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7/24/2019 FM02 Fuerzas
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Fuerzas
Rosalind Driver et al
Descripcin de las fuerzas
El desarrollo de las ideas sobre las fuerzas se produce a menudo en el
contexto del aprendizaje sobre el movimiento horizontal o sobre la gravedad y la
cada libre En consecuencia gran parte de la investigacin sobre las ideas de los
alumnos respecto a las fuerzas se relaciona con estos campos.
Algunos estudios, incluido un estudio evolutivo de Piaget, han explorado las
ideas de los alumnos sobre las fuerzas mismas y cmo actan, y son el tema de
este captulo.
La comprensin por parte de los alumnos sobre la forma en que se trasmiten
las fuerzas a travs de slidos, lquidos y gases, subyace en sus ideas sobre las
experiencias prcticas con las fuerzas, dicha comprensin tambin forma la base de
sus ideas sobre la presin Los estudios no parecen habersecentrado en las ideas
sobre la transmisin de fuerzas pero se han hecho algunos trabajos respecto a las
ideas de los alumnos sobre la presin.
Se ha discutido mucho hasta qu punto los alumnos tienen una visin
generalizada y consistente de la existencia y el comportamiento de las fuerzas.
Muchos estudios sugieren que los grupos de alumnos tienen sistemas consistentesde creencias. Sin embargo, el trabajo de Finegold y Gorsky indica que los individuos
tienden a no adoptar los sistemas de creencias de forma consistente.
Las ideas de los alumnos sobre la naturaleza de las fuerzas se han
identificado a partir del muy importante bloque de investigacin sobre las ideas
respecto al movimiento. Se encontr que los alumnos ms jvenes, entre 7 y 9 aos,
pensaban en la fuerza en trminos de enfado o sensacin. Con todo, al mismo
tiempo, algunos alumnos de 7-8 aos tenan la visin de fuerza de los fsicos como
algo que acta para producir un cambio en el movimiento, aunque tendan a hablar
de que las fuerzas hacen andar a las cosas ms que pararse.
Los alumnos de forma natural aportan a su situacin de aprendizaje significa-
dos de la palabra fuerza y muchos estudios han informado de que la palabra
fuerza se asocia con coaccin u oponer resistencia. Las fuerzas se asocian con
frecuencia con seres vivos y Duit encontr alumnos que las asociaban con actividad
fsica y fortaleza muscular. Cuando los alumnos piensan en objetos inanimados que
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tienen o ejercen fuerzas, parecen centrarse en aquellos objetos que pueden hacer
que las cosas se muevan y por tanto se pueden considerar como agente y no
diferentes de los seres vivos. Los alumnos sugieren a veces, al describir la accin de
las fuerzas, que los objetos estn tratando de llevar a cabo una accin
determinada.
Muchos investigadores han encontrado que los alumnos asocian las fuerzas
slo con el movimiento, sin reconocer las fuerzas pasivas implicadas en
situaciones de equilibrio. Driver informa que los alumnos son reacios a aceptar la
presencia de fuerza donde no hay movimiento y un estudio con 1,000 estudiantes
noruegos de secundaria superior apoyaba este resultado, con un 50 por 100 de la
muestra que no reconoca tales fuerzas pasivas.
La investigacin muestra una opinin ampliamente sostenida segn la cual
dentro de un objeto que se mueve hay algo, que se llama a menudo fuerza.
Piensan que esta fuerza mantiene al objeto en movimiento y parece tener algo encomn con la cantidad de movimiento de los fsicos. Piensan que los objetos en
movimiento se paran cuando se acaba la fuerza de movimiento que hay en ellos,
algo parecido a que el combustible se agota.
Los estudios sobre las ideas de los alumnos respecto a la relacin entre
fuerzas y movimiento han identificado las siguientes ideas principales:
* si hay movimiento, hay una fuerza actuando;
* si no hay movimiento, entonces no hay fuerza actuando;
* no puede haber una fuerza sin movimiento;
* cuando un objeto se est moviendo, hay una fuerza en la direccin de su
movimiento;
* un objeto en movimiento se para cuando su fuerza se acaba;
* un objeto en movimiento tiene en l una fuerza que le mantiene andando;
* el movimiento es proporcional a la fuerza que acta;
* a partir de una fuerza constante se produce una velocidad constante.
Los alumnos generalmente parecen pensar en la fuerza como una propiedad
de un objeto independiente en lugar de como un rasgo de la interaccin entre dos
objetos y esto se refleja en los estudios de Brown y Clement, as como en los de
Maloney, Minstrell y Stimpson y Watts. Minstrell y Stimpson encontraron que los
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alumnos piensan que peso, movimiento, actividad y fortaleza son importantes para
determinar la fuerza de un objeto. La inclinacin de los alumnos a pensar en trminos
de fuerza como una propiedad de un objeto lleva a varios investigadores a proponer
la introduccin del trmino cantidad de movimiento para esto, reconociendo que en
los primeros aos de secundaria significara slo una comprensin cualitativa e
intuitiva del trmino. Alegan que los alumnos ms jvenes la aceptan fcilmente y les
permite pensar en el significado de fuerza sin necesidad de atribuirla como una
propiedad de un objeto independiente.
