LA FÍSICA DE LA MANO DEL DEPORTE: UNA CIENCIA DIVERTIDA Y SALUDABLE
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Características: |
| IES LAS LAGUNAS Avda. de Gabriel García Márquez. Rivas-Vaciamadrid Tel.: 91 6660003 Fax: 91 6669082 http://www.educa.madrid.org/portal/c/pub/webfactory/ver?webName=ies.laslagunas.rivas AUTOR: Fernando Ignacio de Prada Pérez de Azpeitia. CATEGORIA: SECUNDARIA / BACHILLERATO. |
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Las experiencias que aparecen en este trabajo son una muestra del proyecto que ha obtenido el Primer Premio Nacional Francisco Giner de los Ríos a la Mejora de la Calidad Educativa en su XXIV edición, en el Área de Científico-Tecnológica. |
Contexto en el que se ha desarrollado la experiencia
“Es que no hay nada mejor que imaginar,
la física es un placer…”
(Antonio Vega, cantante)
PRESENTACIÓN
El deporte es un buen aliado para la salud y para la enseñanza y la divulgación de
CONTEXTO
El proyecto pretende utilizar el atractivo del deporte como un recurso didáctico para todos los cursos y niveles que incluyen contenidos de Física en su currículo. Las actividades que relacionan
OBJETIVOS
La relación de la Ciencia con el deporte es un recurso didáctico que permite alcanzar distintos objetivos:
- Despertar el interés y curiosidad del alumnado por la Ciencia en general y la Física en particular, a la vez que aumentar la calidad de la enseñanza.
- Demostrar cómo la Ciencia y la Tecnología se relacionan con la sociedad a través del mundo del deporte, mostrando algunas aplicaciones divertidas y atractivas.
- Mejorar la complicidad entre profesor-alumno mediante el trabajo en equipo.
- Difundir la ciencia que se realiza en el centro y acercar la misma a todos los ciudadanos.
METODOLOGÍA
“El arte más importante del profesor es
provocar la alegría
en la acción creadora y el conocimiento”
(A. Einstein)
Tanto en la enseñanza como en el mundo del espectáculo y del deporte es necesario planificar la metodología que se va a desarrollar con el fin de atraer la atención e interesar al público. Para ello es necesario que el alumno se convierta en el principal protagonista, bajo la supervisión del profesor. Entre las diferentes estrategias de toda experiencia se pueden citar las siguientes:
- Puesta en escena atractiva que atraiga la atención de todos.
- Participación directa y activa de los estudiantes.
- Generar la expectación sobre el qué podrá suceder.
- Reflexionar sobre el porqué de lo sucedido.
- Comprender el fundamento científico.
- Provocar más curiosidad para que los alumnos continúen en la búsqueda de nuevos conocimientos.
CAPÍTULOS DEL PROYECTO
Las actividades desarrolladas se han centrado en tres capítulos en los que la Ciencia y el deporte se dan la mano.
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A. CIENCIA DEPORTIVA Y DIVERTIDA
Capítulo formado por experimentos científicos clásicos realizados por grandes físicos que llevaron a enunciar en su tiempo principios fudamentales de la Física, ahora actualizados y reproducidos en clave deportiva y divertida, pero sin perder rigor.
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B. CIENCIA OLÍMPICA
Capítulo dedicado a actividades que muestran la Ciencia que se esconde en los deportes olímpicos, sacando la Física de los centros de enseñanza y llevándola a las pistas deportivas (polideportivos, pistas de atletismo, pistas de esquí, etc.).
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C. CIENCIA SALUDABLE
En este capítulo se propone la utilización de las máquinas de los gimnasios como un interesante laboratorio de física y tecnología, donde comprobar y comprender conceptos fundamentales de la mecánica de una forma práctica y saludable. Todo ello bajo un punto de vista interdisciplinar, combinando aspectos deportivos y biológicos del cuerpo humano con principios físicos y su aplicación tecnológica directa.
