Fuerzas que mueven, frenan y desvían
Lo que vas a aprender
- Reconocer una fuerza como un empujón o un jalón que un objeto hace sobre otro, por contacto o a distancia.
- Identificar el efecto de una fuerza sobre el movimiento de un objeto en situaciones del recreo, poner en movimiento, detener, cambiar la rapidez o cambiar la dirección.
- Explicar que un objeto que rueda se detiene porque algo lo frena, y no porque se le acabe la fuerza.
- Comparar, con una experiencia segura, cómo caen dos objetos de distinto peso desde la altura de la mesa.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Es la hora del recreo y hay partido en la cancha. Mateo patea el balón, que estaba quieto, y el balón sale rodando. Laura lo ve venir y le da un cabezazo: el balón cambia de rumbo. Al final, el arquero se lanza y lo ataja.
En pocos segundos el balón arrancó, cambió de dirección y se detuvo. Cada cambio lo produjo una fuerza. Vas a aprender a reconocerlas y a decir qué le hacen al movimiento.
Explicación
Una fuerza es un empujón o un jalón
En 2.º aprendiste que una fuerza es empujar o jalar. Toda fuerza tiene dos protagonistas: el que empuja o jala, y el que recibe el empujón o el jalón. El pie empuja el balón. El perro jala la correa.
Por contacto y a distancia
Muchas fuerzas se hacen tocando. El pie toca el balón y la mano toca la puerta. Son fuerzas por contacto.
Otras fuerzas se hacen sin tocar. Acerca despacio un imán a un clip: el clip salta hacia el imán antes de que se toquen. Son fuerzas a distancia.
La fuerza a distancia más común de todas es la de la Tierra. La Tierra jala hacia abajo todo lo que está cerca de ella: a ti, a tu cuaderno y al mango que se cae del árbol. Nadie toca el mango mientras cae, y sin embargo baja. Lo jala la Tierra. A ese jalón lo llamamos peso.
Una fuerza por contacto y dos fuerzas a distancia. A la izquierda, el pie toca el balón y lo empuja. En el centro, el imán jala el clip sin tocarlo. A la derecha, la Tierra jala el mango hacia abajo sin tocarlo. Las flechas rojas muestran hacia dónde va cada fuerza.
Mira la pelota y el clip. La Tierra jala la pelota hacia abajo y el imán jala el clip, y ninguno de los dos los toca: son fuerzas a distancia. Gira la escena para verlo desde otro lado.
Lo que una fuerza le hace al movimiento
Una fuerza puede cambiar el movimiento de un objeto de cuatro maneras:
- Ponerlo en movimiento. El balón estaba quieto y la patada lo hace rodar.
- Detenerlo. El balón venía rodando y las manos del arquero lo paran.
- Cambiarle la rapidez. Cuando empujas a tu hermanito en el columpio, cada empujón lo hace ir más rápido. Cuando aprietas los frenos de la bicicleta, va más despacio.
- Cambiarle la dirección. El balón iba hacia un lado y el cabezazo lo manda hacia otro.
Detener y frenar también son trabajo de una fuerza. Un objeto que se mueve no se detiene solo: algo lo frena.
Los cuatro efectos de una fuerza sobre el balón. La flecha roja es la fuerza y la flecha azul muestra hacia dónde se mueve el balón; la azul punteada, cómo se movía antes. A: el balón quieto arranca. B: el balón que venía se detiene. C: el empujón va hacia donde ya iba el balón, y el balón sigue más rápido. D: el empujón es de lado, y el balón toma un camino nuevo, inclinado.
¿Se le acaba la fuerza al balón?
El pie toca el balón solo un instante. Después, nadie lo empuja, y aun así el balón sigue rodando. Muchos niños piensan que el balón «lleva la fuerza por dentro» y que se detiene cuando «se le acaba». No es así. Un objeto que ya se mueve sigue moviéndose solo: no necesita que lo sigan empujando. Lo que lo detiene es otra fuerza: el roce con el piso y con el pasto, que lo va frenando poco a poco. Ese roce se llama fricción, y la estudiarás al final de esta unidad.