Erickson y Hobbs sugieren actividades en las que se pida a los alumnos que
identifiquen pares de fuerzas en trminos de Qu est empujando y qu est
tirando?. Proponen que estas experiencias deben implicar casos con movimiento y
casos donde no hay movimiento.
En lo que se refiere a las diferentes manifestaciones de las fuerzas, los
alumnos no necesariamente las reconocen todas como tales. Por ejemplo, Shevlin
encontr que nios de primaria no asociaban golpear o lanzar con empujar.
Adems, Erickson y Hobbs estudiaron alumnos en el margen de 6 a 14 aos y
encontraron que hacan una distincin entre fuerzas que tiran y las que slo
sostienen.
El considerar las fuerzas en relacin con su magnitud y direccin parece
presentar problemas a los alumnos. Terry et alencontraron que algunos en el nivel
de secundaria no utilizaban generalmente las flechas de forma eficaz para indicar el
punto de aplicacin y la direccin de una fuerza.
Las ideas de los alumnos sobre las fuerzas han surgido de su experiencia
diaria con el movimiento y los impactos y esfuerzos. Sus ideas tambin estn
influidas por los significados cotidianos atribuidos a la palabra fuerza. En
consecuencia sus ideas es probable que estn ancladas en un amplio rango de
experiencias, y supongan para los alumnos un fuerte compromiso sobre el que ser
difcil influir mediante estrategias de enseanza. Adems, muchas de las
investigaciones se refieren a la forma en que los alumnos no aplican las ideas
aprendidas cuando reflexionan sobre la experiencia: retroceden a sus ideas previas
de profano que se han mantenido junto a la ciencia aprendida. Por tanto, cualquier
estrategia de enseanza debera reconocer que el desarrollo de ideas sobre las
fuerzas y la interaccin presenta problemas muy importantes para alumnos y
profesores.
Varios investigadores subrayan la importancia de prestar ms atencin a la
Tercera Ley de Newton, con el fin de ayudar a los alumnos a apreciar que una fuerza
no es una propiedad de un objeto sino que las fuerzas son caractersticas de la
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accin entre los objetos. Dadas las dificultades de los alumnos para reconocer una
fuerza de reaccin. Minstrell propone ofrecer puentes entre las ideas previas y las
ideas cientficas. Por ejemplo, a los alumnos que no reconocan una reaccin entre
una mesa y un libro que reposaba sobre ella se les llev a reconsiderar la situacin
del libro en la mesa hacindoles pensar en un libro que reposa sobre una mano
extendida, un libro que reposa sobre un muelle y un libro sobre una tabla elstica. Se
ha comprobado que ese tipo de estrategias son efectivas en una serie de contextos
diferentes.
Osborne subraya la necesidad de que los alumnos capten el concepto de
fuerza antes de que lleguen a pensar en energa o potencia. Gunstone y Watts se
refieren a que los alumnos necesitan tiempo suficiente para reconstruir sus ideas
bien asentadas y a que tambin es necesario que las nuevas ideas se ofrezcan de
una forma inteligible y verosmil. Finegold y Gorslsy acentan la necesidad de
estrategias que desarrollen la habilidad de los alumnos para extraer reglas generales
de los ejemplos y para aplicar reglas generales a stos La mayora de las inves-
tigaciones indican que los profesores necesitan ser conscientes de que los alumnos
tienen, para las palabras que ellos mismos estn usando en un sentido estrictamente
cientfico, significados alternativos firmemente establecidos
Las fuerzas por pares
Desde un punto de vista cientfico las fuerzas siempre vienen por pares.
Para cada fuerza existe una reaccin igual y opuesta: una taza sobre una mesa
ejerce una fuerza sobre la mesa -la mesa ejerce una fuerza igual y opuesta sobre lataza; una piedra que cae desde un acantilado es arrastrada por el peso de la tierra
sobre ella (su peso)la piedra tira de la Tierra con una fuerza igual. Sin embargo, a
partir de las investigaciones, est claro que los alumnos tienden a pensar en una
fuerza como una nica entidad que es propiedad de un nico objeto Generalmente
no reconocen una fuerza pasiva o de reaccin equivalente. El estudio de
Sjoberg y Lie con 1,000 alumnos noruegos destaca esta posicin. En la muestra de
veintiocho alumnos de 12 a 14 aos del estudio de Erickson y Hobbs slo nueve
reconocieron fuerzas actuando en ambas direcciones cuando un peso tira de un
muelle fijo.