Desarrollo de la experiencia
Las experiencias que se muestran correponden al primer bloque de contenidos del proyecto: Ciencia deportiva y divertida.
1. COMPRUEBA TU FUERZA CON LA LEY DE HOOKE
El científico británico Robert Hooke (1635-1703) descubrió la ley fundamental existente entre las fuerzas y las deformaciones sufridas por un cuerpo elástico. El estiramiento de materiales elásticos con el fin de aumentar la fuerza y la elasticidad de los músculos es el fundamento de diferentes aparatos deportivos de entrenamiento, como, por ejemplo, los tensores de muelles, las barras de torsión y las gomas elásticas.
1-A. CONSTRUYE UN INSTRUMENTO PARA MEDIR TU FUERZA
Material
Dinamómetros de 50 N, barras de torsión de gimnasia, muelles metálicos de gimnasia, gomas elásticas.
Procedimiento
Conecta por sus extremos, mediante ganchos, tres dinamómetros de 50N a dos asas de plástico. Sujeta el aparato a la altura del pecho mediante las dos asas y tira fuerte de las asas para estirar los muelles de los dinamómetros. Observa lo que marcan cada uno de los dinamómetros.
Actividad 1-A
Analiza y reflexiona
¿Cuál es la fuerza total que puedes ejercer? ¿Qué relación existe entre la fuerza aplicada y la deformación de los muelles de un tensor? ¿Con qué ley física relacionas esta experiencia? ¿Por qué los tres dinamómetros colocados en paralelo marcan lo mismo?
1-B. ÉCHALE UN PULSO A HOOKE
Material
Barra de torsión de gimnasia, soporte de sombrilla de cemento, soportes universales y lámina de plástico con escala graduada de grados-Newton.
Procedimiento
Corta una barra metálica de torsión por uno de sus extremos. Introduce el extremo cortado en el agujero del soporte de cemento, dejando libre el extremo del mango. Coloca una lámina con la escala de fuerza previamente graduada. Sujeta fuertemente el extremo libre de la barra y tira con fuerza para doblarla lo máximo que puedas.
Actividad 1-B
Analiza y reflexiona
Mide el ángulo de la barra de torsión doblada. Observa la fuerza que le corresponde al ángulo deformado. ¿Qué relación de proporcionalidad existe entre el ángulo y la fuerza? ¿Cómo calcularías la constante de elasticidad de la barra?
2. REMA Y REMA CON EL EFECTO JOULE
En 1845 el físico inglés James Prescott Joule (1818-1889) demostró experimentalmente por primera vez la equivalencia entre calor y trabajo. Los trabajos de Joule sobre el calor condujeron al establecimiento del Principio General de la Conservación de la Energía.
2-A. CALIENTA EL AGUA REMANDO CON TU ESFUERZO
Material
Máquina de remo con tanque de agua, termómetro digital (0,1 ºC) y cronómetro.
Procedimiento
Para comprobar cómo el trabajo mecánico realizado por los músculos es transformado en calor se emplea una máquina de remo que utiliza el agua contenida en un tanque de policarbonato como resistencia al movimiento de las palas. Mide la temperatura inicial del agua contenida en el tanque. Rema durante dos minutos lo más rápido que puedas. Mide la temperatura final del agua.
Actividad 2-A
Analiza y reflexiona
¿Por qué experimentas una fuerza de resistencia al remar en la máquina? ¿En qué se transforma el trabajo que realizas? ¿Ha variado la temperatura del agua? Calcula la cantidad de energía calorífica que se ha transferido al agua.
2-B. CALIENTA EL AGUA CON UN AGITADOR MANUAL
Material
Agitador mecánico, calorímetro, tapón de corcho perforado, termómetro digital con una precisión de décimas de grado y cronómetro.
Procedimiento
Vierte 250 ml en el interior del calorímetro. Mide la temperatura inicial del agua. Coloca el tapón con el agitador sobre el vaso Dewar. Gira el agitador mecánico sobre el agua durante dos minutos lo más rápido posible Mide la temperatura final agua contenida en el vaso.
