cinematica

Movimiento y cinemática*

El propósito de la primera parte del curso es encontrar la conexión entre fuerza y movimiento. El “problema del movimiento” era un enorme escollo intelectual cuando Galileo pudo comprender que se trataba de cuantificar las observaciones acerca de la naturaleza y aplicarles un análisis matemático. Pudo reconocer también la necesidad de separar el cómo del movimiento(cinemática) del por qué del mismo (dinámica).
Desarrollaremos a continuación una serie de dificultades que los estudiantes encuentran con diferentes temas.

Dificultades con los conceptos.

Los estudiantes tienen una visión bastante indiferenciada del movimiento, sin distinciones claras entre posición, velocidad y aceleración.
En una actividad, se les presenta a los estudiantes un diagramacon dos bolas sobre sendas pistas como indica la figura. Los números indican fotografías tomadas a intervalos regulares en los instantes 1 a 5. Se suelta la bola A desde el reposo y rueda hacia abajo en un plano inclinado mientras la bola B viene rodando con velocidad constante sobre la pista horizontal. La bola B se adelanta a la bola A al comienzo, pero, como muestra el diagrama, más tarde la bolaA se adelanta a la B. Se les pregunta a los estudiantes que identifiquen los instantes o el instante (si es que hay alguno) en que las dos bolas tienen la misma velocidad. Antes de haber trabajado con este material, aproximadamente el 50% de los estudiantes de un curso de física donde se trabaja con derivadas e integrales contestan que los dos instantes son los 2 y 4, cuando las bolas tienenidénticas posiciones.
Existe otra confusión particularmente común entre la velocidad y la aceleración. Varios estudios han demostrado que las dificultades subsisten aún después de haber tratado el tema en clase.

Cuestiones a considerar cuando se trata el tema:

Los estudiantes no diferencian espontáneamente entre posición, velocidad y aceleración. Tienen una idea sola, indiferenciada de“movimiento”.
Hay comúnmente confusión entre velocidad y posición. Si un automóvil en una autopista se adelanta a otro, dirán que los dos tienen la misma velocidad cuando estén uno junto al otro.
Frecuentemente se confunde velocidad con aceleración. Si se les pide que dibujen los vectores velocidad y aceleración, los alumnos muchas veces dibujan vectores aceleración que se parecen a los vectores velocidad.En los puntos de retorno (al final del recorrido de un péndulo, por ejemplo) los estudiantes insistirán en que la aceleración es nula.
Solamente se asocia aceleración al movimiento con aumento de velocidad o al frenado. Muy pocos estudiantes asocian aceleración con movimientos curvilíneos. Esto no es sorprendente, puesto que el vector aceleración tal como lo enseñamos es una definición y no unaobservación hecha por el sentido común.
En todos los casos los estudiantes dirán que una aceleración positiva indica que la velocidad está aumentando e interpretarán una negativa como sinónimo de frenado, en lugar de asociar el signo con la elección del sentido de los ejes de coordenadas con los que están trabajando.

Estas dificultades se basan en la falta de conocimiento que la mayoría de losalumnos tiene acerca de lo que es un vector.
Las definiciones formales como v  p= r /t no tienen sentido para los alumnos que no pueden interpretar qué quiere decir  r . Tanto la velocidad como la aceleración se deben introducir como definiciones operacionales, y es necesario darles muchos ejemplos en los que tengan que aplicar esas operaciones.

Dificultades con los gráficos:

Casitodos los alumnos pueden graficar un conjunto de datos o pueden leer un valor representado en un gráfico. Las dificultades surgen con la interpretación de la información que se presenta gráficamente. En particular:

Muchos no entienden el significado de la indicación: “Grafique a versus b”; van a graficar primero la variable a en el eje horizontal y consiguientemente terminarán haciendo el...