1- Guia docente

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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
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)[footnoteRef: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.
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. 
Experimento #1: Uso de la simulación PhET 
La actividad propuesta en esta guía se realiza con la simulación PhET[footnoteRef:2] Péndulo simple, que se encuentra en el siguiente enlace: [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. 
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. 
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).
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. 
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.