El efecto mariposa: ¿Qué son las energías?Por Alfonso Careaga Herrera

Notas para mi intervención como maestro invitado de 3ºA del Colegio de Las Campas, de Oviedo

En esta sesión pretendemos revisar distintos conceptos sobre: Energía, fuentes de energía, materia, masa, peso, fuerza, movimiento, transformación del movimiento, máquinas simples…

Para ello recurriremos a las experiencias previas de los alumnos, el visionado de algunos videos en Internet, algún juego de ordenador, la experimentación práctica en el aula, y la interpretación de los resultados obtenidos.

Materia y energía

- Propiedades físicas observables (peso/masa, estado, volumen, color, textura, olor, atracción magnética) y posibilidades de uso. Comparación, clasificación y ordenación de diferentes objetos y materiales en función de sus propiedades.

- Identificación de las fuerzas que hacen que los objetos se muevan o se deformen.

- Energía y los cambios. Fuentes y usos de la energía. Observación de la intervención de la energía en los cambios de la vida cotidiana.

- Planificación y realización de experiencias sencillas para estudiar las propiedades de materiales de uso común y su comportamiento ante cambios energéticos, haciendo predicciones explicativas sobre resultados.

Objetos, máquinas y tecnologías

- Identificación de las fuentes de energía con las que funcionan las máquinas. - Conocimiento de algunos operadores mecánicos (eje, rueda, polea, plano

inclinado, engranaje, freno, etc.) y de la función que realizan independientemente de la máquina en que se encuentren.

- Planificación y realización por parte de los alumnos de alguna acción propuesta por el profesor, para que encadenando los movimientos de diversos mecanismos simples (efectos encadenados / efecto mariposa) realizados con materiales cotidianos que se les proporcione, obtengan su objetivo.

Recursos gráficos, imágenes, audio y documentos de soporte de la charla.

VIDEOS

La eterna búsqueda. (9 min.)Máquinas simples. Poleas y Palancas (7min.)Efectos encadenados (18 min.)

JUEGOS

Crayon Physics Deluxe (juego para PC)

IMÁGENES

Documentos

Concepto de masa

La masa es una de las magnitudes fundamentales de la física.De hecho, muchos fenómenos de la naturaleza están, directa o indirectamente, asociados al concepto de masa.Un primer acercamiento al concepto de masa se puede expresar al decir que “masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo”.Entender esa afirmación requiere, sin embargo, conocer  el concepto de materia.Los científicos suelen definir materia como todo aquello que posee inercia, y aquí aparece el concepto de inercia.Por el momento, solamente diremos que un cuerpo tiene inercia si para modificar su estado, entiéndase como cambiar su movimiento, requiere de que sobre él se aplique

una fuerza neta. Una fuerza que tenga un valor distinto de cero.Materia, entonces, al ser todo aquello que posee inercia, sería todo aquello que

La masa de una estrella

La fuerza aplicada a una masa

requiera una fuerza para detenerse o iniciar su movimiento…  ahora aparece el concepto de fuerza.Por lo visto, para hablar de materia, debemos referirnos, necesariamente, a otros conceptos, pues bien, sigamos con lo más básico entonces.Una porción de materia, que también vendría a ser una porción de masa, se puede reducir a la más pequeña de sus partículas que la componen, y nos encontraríamos con los átomos. Los átomos son, por el momento, la unidad de la materia. Una materia o una masa cualquiera es una cierta cantidad de átomos (muchos átomos con toda seguridad).Ahora, la materia más común que nos rodea está formada por al menos dos tipos de materiales diferentes, que combinados dan origen a una mezcla. Por ejemplo, en la etiqueta de una camisa podemos leer que la tela tiene 70 por ciento y  30 por ciento poliéster. Ahí tenemos una mezcla.Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. Si la materia de la mezcla no está distribuida uniformemente, la mezcla es heterogénea, y si está distribuida uniformemente entonces es una mezcla homogénea.Una mezcla homogénea puede ser de dos tipos: homogénea propiamente tal, si está compuesta por al menos dos materiales en una distribución uniforme o, una sustancia si la materia que compone a la mezcla es la misma en todas sus partes, en este caso la materia es pura en la naturaleza y ésta puede ser: un compuesto, formado por dos o más tipos de átomos o un elemento, formada por un solo tipo de elemento (corresponde a una materia formada por algún elemento químico, de esos que están en la Tabla Periódica).Como ves, entender el concepto de masa, no es tan simple, requiere más conocimientos para ser rigurosamente precisos.