Por eso el mismo balón, con una patada igual, llega más lejos en la cancha de cemento que en el pasto alto. El pasto lo frena más.
El objeto no siempre va hacia donde lo empujas
«Un objeto siempre se va hacia donde lo empujan.» Eso pasa con un objeto quieto. Pero si el objeto ya venía moviéndose, la fuerza puede hacer otras cosas:
- Si empujas en contra de su movimiento, lo frenas o lo detienes. El arquero empuja el balón hacia afuera de la portería, y el balón no sale hacia afuera: se queda quieto en sus manos.
- Si empujas de lado, lo desvías. El balón no sale derecho hacia donde lo empujaste. Toma un camino nuevo, inclinado, entre el que traía y el del empujón. Para saber qué hará una fuerza, mira hacia dónde empuja y cómo se movía antes el objeto.
¿Caen más rápido las cosas pesadas?
¿La Tierra hace caer más rápido lo pesado? Haz la prueba en grupo, con el docente.
Lo que necesitas: un cuaderno grueso, una hoja de papel, un borrador y una pelota de caucho pequeña.
- Sostén el cuaderno y la hoja lisa a la altura de la mesa y suéltalos al mismo tiempo. El cuaderno llega primero: la hoja se mece en el aire y baja despacio.
- Arruga la hoja hasta hacer una bola bien apretada. Suelta otra vez el cuaderno y la bola juntos. ¡Llegan casi al mismo tiempo!
- Suelta juntos el borrador y la pelota. También llegan casi juntos, aunque no pesan igual.
La hoja no cambió de peso al arrugarla: cambió su forma. La hoja lisa choca con mucho aire, y el aire la frena.
La conclusión: cuando el aire casi no influye, lo pesado y lo liviano caen casi igual de rápido. Una pluma o una hoja lisa caen despacio porque el aire las frena, no porque sean livianas.
Cuidados de la prueba:
- Se suelta desde la altura de la mesa. Nadie se sube a sillas ni a mesas.
- Solo objetos que no se rompen ni lastiman: nada de vidrio ni de objetos con punta.
- Pon un cartón en el piso donde caen. Nadie mete la cara ni las manos debajo.
- Un compañero escucha: si suena un solo golpe, llegaron juntos.
Lo que anotó el grupo de Sofía en un recreo: cada fuerza que vieron, según su efecto (datos inventados). Arrancar: poner en movimiento algo quieto. Detener: parar algo que se movía. Rapidez: hacer que algo vaya más rápido o más despacio. Dirección: desviar algo que se movía.
Ejemplo resuelto
Las fuerzas del partido
En el partido del recreo pasan tres cosas: Mateo patea el balón quieto, Laura le da un cabezazo cuando viene por el aire y el arquero lo ataja. ¿Qué fuerza hay en cada momento y qué efecto tiene?
Ver la solución paso a paso
La patada. El pie toca el balón: es una fuerza por contacto. El balón estaba quieto y sale rodando: la fuerza lo pone en movimiento.
El cabezazo. Otra fuerza por contacto. El balón ya venía moviéndose y sale hacia otro lado: la fuerza le cambia la dirección.
La atajada. Las manos empujan el balón en contra de su movimiento. El balón venía rápido y queda quieto: la fuerza lo detiene.
Respuesta: Las tres fuerzas de los jugadores son por contacto: la patada pone el balón en movimiento, el cabezazo le cambia la dirección y la atajada lo detiene.
Ejemplo resuelto
La canica que se para sola
Sofía empuja una canica con el dedo en el piso del salón. La canica rueda y al rato se para. Sofía dice: «Se paró porque se le acabó la fuerza que le di». ¿Tiene razón?
Ver la solución paso a paso
El dedo toca la canica solo al principio. Después nadie la empuja, y aun así sigue rodando sola: no lleva una fuerza guardada que se gaste.
Lo que pasa es que algo la va frenando: el roce con el piso.
Para comprobarlo, Sofía empuja la canica igual sobre la baldosa y sobre el tapete. En la baldosa llega mucho más lejos: allí el piso la frena menos.