Actividad 2-B
Analiza y reflexiona
¿En qué se transforma el trabajo que realizas al agitar el agua? ¿Cuál es la variación de temperatura del agua? Calcula la cantidad de energía calorífica transferida. ¿Con qué ley física está relacionada esta experiencia?
3. ENCESTA UN TIRO LIBRE CON GALILEO
Galileo Galilei (1564-1642) estudio las trayectorias de los proyectiles y dedujo que el movimiento de una bala disparada horizontalmente, resulta de la combinación de un movimiento vertical y otro horizontal, resultando una trayectoria parabólica. Como resultado de sus experiencias enunció el Principio de Independencia y el Principio de Superposición de los movimientos que se puede aplicar al lanzamiento deportivo.
3-A. ENCESTA UN TIRO LIBRE
Material
Canasta de baloncesto, pistola con bolitas, plomada y goniómetro.
Procedimiento
Coloca una bolita en el interior de la pistola. Apunta a la canasta con el ángulo más pequeño posible (tiro rasante) para encestar la bola y dispara. Anota el ángulo empleado al encestar. Vuelve a cargar la pistola y dispara a la canasta con el ángulo complementario al anterior (tiro por elevación).
Actividad 3-A.
Analiza y reflexiona
¿Se puede encestar la bolita con dos ángulos diferentes? ¿Por qué se puede encestar con el ángulo complementario? ¿En qué situaciones es necesario el tiro por elevación en el baloncesto?
3-B. CAZA UN OSO DE PELUCHE CON UNA ECUACIÓN
Material
Pistola de dardos de goma, electroimán, cables, soporte universal y osito de peluche.
Procedimiento
Pega en la cabeza del osito una moneda de cinco céntimos. Conecta un electroimán al gatillo de la pistola disparadora de dardos, de forma que al disparar se abra el circuito y el osito imantado por la cabeza caiga. Apunta horizontalmente con la pistola de dardos al oso. Dispara el dardo, estando el electroimán desconectado. Repite el disparo conectando el electroimán al gatillo de la pistola para que el oso caiga a la vez que se produce el disparo del dardo.
Analiza y reflexiona
¿En cuál de los dos casos el dardo impacta sobre el oso? ¿Qué tipo de trayectoria describen el dardo y el oso? ¿Qué tipo de movimiento actúa por igual sobre el dardo y el oso? ¿Cuál de los dos cuerpos llega antes al suelo?
4. LOS PRINCIPIOS DE NEWTON EN ACCIÓN
Isaac Newton (1642-1727), físico y matemático inglés, identificó las fuerzas externas aplicadas a un cuerpo como las responsables del cambio en el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo y enunció los principios fundamentales de la dinámica, que tienen aplicaciones en numerosas situaciones relacionadas con el deporte.
4-A. LA INERCIA Y TUS REFLEJOS
Material
Bate y pelota de béisbol, tubos de plástico (transparente y opaco), soporte universal, pinza larga, pinza metálica y nuez.
Procedimiento
Sujeta el bate a unos 20 cm. de la parte inferior de un tubo, colocado verticalmente, por donde saldrá la pelota que se deja caer desde arriba. Mientras se deja caer la pelota, el bateador intentará golpearla cuando sale por la parte inferior del tubo. Repite la experiencia pero en esta ocasión con el tubo opaco, para que tengas que estimar en qué momento la pelota sale por la parte inferior del tubo.
Analiza y reflexiona
¿Por qué es tan difícil golpear a la pelota? ¿En qué se invierte el tiempo de reacción? ¿Cómo se puede reducir este tiempo en el deporte y qué importancia tiene?
4-B. COMPRUEBA TU FUERZA CON LA TERCERA LEY DE NEWTON
Material
Una balanza de resorte de baño, dos muelles metálicos con asas, dos enganches metálicos, una mesa y dos soportes universales.