Todas las cosas son masa

A partir de ejemplos de masa podemos llegar. ¿Qué es masa?...  casi todas las cosas que nos rodean son masas, algunas masas se pueden ver y otras no se pueden ver. Una piedra o un ladrillo o una persona,  las podemos ver y son masas, el aire no lo

podemos ver pero está compuesto de masa, masa compuesta de partículas materiales muy pequeñas, que son imposibles de ver si no usamos un microscopio bien poderoso.La unidad de medida de masa es el kilogramo, también se usa el gramo, donde un gramo es la milésima parte de un kilogramo (1 gr. = 0,001 Kg.).

La masa se mide en kilogramos ¿y el peso?

En las transformaciones en el universo como traspasos, transporte, transferencia de materia la masa involucrada permanece constante.La masa es una magnitud medible, la materia aparte de ser algo concreto también se puede expresar como una explicación cualitativa de un cuerpo cualquiera. Podemos decir características de una materia, por ejemplo, podemos decir que en la naturaleza se encuentra en tres estados posibles, visibles o “sensorialmente” captables: sólido, líquido y gas.Una materia puede ser dúctil, flexible, rígida, etc., puede ser salada, dulce, etc.La masa es la medida, en kilogramos o gramos e incluso toneladas, de una cierta cantidad de materia. 1 kilogramo de pan, por ejemplo.

Masa y peso

¿Son lo mismo la masa y el peso?Todos los cuerpos están hechos de materia. Algunos tienen más materia que otros. Por ejemplo, pensemos en dos pelotas de igual tamaño (igual volumen): una de golf (hecha de un material duro como el caucho) y otra de tenis (hecha de goma, más blanda).Aunque se vean casi del mismo tamaño, una (la de golf) tiene más materia que la otra. Como la masa es la cantidad de materia de los cuerpos, diremos que la pelota de golf tiene más masa que la de tenis.Lo mismo ocurre con una pluma de acero y una pluma natural. Aunque sean iguales, la pluma de acero tiene más masa que la otra.Ahora, un ejemplo con cuerpos que no sean del mismo tamaño (que tengan distinto volumen):Un niño de 7 años comparado con su padre de 35 años.La diferencia es más clara. Es evidente que el pequeño tiene mucho menos masa que su padre.Ahora bien, presta atención a lo siguiente: La UNIDAD DE MEDIDA de la MASA es el KILOGRAMO (Kg.)La masa se mide usando una balanzaEl kilogramo (unidad de masa) tiene su patrón en: la masa de un cilindro fabricado en 1880, compuesto de una aleación de platino-iridio (90 % platino - 10 % iridio), creado y guardado en unas condiciones exactas, y que se guarda en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Sevres, cerca de París.

La masa es la única unidad que tiene este patrón, además de estar en Sevres, hay copias en otros países que cada cierto tiempo se reúnen para ser regladas y ver si han perdido masa con respecto a la original.

Kilogramo patrón

Una balanza mide solo cantidad de masa

No olvidemos que medir es comparar algo con un patrón definido universalmente.

¿Y el peso?De nuevo, presta atención a lo siguiente: la masa (la cantidad de materia) de cada cuerpo es atraída por la fuerza de gravedad de la Tierra. Esa fuerza de atracción hace que el cuerpo (la masa) tenga un peso, que se cuantifica con una unidad diferente: el Newton (N).La UNIDAD DE MEDIDA DEL PESO ES EL NEWTON (N)Entonces, el peso es la fuerza que ejerce la gravedad sobre una masa y ambas magnitudes son proporcionales entre sí, pero no iguales, pues están vinculadas por el factor aceleración de la gravedad.Para que entendamos que el concepto peso se refiere a la fuerza de gravedad ejercida sobre un cuerpo, pensemos lo siguiente:El mismo niño del ejemplo, cuya masa podemos calcular en unos 36 kilogramos (medidos en la Tierra, en una balanza), pesa (en la Tierra, pero cuantificados con un dinamómetro) 352,8 Newton (N).Si lo ponemos en la Luna, su masa seguirá siendo la misma (la cantidad de materia que lo compone no varía, sigue siendo el mismo niño, el cual puesto en una balanza allí en la Luna seguirá teniendo una masa de 36 kilogramos), pero como la fuerza de gravedad de la Luna es 6 veces menor que la de la Tierra, allí el niño PESARÁ 58,68 Newton (N)Estas cantidades se obtienen aplicando la fórmula para conocer el peso, que es:

P = m. gDonde  P =  peso, en Newton (N) m = masa, en kilogramos (Kg.) g  = constante gravitacional, que es 9,8 en la Tierra (kg.m/s).

Estoy seguro de que todos se sorprenderán con que un niño de 7 años pese 352,8 Newton, pero en física es así, ése es su peso.Lo que ocurre es que la costumbre nos ha hecho trabajar desde chicos solo con el concepto de peso, el cual hemos asociado siempre al kilogramo, y nos han habituado a usarlo, sin saberlo nosotros, como sinónimo de masa. Por eso, cuando subimos a una balanza decimos que nos estamos “pesando”, cuando en realidad estamos midiendo nuestra cantidad de masa, que se expresa en kilogramos.

