1- Guia docente

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Guía docente 
 
 
Gravedad y péndulo 
 
 
PhET Interactive simulations – IU Digital 
 
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Guía docente: Gravedad y péndulo 
 
 
Grado escolar: 10° 
Guía número 13 de 20 
 
Contenido 
 
Guía docente: Gravedad y péndulo ..................................................................................... 1 
Guía docente ........................................................................................................................ 2 
Objetivos de aprendizaje de esta guía ................................................................................. 2 
Derechos Básicos de Aprendizaje (DBA) abordados en esta guía ....................................... 2 
Explorando la actividad para estudiantes (notas y recomendaciones) ............................... 3 
Introducción e ideas iniciales ............................................................................................... 3 
Experimento #1: Uso de la simulación PhET ........................................................................ 4 
Experimento #2: Péndulo simple ......................................................................................... 5 
Experimento #3: Gravitómetro ............................................................................................ 5 
Conexión con la vida diaria y otras curiosidades ................................................................. 6 
Referencias ........................................................................................................................... 7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Guía docente 
 
Este documento tiene por objetivo ayudar al cuerpo docente a prepararse para llevar la 
actividad al aula, familiarizándose con los materiales, las actividades y lo que se espera 
que las y los estudiantes contesten. 
 
 
Objetivos de aprendizaje de esta guía 
 
Al finalizar las actividades didácticas de esta guía, cada estudiante estará en capacidad de: 
 
• Relacionar el movimiento de un péndulo con el tiempo. 
• Identificar las propiedades del péndulo, según su longitud y las interacciones que 
condicionan su movimiento. 
• Aplicar el movimiento del péndulo para calcular las magnitudes de interacciones 
gravitacionales de algunos cuerpos celestes. 
• Reconocer los principios que describen un movimiento oscilatorio. 
 
 
Derechos Básicos de Aprendizaje (DBA)1 abordados en esta 
guía 
 
 
 
 
1 Obtenido del documento: Ministerio de Educación Nacional & Universidad de Antioquia. (2016). Derechos Básicos de Aprendizaje. 
Panamericana Formas E Impresos S.A. ISBN: 978-958-691-923-4 
https://aprende.colombiaaprende.edu.co/sites/default/files/naspublic/DBA_C.Naturales.pdf 
Grado DBA Evidencia de aprendizaje 
Decimo Comprende la conservación de la 
energía mecánica como un 
principio que permite cuantificar 
y explicar diferentes fenómenos 
mecánicos: choques entre 
cuerpos, movimiento pendular, 
caída libre, deformación de un 
sistema masa-resorte. 
 
Predice cualitativa y cuantitativamente el 
movimiento de un cuerpo al hacer uso del 
principio de conservación de la energía 
mecánica en diferentes situaciones físicas. 
https://aprende.colombiaaprende.edu.co/sites/default/files/naspublic/DBA_C.Naturales.pdf
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Explorando la actividad para estudiantes (notas y 
recomendaciones) 
 
Es importante que, antes de desarrollar las actividades propuestas en esta guía, cada 
docente las realice con visión de estudiante, para asegurarse de que las instrucciones son 
claras e identificar posibles dificultades que sus estudiantes puedan tener. 
 
 
Introducción e ideas iniciales 
 
El péndulo es un instrumento básico de medición que permite describir algunos 
fenómenos naturales que pueden aplicarse en escenarios científicos e industriales. 
Aunque tus estudiantes pueden relacionarlo con un reloj, seguramente desconocen que 
se puede medir la gravedad terrestre con un péndulo simple. 
 
Una buena forma de comenzar a introducir el péndulo simple es con preguntas que 
permitan identificar las ideas previas que tengan tus estudiantes, por ejemplo, si lo 
identifican en algún fenómeno natural o artificial. Puedes pedirles que describan el 
movimiento con su cuerpo (manos, pies, brazos, etc.). 
 
Para la mayoría de tus estudiantes el tamaño o el peso de la masa que cuelga de un 
péndulo influye en su movimiento (Ruggiero et al., 1985). Seguro el tamaño del cuerpo sí 
influye en el movimiento del péndulo por extender la longitud del sistema que oscila, pero 
el peso de la masa no influye en el período de oscilación del movimiento pendular, aunque 
sí en su trayectoria con respecto a la rotación terrestre. Esta experiencia, que no se 
propone en la guía y en la que la masa influye con respecto a la rotación terrestre, se 
conoce como péndulo de Foucault y permite demostrar que la magnitud de la inercia (es 
decir, la masa) determina el movimiento pendular con respecto a un observador en la 
Tierra, pero no con respecto a un observador ubicado en un marco inercial de referencia. 
Situación que usó Foucault para demostrar que la Tierra rota (Adúriz-Bravo et al., 2000). 
 