Procedimiento
Engancha el extremo libre de los muelles con los enganches a una mesa baja. Sitúa la balanza encima de la mesa. Súbete encima de la balanza y observa lo que marca la báscula. Agarra con las manos los muelles y tira fuertemente hacia arriba. Anota la indicación de la báscula.
Actividad 4-B.
Analiza y reflexiona
¿Qué crees que marcará la balanza cuando estiras de los muelles: más o menos que al principio? ¿Qué masa y que peso indica la balanza cuando estiras los muelles? ¿Cuál es la fuerza que realizas con ambos brazos? ¿Con qué Ley de Newton relacionas la experiencia?
5. BOTES Y REBOTES SORPRENDENTES CON HELMHOLTZ
El científico alemán Hermann Helmholtz (1821-1894) en 1827 tuvo la intuición de la unidad entre las diferentes formas de energía, afirmando que la energía es indestructible y que la cantidad de energía del Universo es constante, pero va degradándose en sus transformaciones.
5-A. ¿REBOTES IMPOSIBLES?
Material
Una pelota de hockey y otra plástica. Una canica de metal grande y otra de vidrio pequeña. Probeta o tubo alargado de plástico.
Procedimiento A
Desde la misma altura, deja caer una pelota de goma maciza (hockey sobre patines) y otra de goma blanda (plástica).
Analiza y reflexiona
¿Cuál de los dos choques es totalmente inelástico y se disipa toda la energía? ¿Hay alguna relación entre la composición química de la pelota y su bote?
Procedimiento B
Sujeta una bola de acero con una canica de vidrio encima sobre una probeta de plástico. Déjalas caer a la vez.
Analiza y reflexiona
¿Por qué la canica de vidrio rebota por encima de la altura inicial desde la que se lanzó? ¿Se cumple el principio de conservación de la energía en este caso? Indica las transformaciones de energía que han tenido lugar.
5-B. SUPERBOTE
Material
Pelota de baloncesto, pelota de tenis o malla con pelotas pequeñas de goma.
Procedimiento
Sitúa sobre una pelota de baloncesto la pelota de tenis de forma que permanezca en equilibrio. Déjalas caer simultáneamente desde una altura aproximada de un metro y medio.
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Actividad 5-B
Analiza y reflexiona
¿Qué le sucede a la pelota pequeña al rebotar? Explica las transformaciones de energía que han tenido lugar. ¿Se cumple el principio de conservación de la energía?
6. BERNOUILLI Y LOS OBJETOS VOLADORES IDENTIFICADOS
El científico y matemático suizo Daniel Bernoulli (1700-1782) fue el autor, en 1738, de un teorema que explica la fuerza de sustentación o levantamiento que actúa sobre el ala de un avión en vuelo o sobre un disco volador. El disco está diseñado para que el aire fluya más rápidamente sobre la superficie superior que sobre la inferior, lo que provoca una diferencia de presión causante de la fuerza de elevación y sustentación.
6-A. OBJETOS VOLADORES IDENTIFICADOS
Materiales
Discos voladores de diferentes tamaños y materiales.
Procedimiento
Lanza el disco volador a tu compañero o hacia una portería sin girar la muñeca. Ahora lánzalo con un golpe de muñeca describiendo un amplio arco con el brazo paralelamente al suelo. Prueba a lanzarlo inclinado hacia arriba o hacia abajo.
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Actividad 6-A
Analiza y reflexiona
¿Cómo es el vuelo del disco cuando no giras la muñeca: estable o irregular e inestable? ¿Qué diferencia encuentras en el movimiento del disco al girar la muñeca? ¿Cómo se explica la sustentación en el aire del disco?
6-B. EFECTO VENTURI
Giambattista Venturi fue el descubridor de la paradoja aerodinámica, consecuencia del Teorema de Bernouilli, que se produce cuando un fluido se propaga por un tubo horizontal que tiene un estrechamiento.
Material
Embudo, una pelota de ping-pong y una boquilla de goma para soplar.
