Construir una balanza para condiciones de ingravidez

Abstract

En este trabajo presentamos el tratamiento didáctico de un problema sobre cómo 'pesar' cuerpos en condiciones de ingravidez. Se presentan las estrategias de enseñanza que se han utilizado con los estudiantes. Estas estrategias les proporcionan oportunidades para reflexionar, emitir hipótesis y analizar resultados en temas relacionados con los conceptos de masa y peso, así como con la cinemática y dinámica del movimiento armónico simple. El trabajo muestra cómo los estudiantes se implican en el trabajo y logran, con ayuda de los profesores, dar una solución teórica y experimental al problema y, construir una balanza para medir en condiciones de ingravidez. Palabras-clave: balanza en condiciones de ingravidez, montaje de laboratorio, metodología activa de enseñanza de la física, mecánica newtoniana.This work presents the educational treatment of a problem such as 'weighing' bodies where there is no gravity. It looks at the teaching strategies used with the students. These strategies give them the chance to think, produce a hypothesis and analyse results on topics related to the concepts of mass and weight, plus the kinematics and dynamics of simple harmonic movement. The work shows how students get involved in the task and, with the teacher's help, manage to provide a theoretical and experimental solution to the problem, and create scales to measure where there is no gravity. Keywords: scales where there is no gravity, laboratory work, active methodology for teaching physics, Newtonian mechanic. IntroducciónAl estudiar las leyes de Newton en cursos introductorios de física uno de los problemas que frecuentemente se realiza es calcular lo que marca una balanza si nos pesamos dentro de un ascensor que se mueve hacia arriba o hacia abajo con aceleración constante. La resolución del problema consiste en aplicar la segunda ley de Newton al sistema: F ny ± w y = ma y (considerando la dirección del movimiento del ascensor en el eje y). Se comprueba que la balanza marcará un valor mayor o menor que si se estuviera en reposo según el caso [1]. El problema que se puede plantear ahora es ¿Qué ocurre si se rompe el cable del ascensor y desciende en caída libre? Después de realizar los cálculos, los estudiantes se sorprenden del resultado: F ny = 0 ya que implica que la balanza no marca ningún "peso". Este resultado llevó a una discusión sobre el concepto "peso" y el significado de lo que mide la balanza. Se define el peso como "la fuerza local de la gravedad que actúa sobre el objeto" [2]. A continuación, se planteó una situación de caída libre permanente, la de los astronautas en una nave que orbite la Tierra, por ejemplo la estación orbital internacional. Se realizó una discusión sobre el significado del 'peso' en condiciones de ingravidez o caída libre [3] y se planteo la siguiente pregunta: ¿los astronautas no pueden pesarse en la nave? Es importante para su salud del astronauta controlar las variaciones de su masa corporal durante su estancia en una nave que orbita la tierra, Así pues, el escenario que se planteó a los e...