Minstrell, cuando desarroll una estrategia de enseanza para la idea de una
fuerza de reaccin, estudi a cincuenta y cinco alumnos de escuela secundaria y sus
ideas sobre las fuerzas que estn implicadas cuando un libro reposa sobre una
mesa. En un grupo de veintisiete alumnos, slo doce pensaban inicialmente que la
mesa ejerce una fuerza hacia arriba, aunque la estrategia de Minstrell se demostr
eficaz para elevar este nmero a veinticinco de los veintisiete Inicialmente los
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alumnos hablaban de que la mesa simplemente estaba en medio. Tambin
Clement encontr esta idea en estudiantes de preingeniera. Entre los que
reconocan una fuerza hacia arriba actuando sobre el libro, exista la idea de que la
fuerza hacia abajo deba ser mayor que la fuerza hacia arriba si no el libro se ira
flotando.
Stead y Osborne, en su estudio con cuarenta y siete alumnos de Nueva
Zelanda de entre 11 y 16 aos, respecto a la comprensin del rozamiento
encontraron nueve alumnos que lo asociaban con la fuerza de reaccin.
El estudio de Erickson y Hobbs, que investigaba las ideas de los alumnos
respecto a situaciones de equilibrio encontr que distinguan entre tirar y
sostener y encontr que slo seis de los treinta ydos alumnos, entre los 6 y los 14
aos, hacan referencia a una fuerza de reaccin.
Brown y Clement, trabajando con setenta y ocho alumnos de secundaria,encontraron que al considerar una colisin entre dos objetos pensaban que un objeto
tena mayor fuerza a saber, el objeto que se mova o que se mova ms deprisa.
Terry et al, a partir de su estudio con alumnos de secundaria que hacan un curso de
fsica, sealan la confusin que surge del uso que los cientficos hacen de las
palabras reaccin y opuesto en el contexto de las fuerzas emparejadas. La
palabra reaccin parece sugerir a los alumnos una secuencia de sucesos en la
que una fuerza conduce a la segunda La palabra opuesta parece llevar a algunos
alumnos a pensar en una fuerza de reaccin que acta sobre el mismo objeto en
lugar de dos fuerzas implicadas en una interaccin entre dos objetos.
Fuerzas que actan juntas fuerza efectiva y equilibrio
Erickson y Hobbs estudiaron las ideas sobre el equilibrio con treinta y dos
alumnos canadienses de edades entre 6 y 14 aos. Los alumnos parecan pensar en
varias fuerzas implicadas en una lucha en la que predominara la fuerza ms fuerte.
Diez alumnos de un grupo de veintisis vean el equilibrio como la resolucin de la
lucha, despus de la cual todas las fuerzas implicadas dejaran de actuar. Slo
catorce de los treinta y dos predijeron que si un sistema en equilibrio se desplazara,
permanecera en la nueva posicin
Osborne encontr tambin que los alumnos de Nueva Zelanda pensaban en
trminos de que una fuerza superior dominaba a otra ms dbil.
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Presin
La investigacin sobre las ideas de los alumnos respecto a la presin se ha
centrado en las presiones de fluidos y especialmente en la presin del aire. Ser,
trabajando con once sujetos franceses de 11 a 13 aos, encontr que los alumnos
pensaban que slo tena presin el viento, y no el aire quieto. Trabajando conochenta y cuatro sujetos de 12, 14 y 16 aos, Engel Clough y Driver encontraron
altas proporciones que pensaban que la presin aumenta con la profundidad (67 por
100, 80 por 100 y 87 por 100, respectivamente). Sin embargo, los alumnos estaban
menos inclinados a pensar en que la presin acta en todas direcciones en el aire o
el agua (13 por 100, 19 por 100 y 34 por 100, respectivamente): se inclinaban a
pensar en una presin mayor hacia abajo. Este estudio encontr, en las
explicaciones de los alumnos sobre los cambios experimentados con pajas y
jeringuillas, frecuentes referencias a que el aire o un vaco chupan. Mencionaban
que la presin atmosfrica empuja, pero pocos alumnos lo explicaban en relacin
con el equilibrio de presiones.
Al estudiar a 600 sujetos franceses de 11 a 13 aos y sus ideas sobre las
diferencias de presin y el consiguiente movimiento del aire, Ser encontr un 85 por
100 que describa correctamente hasta qu punto entra aire en un baln antes y
despus de inflarlo. Sin embargo, slo el 63 por 100 de los alumnos compararon
adecuadamente la presin del aire dentro del baln con el aire exterior.
Generalmente los alumnos no hacan comparaciones de presin con facilidad. Un
resultado importante del estudio de Ser es que tienden a asociar la presin en los
gases con aire en movimiento, suponiendo que la presin acta en la direccin de
ste. Haba menos tendencia a asociar la presin con gases estticos.
Fuerzas degiro
Desde una edad temprana los nios tienen un conocimiento intuitivo de los
momentos tal como identificaron Inhelder y Piaget. Cuando manipulan un balancn,
por ejemplo, saben que un peso que est ms lejos del centro tiene un efecto
mayor y saben como conseguir un equilibrio utilizando pesos diferentes a ambos
lados de un balancn.