Por otro lado, no es muy común creer que un péndulo de longitud corta oscila más 
despacio que otro con longitud larga. Por esta razón, es importante discutir previamente 
qué sucede ahí, para que luego hagan el montaje con la simulación de PhET, o 
presencialmente, y saquen sus propias conclusiones. 
 
 
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Experimento #1: Uso de la simulación PhET 
 
La actividad propuesta en esta guía se realiza con la simulación PhET2 Péndulo simple, que 
se encuentra en el siguiente enlace: 
https://phet.colorado.edu/sims/html/pendulum-lab/latest/pendulum-lab_es.html. 
 
En la simulación se presentan tres escenarios: introducción, energía y laboratorio. 
 
En esta guía no sugerimos trabajar con Energía, pero cada docente puede diseñar una 
experiencia con el concepto de energía de manera particular o como complemento a esta. 
 
Introducción es un escenario que permite estimar, medir o comparar algunas magnitudes 
directas relacionadas con el péndulo como el tiempo de oscilación, la longitud, la gravedad 
del lugar donde está y la fricción que condiciona su movimiento. También permite calcular 
magnitudes físicas de forma indirecta como el periodo de oscilación y la gravedad de un 
planeta misterioso. 
 
Laboratorio es similar a Introducción, con la posibilidad de obtener el periodo de 
oscilación de manera directa y estudiar la energía del sistema, aunque no permite 
comparar dos péndulos. 
 
Para conocer más acerca de la simulación visita el sitio web de: 
PhET:https://phet.colorado.edu/es/simulation/pendulum-lab#for-teachers-header. 
Allí encontrarás guías con la descripción de los objetivos de aprendizaje que cubre la 
simulación, y otras actividades para implementar en tu grupo. 
 
Se propone en esta guía poner un péndulo en diferentes condiciones de gravedad, 
sincronizado con un reloj terrestre, con el fin de determinar si la longitud, la amplitud de 
oscilación, la masa que cuelga y la fricción, afectan el periodo con que oscila el péndulo. 
 
En este punto, posiblemente tus estudiantes no sepan qué es el periodo de oscilación y la 
amplitud de un péndulo, por lo que deberás plantear una estrategia para que se apropien 
de estos conceptos. 
 
También vamos a calcular la gravedad de un planeta misterioso. 
 
2 La simulaciones del proyecto PhET tienen licencia CC BY 4.0, y puedes acceder a todas en https://phet.colorado.edu/es/ 
https://phet.colorado.edu/sims/html/pendulum-lab/latest/pendulum-lab_es.html
https://phet.colorado.edu/es/simulation/pendulum-lab#for-teachers-header
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
https://phet.colorado.edu/es/
https://phet.colorado.edu/es/
https://phet.colorado.edu/es/
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Consideraciones sobre el experimento● Aunque en la simulación aparece la opción Energía, no la vamos a usar en esta 
experiencia, pero cada quien es libre de diseñar experiencias que involucren 
energía. 
 
Experimento #2: Péndulo simple 
 
Esta es una actividad similar a la que ofrece la simulación de PhET, pensada para medir o 
comparar algunas experiencias, pero con un montaje presencial. Uno de los objetivos es 
evidenciar que el periodo de oscilación de los péndulos no se afecta por la masa del cuerpo 
que oscila, porque la idea previa de que sí, es muy común (Ruggiero et al., 1985). 
 
Una idea que no es necesaria de abordar, pero que vale la pena mencionar, es que la masa 
sí condiciona el movimiento del péndulo. Es decir, el péndulo simple siempre oscila en un 
mismo plano, situación que no podemos ver con los péndulos comunes, pero que sí se 
puede ver en péndulos de Foucault. Como consecuencia, al permanecer un péndulo 
simple oscilando en el mismo plano, se puede demostrar que la Tierra rota. 
 
Si deseas abordar este tema, es importante explicarlo previamente o sugerir consultas, 
para que tus estudiantes saquen conclusiones a partir de su experiencia y la de Foucault. 
 