Lo que hacemos es usar nuestra medición de MASA como si fuera nuestro “PESO” y al bajar de la balanza decimos “PESÉ 70 KILOS” si la máquina marca esa cantidad, pero el PESO REAL SERÁ 686 Newton (N) (70 por 9,8 es igual a 686).

En la Luna, pesa seis veces menos

Un tipo de dinamómetro

Lo concreto es que, en el uso moderno del campo de la mecánica, el peso y la masa son cantidades fundamentalmente diferentes: la masa es una propiedad intrínseca de la materia mientras que el peso es la fuerza que resulta de la acción de la gravedad en la materia.Sin embargo, el reconocimiento de la diferencia es, históricamente, un descubrimiento relativamente reciente. Es por eso que en muchas situaciones cotidianas la palabra peso continúa siendo usada cuando se piensa en masa. Por ejemplo, se dice que un objeto pesa un kilogramo cuando el kilogramo es una unidad de masa.

El dinamómetro, el aparato que sirve para cuantificar el peso, está formado por un resorte con un extremo libre y posee una escala graduada en unidades de peso. Para saber el peso de un objeto solo se debe colgar del extremo libre del resorte, el que se estirará; mientras más se estire, más pesado es el objeto. El Kg. es, como hemos repetido, una unidad de masa, no de peso. Sin embargo, muchos aparatos utilizados para medir pesos (básculas, balanzas, por ejemplo), tienen sus escalas graduadas en kg, pero en realidad son kg-fuerza. El kg-fuerza es otra unidad de medida de peso (arbitraria, para uso corriente, que no pertenece al Sistema Métrico, que se conoce también como kilopondio), que es equivalente a 9,8 Newton, y que se utiliza cotidianamente para indicar el peso de algo.Esto no suele representar, normalmente, ningún problema ya que 1 kg-fuerza es el peso en la superficie de la Tierra de un objeto de 1 kg de masa, lo que equivale a 9,8 Newton. Por lo tanto, una persona de 60 Kg. de masa pesa en la superficie de la Tierra 60 kg-fuerza (o 588 Newton). Sin embargo, la misma persona en la Luna pesaría solo 10 kg-fuerza (o 98 Newton), aunque su masa seguiría siendo de 60 Kg. (El peso de un objeto en la Luna, representa la fuerza con que ésta lo atrae).ENTONCES:MASA ES LA CANTIDAD DE MATERIA DE UN CUERPO QUE SE MIDE EN UNA BALANZA, Y SU UNIDAD DE MEDIDA ES EL KILOGRAMO (kg).

PESO ES LA CUANTIFICACIÓN DE LA FUERZA DE ATRACCIÓN GRAVITACIONAL EJERCIDA SOBRE UN CUERPO Y SE OBTIENE CON LA FÓRMULA   P = m. g, o BIEN SE MIDE EN UN DINAMÓMETRO (aparato que consiste en un resorte y del cual debe “colgarse” el cuerpo que, en rigor, se está PESANDO), Y SU UNIDAD DE MEDIDA ES EL NEWTON (N).En la Tierra, entonces, un kilogramo masa es equivalente a un kilogramo fuerza y este último es igual a 9,8 NewtonLo importante es que entiendas el concepto y la diferencia entre PESO Y MASA, aunque siempre sigas “pesándote” y creas que pesas, por ejemplo 30, 35 ó 40 kilos.

Fundamentación del proyecto de maestros invitados

Se trata de desarrollar una experiencia de aula para niños de segundo ciclo de Educación Primaria en torno a una charla temática relacionada con su plan de estudios pero traída

Así se pesa una masa

por una persona externa al centro, el maestro invitado. Los objetivos de aprendizaje del alumnado están vinculados al proyecto lector, escritor e investigador del centro y se asocian al desarrollo y explotación didáctica de un blog de aula de contenido lingüístico:

Desarrollar la competencia en comunicación lingüísticaExpresarse de forma coherente y ordenada, respetando las reglas ortográficas y

sintácticasDesarrollar la destreza lectora y el gusto por la lecturaEstimular las habilidades de escritura creativa, como medio de expresión

personal y participación en la comunidad escolarManejar con soltura las tecnologías de la información y la comunicación como

instrumento de trabajo personalAdquirir habilidades relacionadas con la búsqueda, procesamiento y

comunicación de la información utilizando el soporte multimedia digitalDesarrollar la autonomía e independencia en el aprendizaje y realización de

tareasColaborar con otros compañeros/as en un proyecto común mostrando actitudes

de respeto y valoración de los demás

Alfonso Careaga Herrera