ESTRATEGIA DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS

FAUD – UNC. CÁTEDRA DE FÍSICA.

ARQUITECTURA Y DISEÑO INDUSTRIAL

ESTRATEGIA DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS

En física de la carrera de arquitectura, una situación problemática se suele presentar como un enunciado en el que hay una correspondencia con una situación teórica o real y se presenta un fenómeno físico tal como: un desplazamiento, la dilatación de un cuerpo debida a un aumento de temperatura, un objeto que se mueve por estar sometido a fuerzas, el momento resultante en una estructura, etc, o más simplemente se necesita hacer algún tipo de cálculo como ser el volumen de un cuerpo, la presión que ejerce sobre la base de apoyo, es decir un cálculo puro sin que exista un fenómeno físico directamente involucrado.

En la mayoría de los casos, un problema se resuelve mediante la aplicación de una o más fórmulas, en el orden correcto. Pero para llegar a aplicar la fórmula y que ésta nos dé el resultado buscado con exactitud, debemos tener en cuenta una serie de consideraciones:

1. Manejar los conceptos básicos: hay una serie de teorías sobre las cuales se fundamentan una sucesión de conceptos derivados. Es importante tener en cuenta, cuando ocurre un fenómeno físico, lo que ocurre en la realidad –en el mundo real que experimentamos todos los días–a fin de poder aplicar la fórmula correspondiente al fenómeno que estamos analizando.
2. Dimensionar el fenómeno: con este concepto nos estamos refiriendo a que debemos intentar hacernos una representación mental de lo que ocurre y de las magnitudes involucradas. Entonces, hay que poder pensar sobre todo en términos de nuestra escala humana y de nuestra experiencia y llevar el problema a nuestra realidad. Por ejemplo: ¿tenemos idea de qué medida corresponde a 20 cm? ¿Y 20 km? ¿Cuánto tiempo necesitamos para caminar 20 km? ¿Y si recorremos esa distancia en auto? ¿Podemos alzar con nuestros brazos un cuerpo de 200 N de peso? Hacerse estas y otras preguntas nos permite reflexionar permanentemente en un ida y vuelta del ejercicio a la realidad y de la realidad de nuevo al ejercicio, a fin de poder aproximar el resultado calculado y ver si es coherente con nuestra apreciación o nuestra idea del mundo físico en el que vivimos.
3. Reforzar los conocimientos matemáticos: debido a que toda situación problemática necesariamente deriva en una operación matemática, hay que tener un buen dominio de esta materia para poder afrontar y resolver las fórmulas involucradas, esto incluye el uso de calculadora, el despeje de incógnitas en ecuaciones y saber el orden de resolución de las operaciones.
4. Dominar los pasos de unidades: sabemos que en física existen tres magnitudes fundamentales que son: longitud, masa y tiempo. La unidad de longitud es el metro (m) así como la de masa es el kilogramo (kg) y la del tiempo es el segundo (s). Muchas magnitudes tienen unidades derivadas de estas, como ejemplo la velocidad, cuya unidad es en metro sobre segundo (m/s). Obviamente, no todas las mediciones o registros estarán expresados en estas unidades, en la mayoría de los casos debemos realizar un paso de unidades.  Es fundamental saber reducir y pasar, por ejemplo, de kg a g, o de m3 a cm3 sin equivocaciones. El alumno debe practicar la técnica de paso hasta estar seguro de que la domina y que podrá hacerlo sin errores.
5. Saber resolver problemas de regla de 3 simple directa: la gran mayoría de los fenómenos físicos involucran magnitudes que se encuentran relacionadas de modo directo. Es decir que si una aumenta, la otra aumenta en la misma proporción y si una disminuye la otra también disminuye proporcionalmente. Un ejemplo es la distancia y el tiempo (para el caso de un auto que se mueve con velocidad constante), a mayor distancia es mayor el tiempo y viceversa. Lo mismo ocurre con los pasos de unidades que son reducibles a problemas de regla de 3.
6. Manejar la notación científica: la notación científica es sumamente conveniente a fin de expresar números muy grandes o muy pequeños con exactitud. Un ligero error en la notación puede causar que la resolución de nuestro problema nos de un resultado 10 veces más o 10 veces menos que lo esperado. Muchas veces menospreciamos la importancia de un “0” en la notación, pero pensemos que hacemos el cálculo de cemento necesario para una obra y compramos 10 veces más de lo necesario o sea que en vez de 30 bolsas le decimos a un cliente que compre 300 bolsas. O que compramos un kg de pan y nos cobran $ 250 en vez de $ 25. Por eso es necesario estar muy atento a la notación y lo mismo que con las unidades, hay que dominarlas a la perfección.
7. Elaborar un plan de trabajo: ante una situación problemática, veremos que hay una serie de datos numéricos que corresponden a magnitudes físicas, a la vez que hay incógnitas o valores que debemos calcular. Es importante hacerse un plan donde de manera directa o indirecta se encuentren todos los puntos anteriores (conceptos básicos, dimensionar, paso de unidades, notación científica). Hay que comenzar por identificar los datos y saber a qué magnitud física corresponden y ante todo identificar la incógnita o valor a calcular. Se puede hacer un dibujo o un diagrama. Luego hay que aplicar una fórmula para calcular lo que el problema requiera. En la mayoría de los casos, existe una simplificación de unidades que hay que hacer para que el resultado esté expresado en la unidad correcta. Veamos algunos ejemplos.

SITUACIÓN EJEMPLO 1: Un tanque de agua de forma cúbica, de 1,2 m de arista,  se apoya sobre el techo de una casa. El peso propio del tanque es de 200 kgf. Se necesita saber si, estando lleno de agua, el techo soportará la presión que ejerce el tanque sobre su base.

Claramente, la situación no es simple ni se resuelve haciendo una sola cuenta. Hay que pensar varias cosas e ir resolviendo de a poco. Veamos los conceptos que aparecen involucrados y las preguntas que como alumno me puedo ir formulando:

• Volumen de un cuerpo, en este caso un cubo. ¿Sé calcular un volumen?
• Arista: ¿qué es?
• Peso específico, ¿entiendo el concepto? ¿Puedo calcular el peso de un cuerpo a partir de su peso específico?
• Superficie: ¿cómo se calcula? ¿Qué significa?
• Presión: fórmula. Cálculo, ¿sé resolver? ¿Entiendo el concepto de presión?

A la vez destacamos los datos y la o las incógnitas:

Arista  a = 1,2 m    

Peso del tanque P1 = 200 kgf

Material: agua (Pe = 1 gf/cm3)

Presión  Pr =?        

Volumen  V = ?  

Peso del agua P2 = ?

Superficie de la base S = ?

Intentamos un diagrama para clarificar:[pic 1]

...