Experimento #3: Gravitómetro 
 
Vamos a construir un péndulo simple que nos permita calcular la gravedad del lugar donde 
estamos. Como se menciona en varias ocasiones en esta guía, para obtener un periodo de 
oscilación con menos errores, es necesario tomar varias medidas de oscilaciones en el 
tiempo. 
Si existe la posibilidad de hacer medidas en varios lugares con alturas diferentes (por 
ejemplo, a nivel del mar y en una alta montaña), tus estudiantes podrán identificar los 
cambios entre el periodo de oscilación del péndulo en un lugar y el otro. 
 
Las magnitudes de las interacciones gravitacionales dependen de la distancia al centro de 
gravedad del objeto que produce el campo gravitacional. Entre más cerca al centro de 
gravedad, mayor es la magnitud de la gravedad. Por eso, cuando un cuerpo se aleja de la 
Tierra, la magnitud de la gravedad disminuye (Moro et al., 2007). 
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Sería importante aprovechar estas experiencias para dialogar y discutir sobre un concepto 
de gravedad menos newtoniano y más einsteniano. El modelo newtoniano permite 
describir las interacciones gravitacionales, pero no sus causas. Por tanto, no debería 
hablarse de atracción gravitacional, sino de cómo la modificación del espacio tiempo, por 
la presencia de un cuerpo masivo, condiciona el movimiento de los objetos cercanos al 
cuerpo masivo (Sotelo, 2012). 
 
 
Consideraciones sobre el experimento 
 
● Los péndulos simples describen movimientos armónicos con pequeñas 
oscilaciones. Describir movimientos armónicos simples requiere de matemáticas 
más avanzadas, por lo que queda fuera del contenido de esta guía. 
● En lugar de la papa se podrían usar otras opciones como plastilina, papel o láminas 
de aluminio. 
● Se habla en esta guía de marco de referencia fijo. Un marco de referencia fijo puede 
ser inercial o no inercial. Sería importante, aunque no necesario, que ayudes a tus 
estudiantes a asimilar todos estos conceptos o aplicarlos en hipotéticos escenarios, 
para determinar si son marcos inerciales o no, es decir, si son marcos de referencia 
acelerados o no. Lo que podría, a futuro, pensar en actividades que propongan un 
péndulo simple como un acelerómetro. 
 
 
Conexión con la vida diaria y otras curiosidades 
 
Si bien la guía habla de algunos fenómenos y aplicaciones del péndulo, sería bueno que 
generes un escenario de participación donde tus estudiantes descubran o creen 
experiencias en las que el péndulo o sus principios físicos sean un fundamento de algún 
fenómeno natural o aplicación industrial. 
 
Aplica lo aprendido 
 
Los péndulos usados en dispositivos mecánicos como los relojes, han sido sustituidos por 
osciladores armónicos electrónicos, análogos y digitales. Por tanto, existen más 
aplicaciones de otros osciladores mecánicos y eléctricos (análogos o digitales) que de 
péndulos simples como tal, pero la visibilización y comprensión del fenómeno se 
reproduce de manera más fácil con péndulos simples. 
 
Dicho de otra manera, los principios físicos de muchos osciladores armónicos se pueden 
modelar con el movimiento armónico de un péndulo simple. 
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Referencias 
 
 
● Adúriz-Bravo, A., Bonán, L., Ure, C. & Garea, M. (2000). Trabajo de aula y trabajo 
de laboratorio. Propuesta para repensar los planos teórico y práctico del péndulo 
de Foucault. Revista de Enseñanza de la Física, 13(1), 5-22. 
https://revistas.unc.edu.ar/index.php/revistaEF/article/view/16052/15884 
 
● Moro, L., Viau, J., Zamorano, R. & Gibbs, H. (2007). Aprendizaje de los conceptos 
de masa, peso y gravedad. Investigación de la efectividad de un modelo analógico. 
Revista Eureka sobre enseñanza y divulgación de las ciencias. 4(2), 272-286. 
 
● Ruggiero, S., Cartelli, A., Dupre, F. & Vicentini-Minzoni, M. (1985). Weight, gravity 
and air pressure. European Journal of Science Education, 7(2), 181-194. 
 
● Sotelo, J. (2012). El concepto de gravedad desde las concepciones de Newton y 
Einstein: Una propuesta didáctica dirigida a estudiantes de Ciclo V. Universidad 
Nacional de Colombia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://revistas.unc.edu.ar/index.php/revistaEF/article/view/16052/15884
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