Respuesta: No tiene razón. La canica no se para porque se le acabe la fuerza: se para porque el roce con el piso la frena. Donde el piso frena menos, rueda más lejos.
Ejemplo resuelto
Leer la gráfica del recreo
Mira la gráfica del grupo de Sofía. ¿Qué efecto de las fuerzas vieron más veces en el recreo? ¿Y cuál vieron menos?
Ver la solución paso a paso
Cada barra es un efecto: arrancar, detener, cambiar la rapidez y cambiar la dirección. Entre más alta la barra, más veces lo vieron.
La barra más alta es la de arrancar: lo que más vieron fue una fuerza que pone en movimiento algo que estaba quieto, como la patada al balón parado.
La barra más baja es la de la rapidez: lo que menos vieron fue una fuerza que hace ir más rápido o más despacio algo que ya se movía.
Respuesta: Lo que más vieron fue arrancar, y lo que menos, cambiar la rapidez. Las cuatro barras son fuerzas: cada una le hizo algo al movimiento.
Práctica
En el recreo, Juana empuja a su hermanito en el columpio justo cuando el columpio llega hasta ella y empieza a alejarse, y lo empuja hacia adelante. Con cada empujón, el columpio sube más alto. ¿Qué efecto tiene el empujón?
El columpio ya se movía. Juana empuja en el mismo sentido en que se aleja, y por eso va más rápido y sube más alto. Si empujara en contra, cuando viene hacia ella, lo frenaría.
Daniel empuja su carrito de juguete por el corredor. El carrito rueda un rato y se para. Daniel dice: «Se paró porque se le acabó la fuerza que le di». ¿Qué le responderías?
Después del empujón nadie empuja el carrito, y aun así rueda. Lo que lo detiene es una fuerza que lo frena: el roce de las ruedas con el piso. En un piso más liso llegaría más lejos con el mismo empujón.
Pablo suelta al mismo tiempo, desde la altura de la mesa, una pelota de caucho y una bola de papel bien apretada del mismo tamaño. La pelota pesa mucho más. ¿Qué pasa?
La Tierra jala las dos hacia abajo. Como las dos son bolitas compactas, el aire casi no las frena y caen casi igual de rápido. Una hoja lisa sí cae despacio, porque choca con mucho aire.
Un balón rueda derecho hacia la portería. Un defensa llega por un lado y lo patea de lado, hacia la derecha. ¿Qué camino sigue el balón?
El balón ya venía moviéndose hacia la portería. La patada de lado no borra ese movimiento: le suma un movimiento hacia la derecha, y el balón toma un camino inclinado. Solo un balón quieto sale derecho hacia donde lo empujan.
En la gráfica del grupo de Sofía, marca los efectos que le pasan a algo que ya se estaba moviendo.
Marca todas las que apliquen.
Detener, cambiar la rapidez y desviar le pasan a algo que ya se mueve. Arrancar no: arrancar es poner en movimiento algo que estaba quieto.
Mariana pone un clip encima de la mesa y mueve un imán por debajo de la tabla. El clip se desliza sobre la mesa siguiendo al imán. ¿Qué clase de fuerza mueve el clip?
La mano toca el imán, no el clip, y la mesa solo lo sostiene. El imán jala el clip sin tocarlo: es una fuerza a distancia, como la de la Tierra.
En el recreo, Camilo lanza una pelota hacia arriba. La pelota sube cada vez más despacio, se para un instante y vuelve a bajar. ¿Qué la hace cambiar así?
La mano empuja la pelota solo al principio. Después, la Tierra la sigue jalando hacia abajo sin tocarla: le quita rapidez mientras sube, la detiene arriba y la hace bajar. No se le acaba ninguna fuerza guardada.
Sofía anotó que una hoja se soltó del árbol y cayó al suelo. Nadie la tocó. ¿Qué la hizo caer?
La Tierra jala hacia abajo todo lo que está cerca de ella, sin tocarlo. Ese jalón es el peso, y es una fuerza a distancia, como la del imán sobre el clip.
Reto
¿Qué hace cada fuerza?
