Dado que el editor de pantalla completa no admite subíndices y superíndices, especificamos mi notación para representarlos: (1) Todas las variables cinemáticas se representan con letras mayúsculas. Por ejemplo, la velocidad está representada por V y la aceleración por A. (2) se designan con letras de situación más bajas. Por ejemplo, la velocidad inicial “V cero” es Vo. (3) Los poderes están representados por **. Por ejemplo, “tiempo al cuadrado” es T ** 2.
El tema inicial que cubre la mayoría de los autores en sus libros de introducción a la física es la cinemática. Hacen esta elección porque los alumnos deben tener un control firme de la posición, la velocidad y la velocidad antes de investigar los diversos temas en los técnicos newtonianos. Lamentablemente, la cinemática parece animar a los alumnos a buscar fórmulas y también a conectar. Mientras aprenden a solucionar problemas de cinemática, los alumnos generalmente tienen demasiadas ecuaciones rebotando dentro de sus cabezas. Sus servicios de emisión incluyen ecuaciones como V = Vo + AT, X = VT, la fórmula de variedad, la fórmula de altura máxima, etc. Pero la física no es un estudio de ecuaciones, es un estudio de investigación de principios fundamentales, la mayoría de los cuales ocurren para ser revelado como ecuaciones.
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Incluso cuando se enseña cinemática, les decimos a los alumnos que ciertamente nunca reconocerán la física si se acercan a ella con tantas fórmulas para memorizar. destacamos que necesitan descubrir para pensar en términos de principios. Lamentablemente, es difícil transmitir ese mensaje cuando los estudiantes ven ecuación tras fórmula en sus libros. Es explícitamente desafiante ya que, en la escuela secundaria, la mayoría de los estudiantes han descubierto la antigua técnica analítica de “identificar lo conocido, luego de eso, conéctelo a las fórmulas ideales para descubrir las incógnitas”.
Índice de contenidos
¿Qué es la cinemática?
La cinemática es el estudio de investigación de la actividad, sin referencia a las fuerzas que crean esa actividad. O dicho, la cinemática se centra en la posición, la velocidad, la velocidad y no gestiona las presiones. En cinemática, hay cinco cantidades cruciales: desplazamiento (cambio listo), velocidad inicial, velocidad final, aceleración y tiempo.
La velocidad preliminar es precisamente la rapidez con la que se mueve un elemento en t = 0. La velocidad final es la rapidez con la que se reubica un objeto cuando un tiempo
Demasiados alumnos ven cada una de las físicas como nada más importante que un entrenamiento en la búsqueda de la mejor fórmula. Hemos combatido con éxito este lamentable problema creando una colección de ecuaciones estándar para la cinemática de aceleración constante como si fueran principios fundamentales. Reconocemos que no son conceptos fundamentales; no obstante, pedimos a los alumnos que se ocupen de estas fórmulas como si fueran absolutas. Les mostramos a los estudiantes que comiencen todos los problemas de cinemática (tanto unidimensionales como bidimensionales) en términos de las mismas ecuaciones básicas.
La mente lógica que utilizan para solucionar problemas en cinemática es similar a las que emplearán más adelante cuando experimenten los principios esenciales. Todos los libros adquieren las ecuaciones integrales del movimiento con aceleración constante. Todos los problemas se pueden abordar en términos de solo 3 de estos. Al cubrir las opciones de problemas, nunca nos apartamos de estas tres ecuaciones.
Con Xo y también Vo la ubicación y también la tasa en T = 0, las tres fórmulas son las obvias:
Posición a tiempo X = Xo + VoT + (AT ** 2) / 2.
Velocidad al tiempo V = Vo + AT.
Tasa al ajuste V ** 2 = Vo ** 2 + 2A (X – Xo).
La tercera de estas ecuaciones se puede derivar de las otras dos. Pero esta ecuación es tan valiosa que estamos a favor de ponerla en pie de igualdad con las otras dos. Observe los enunciados delante de las ecuaciones. Instamos a los alumnos a asumir estos en lugar de sus ecuaciones acompañantes. La solución de cumplir con el problema muestra con bastante claridad cómo educamos la cinemática.
Problema: como se destaca en la ilustración, un niño también lanza una esfera hacia arriba, ya que regresa a él en 4.0 s. (a) ¿Cuál es la primera velocidad de la ronda? (b) ¿Qué altura máxima H alcanza la ronda?
Servicio Usamos un sistema de coordenadas (x, y) con el origen en el punto de liberación de la ronda y el eje y está dirigido hacia arriba. Entonces Yo = 0 y también A = – g = -9.8 m / s ** 2. La tasa inicial de la esfera es la desconocida Vo. (a) Sabemos que la modificación en la posición es un no absoluto en dos tiempos con 4.0 s de diferencia, por lo que asociamos la ubicación al tiempo. (b) Queremos la ubicación (la altura óptima H) cuando la velocidad es no absoluto, por lo que conectamos la velocidad con la ubicación.
(a) Colocación a tiempo
X = Xo + VoT + (AT ** 2) / 2.
0 = 0 + Vo (4.0 s) + ((- 9.8 m / s ** 2) (4.0 s) ** 2) / 2 0.
entonces Vo = 19,6 m / s.
(b) Tasa de ajuste.
V ** 2 = Vo ** 2 + 2A (X – Xo).
V ** 2 = Vo ** 2 + 2 (- 9,8 m / s ** 2) H.
Con Vo de (a) sustituido aquí, ubicamos H = 19.6 m.
Ultimas palabras
Una imagen (no mostrada) acompaña a este problema. Observe cómo se anima al estudiante a abordar la solución del problema creyendo las notas clave de la cinemática de aceleración constante, en este caso, la posición con respecto al tiempo y la velocidad con el tiempo. Todas las opciones problemáticas para la aceleración continua se abordan de la misma manera. La circunstancia determina una relación, se menciona esa asociación y luego se utiliza la ecuación que representa esa conexión para resolver el problema. Cuando los alumnos comienzan su entrenamiento en física con esta estrategia, muchos evitan la fórmula de cazar capturas que también es habitual en la física inicial. En el futuro, cuando investiguen los principios vitales de la mecánica automotriz, varios de ellos solucionan problemas utilizando sistemáticamente los conceptos básicos. Comienzan problemas con la segunda regulación de Newton, la preservación de la energía mecánica, etc.
Nuestro mensaje es relativamente sencillo. La física inicial comienza con un tema basado en ecuaciones, la cinemática. Por lo tanto, para muchos alumnos comienzan su educación física con una búsqueda de fórmulas. Recomendamos desalentar esta propensión ofreciendo la cinemática como un tema controlado por un par de conceptos esenciales. Luego, numerosos aprendices crean rápidamente excelentes hábitos analíticos que los dirigen a través del resto de sus trabajos de investigación científica y de ingeniería.