Procedimiento
Coloca sobre una mesa el embudo hacia abajo. Sostén la pelota dentro del embudo con tu dedo índice. Mientras soplas fuerte quita el dedo de la pelota. Repite el experimento pero colocando verticalmente hacia arriba el embudo con la pelota en su interior y sopla fuerte para intentar sacar la pelota de ping-pong.
Analiza y reflexiona
¿Qué le sucede a la pelota en el primer caso? ¿A qué se debe este fenómeno? ¿Puedes expulsar la pelota cuando colocas verticalmente hacia arriba el embudo? ¿Cómo se explica?
7. ARQUÍMEDES, DENSIDAD Y PELOTAS
El matemático e inventor Arquímedes de Siracusa (287-212 a.C.) fue el autor del principio que lleva su nombre, descubierto cuando se encontraba en su bañera (Eureka!). En este principio la densidad tiene un papel importante, siendo además una propiedad que permite identificar sustancias y, en estas experiencias, relacionarla con su aplicación en el deporte.
7-A. IDENTIFICA LOS METALES
Material
Bolas de goma rellenas de polvo de aluminio, hierro, plomo y mercurio. Materiales deportivos metálicos fabricados con los metales anteriores: plomo de submarinista, pesa de gimnasio, mosquetón de aluminio y termómetro de mercurio.
Procedimiento
Coge con la mano cada una de las pelotas que contienen metales. A partir de la sensación de peso que experimentas estima la densidad de cada una de ellas.
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Actividad 7-A
Analiza y reflexiona
Trata de identificar el metal de cada pelota. Relaciona cada metal con los diferentes materiales deportivos. Clasifica a las pelotas rellenas de metal por su densidad, de menor a mayor. ¿Por qué se utilizan para el submarinismo los cinturones de plomo? ¿Qué sucedería si en vez de plomo el cinturón fuese de aluminio?
7-B. ESTIMA LA DENSIDAD DE LAS PELOTAS
Material
Pelotas de golf, squash y frontón. Recipientes alargados: uno con agua destilada y otro con agua saturada de sal. Densímetros.
Procedimiento
Sujeta una pelota de golf con la mano e intenta adivinar si es más o menos densa que el agua. Introdúcela en la botella que contiene agua destilada y posteriormente en la que contiene agua salada. Ahora toma dos pelotas de squahs con diferente código de color y sumérgelas en agua.
Analiza y reflexiona
¿La pelota de golf es más densa que el agua? ¿Y que el agua salada? ¿Entre qué valores estará comprendida la densidad de las pelotas de golf? ¿Por qué las pelotas de squash tienen diferentes códigos de colores?
DIVULGACIÓN
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Caseta del IES Las Lagunas durante la Feria Madrid es Ciencia |
Las experiencias que han sido mostradas en diferentes eventos divulgativos:
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Distintos medios de comunicación han mostrado su interés mediante entrevistas, reportajes de televisión y artículos en prensa, como por ejemplo:
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Periódico El Mundo: suplemento “El Aula”.
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Informativos Tele 5.
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Informativo Tele-Madrid: “Madrid Directo”.
Evaluación y conclusiones
La evaluación global del proyecto viene determinada por el gran interés y excelente participación por parte de todo el alumnado que ha participado, así como por la buena acogida que ha tenido en las distintas demostraciones divulgativas.
El sistema de evaluación se obtiene a través de diversos procedimientos dependiendo de cada actividad:
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Si forman parte de experiencias de laboratorio, ya sea dentro del mismo o en la pista de deportes, se evalúan atendiendo a los cuestionarios diseñados al efecto.
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Si forman parte de demostraciones realizadas en el aula, se evalúa directamente mediante cuestiones que permiten medir al grado de comprensión.
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Finalmente, en las pruebas de evaluación se incluyen ejercicios relacionados con las experiencias.
Como conclusión, al explicar la Ciencia en clave deportiva la hace mucho más atractiva y próxima a los estudiantes, aumentando su interés por la Física a la vez que se establece un vínculo con su vida cotidiana.