Fíjate en cómo se movía el objeto antes de la fuerza y cómo se mueve después.
Reto
Une cada situación con la fuerza que la produce.
Piensa quién empuja o jala, y si lo toca o no lo toca.
Reto
Encuentra las palabras de las fuerzas.
Busca las palabras en horizontal y en vertical.
Cierre
En resumen
Una fuerza es un empujón o un jalón que un objeto hace sobre otro; puede ser por contacto o a distancia, como la del imán o la de la Tierra.
Una fuerza puede poner en movimiento un objeto, detenerlo, cambiarle la rapidez o cambiarle la dirección.
Un objeto que rueda no se para porque se le acabe la fuerza; se para porque algo lo frena, como el roce con el piso.
Si el objeto ya se movía, no siempre va hacia donde lo empujan; la fuerza también lo frena o lo desvía.
Cuando el aire casi no influye, lo pesado y lo liviano caen casi igual de rápido.
Vocabulario
- Fuerza
Un empujón o un jalón que un objeto hace sobre otro. El pie empuja el balón; el perro jala la correa.
- Fuerza por contacto
Fuerza que se hace tocando el objeto, como la mano que abre la puerta.
- Fuerza a distancia
Fuerza que se hace sin tocar el objeto, como el imán que atrae un clip o la Tierra que jala hacia abajo lo que cae.
- Peso
El jalón con que la Tierra atrae un objeto hacia abajo.
- Dirección
Hacia dónde va un objeto que se mueve, o hacia dónde se empuja o se jala.
- Rapidez
Qué tan rápido o qué tan despacio se mueve un objeto.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Pregunte qué le pasó al balón en el último partido del recreo: cuándo arrancó, cuándo cambió de rumbo y cuándo se detuvo. Anote las ideas sin corregirlas.
- Explicación · 15 min — Fuerza por contacto y a distancia, con un imán y un clip en la mesa. Los cuatro efectos con la figura. Pregunte por qué se para un balón que rueda antes de explicarlo.
- Práctica · 20 min — En grupos de cuatro, la prueba de caída desde la altura de la mesa, con cartón en el piso: cuaderno y hoja lisa, cuaderno y hoja arrugada, borrador y pelota. Cada grupo anota cuántas veces oyó un solo golpe. Luego, preguntas y retos.
- Cierre · 5 min — Vuelva a las ideas del inicio. Pida a cada grupo una frase con lo que descubrió sobre la caída.
Preguntas para el salón
- Si nadie empuja el balón después de la patada, ¿por qué sigue rodando? ¿Y por qué al final se para?
- ¿Qué cosas del salón están siendo jaladas por la Tierra en este momento?
- ¿Por qué la hoja lisa cae despacio y la misma hoja arrugada cae rápido, si pesa lo mismo?
Errores típicos
- Creer que un objeto en movimiento se detiene porque se le acaba la fuerza. Haga rodar la misma canica, con un empujón parecido, sobre la baldosa y sobre un tapete. Pregunte por qué llega más lejos en la baldosa si el empujón fue igual: lo que cambia es cuánto la frena el piso.
- Creer que un objeto siempre se mueve hacia donde lo empujan, aunque ya viniera moviéndose. Haga rodar despacio una pelota frente al grupo y pida a un estudiante que le dé un golpecito de lado. Que describan el camino: no sale derecho hacia el golpe, se desvía en diagonal.
- Creer que los objetos pesados siempre caen mucho más rápido que los livianos. Repita la prueba de la hoja lisa y la hoja arrugada: el peso es el mismo y cambia la forma. Luego suelte el borrador y la pelota y pida que escuchen si suena un solo golpe.
- Creer que solo hay fuerza cuando algo toca al objeto. Use el imán y el clip, y pregunte quién jala el mango que cae del árbol. Nombre la Tierra como la fuerza a distancia que actúa siempre.
Tarea sugerida
Con un adulto, buscar en la casa tres fuerzas: una que ponga algo en movimiento, una que lo detenga y una que lo desvíe. Dibujar cada una con una flecha roja y escribir quién empuja o jala.