esfera realiza un mayor desplazamiento sobre la superficie horizontal? Justifica tu respuesta. (LT 10mo. Pág 111. ejercicio 1)

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