MODELADO DE FENÓMENOS FÍSICOS

FACULTAD DE ESTUDIOS EN AMBIENTES VIRTUALES

MODELADO DE FENÓMENOS FÍSICOS

GUÍA 1. UNIDADES FÍSICAS, ÁLGEBRA VECTORIAL Y MOVIMIENTO

AUTORES

DIRECTOR

19 DE ABRIL DE 2020

RESUMEN

     En este trabajo comprenderemos los conceptos físicos del espacio, el tiempo y la materia e identificaremos sus patrones de medición, análisis dimensional, conversión de unidades y ordenes de magnitud. Inferiremos a partir de mediciones y análisis de regresión, cantidades físicas como la longitud, la velocidad, la aceleración, la masa, el tiempo y analizar los errores en su estimación y la propagación de estos. Conoceremos cómo describir el movimiento en línea recta a partir de los conceptos de velocidad media, velocidad instantánea, aceleración media y aceleración instantánea. Resolveremos problemas que impliquen movimiento en línea recta con aceleración constante y cuando la aceleración no es constante. Interpretaremos gráficas, posición contra tiempo, velocidad contra tiempo y aceleración contra tiempo.

Palabras clave: velocidad media e instantánea, aceleración media e instantánea, movimiento parabólico.

1. GUIA 1 UNIDADES FÍSICAS, ALGEBRA VECTORIAL Y MOVIMIENTO

1.  Propósitos de la guía

• Comprender los conceptos físicos del espacio, el tiempo y la materia e identificar sus patrones de medición, análisis dimensional, conversión de unidades y órdenes de magnitud.
• Inferir a partir de mediciones y análisis de regresión, cantidades físicas como la longitud, la velocidad, la aceleración, la masa, el tiempo, entre otras, y analizar los errores en su estimación y la propagación de estos.
• Conocer cómo describir el movimiento en línea recta a partir de los conceptos de velocidad media, velocidad instantánea, aceleración media y aceleración instantánea.
• Resolver problemas que impliquen movimiento en línea recta con aceleración constante y cuando la aceleración no es constante.
• Interpretación de gráficas, posición contra tiempo, velocidad contra tiempo y aceleración contra tiempo.

1.2 Competencias a desarrollar

Interpretar resultados obtenidos teórica y experimentalmente a partir del diseño, montaje y realización de prácticas de laboratorio y a la luz de los conceptos presentados en esta guía. Interpreta y domina el lenguaje de la física fundamental. Argumenta y analiza los resultados del movimiento en dos dimensiones. Establece las competencias específicas de apropiación del conocimiento. Modela de forma teórica los resultados obtenidos experimentalmente.

1.3 Marco teórico 

En esta guía se realiza un acercamiento al lenguaje de la física y se repasarán algunos conceptos importantes y necesarios para el estudio de esta, como lo son los estándares y unidades para la realización de mediciones, los símbolos más utilizados en física. Enfocados en los temas el Sistema Internacional de unidades, el análisis dimensional  El cual busca que al realizar operaciones entre diferentes cantidades, exista una coherencia entre las unidades utilizadas .como, la conversión de unidades y su aplicación en el movimiento de los objetos físicos, campo conocido dentro de la física como cinemática, y se revisan los conceptos de vectores y álgebra vectorial necesarios para describir no solo la magnitud sino además la dirección y el sentido de varias cantidades físicas.

En el desarrollo de la guía, se analiza el desplazamiento en línea recta, introduciendo los conceptos de velocidad (media e instantánea) y aceleración (media e instantánea) y se continua con el análisis del movimiento en dos y tres dimensiones, estudiando en detalle el movimiento parabólico (o movimiento de proyectiles), permitiendo al estudiante explorar y verificar, por medio de animaciones y video, el comportamiento de un objeto bajo condiciones de velocidad y aceleración constante y variable.

Cuando una partícula se mueve en línea recta, describimos su posición con respecto al origen 0 mediante una coordenada como x. La velocidad media de la partícula,  durante un intervalo  es igual a su desplazamiento  dividido entre . La velocidad instantánea  en cualquier instante de t a  en el límite cuando  tiende a cero. De forma equivalente, es la derivada de la función de posición con respecto al tiempo.[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8]

La aceleración media  durante un intervalo  es igual al cambio de velocidad  durante ese lapso dividido entre . La aceleración instantánea  es el límite de  cuando  tiende a cero, o la derivada de  con respecto a t. [pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16]

1.4 Software/Hardware

Se realiza uso del software PhET en el sitio de simulaciones interactivas para ciencias.

https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/moving-man

1.5 Enunciados Movimiento en Dos y Tres Dimensiones

1.5.1 El hombre móvil

• Haciendo uso del software de simulaciones PhET explore la simulación de tal forma que se familiarice con todos los controles disponibles.
• Ejecute las instrucciones del caso 1 de la guía 1 del ambiente de aprendizaje virtual modelado de fenómenos físicos.

¿Qué pasa con la barra de posición azul a medida que el hombre avanza?

La barra azul avanza de izquierda a derecha, es decir, avanza desde la posición inicial -6.514m (lugar donde lo ubicamos) hasta 10m (lugar donde lo detenemos), pero esta vez su movimiento va en aumento.

¿Qué pasa con la barra de velocidad roja cuando el hombre avanza?

La barra de velocidad roja se mantiene quieta en el valor de 1.4m/s (donde la ubicamos) de principio a fin.

Usando la opción de reproducción, detenga la simulación en el momento correcto con el fin de diligenciar la tabla.

Ver Tabla 1.6.1.1.1 Tabla Caso 1 Velocidad Constante.

• Ejecute las instrucciones del caso 2 El hombre móvil de la guía 1 del ambiente de aprendizaje virtual modelado de fenómenos físicos.

¿Qué pasa con la barra de posición azul a medida que el hombre avanza? 

La barra azul avanza de izquierda a derecha, es decir, avanza desde la posición inicial -6.513m (lugar donde lo ubicamos) hasta 10m (lugar donde lo detenemos), pero esta vez su movimiento va en aumento.

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