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Aprendiendo física como jugando con LEGO
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La física es una ciencia que nos permite describir situaciones y evoluciones de sistemas en el mundo real. Se basa en variables que pueden ser medidas y en ecuaciones que las relacionan, permitiendo su cálculo y, por ende, la predicción.
Cada variable se puede comparar con una pieza de LEGO que se ensambla para formar ecuaciones, correspondiendo a un elemento funcional. Estas diferentes ecuaciones permiten construir un modelo, similar a un juguete de LEGO que puede ser utilizado de diversas maneras.
Las diferentes formas de utilización corresponden a los cálculos posibles que se pueden realizar con diferentes conjuntos de datos y cálculos intermedios necesarios.
El uso de este modelo se refiere a lo que denominamos en física la resolución de problemas.
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La Analogía
Concepto
Podemos establecer una analogía entre una situación real y un juguete de LEGO.
La analogía entre la realidad en forma de un viaje y un juguete de LEGO
En la situación física, se describen variables y ecuaciones que las relacionan.
En el caso del juguete LEGO, se utilizan ladrillos y piezas que se ensamblan para formar el modelo.
Cada ladrillo, de esta manera, se corresponde con una variable que une diferentes partes, de forma similar a como lo hacen las ecuaciones.
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Las Variables
Concepto
Si se considera el modelar de un vehículo viajando se debe introducir la posición inicial $s_0$ y la final alcanzada $s$:
La analogía entre las variables y los ladrillo LEGO
Dentro de la analogía se asocia a cada variable un ladrillo de LEGO. Al ser variables distintas se diferencian en este caso por su color.
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Las Ecuaciones: la posición
Concepto
Dentro del modelo tiene sentido calcular el camino recorrido $\Delta s$.
Para ello hay que introducir dentro de la analogía un nuevo ladrillo LEGO.
La analogía entre las ecuaciones y los conjuntos de LEGO
Para su calculo se debe definir la ecuación correspondiente, que en este caso corresponde a
$\Delta s = s - s_0$
En nuestra analogía se conectan los ladrillos LEGO para formar la primera unidad de nuestro modelo.
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Las Ecuaciones: el tiempo
Concepto
Para describir el movimiento en nuestro modelo es necesario introducir el tiempo.
En analogía a la posición se debe introducir un tiempo inicial $t_0$, el tiempo final $t$ y el tiempo transcurrido $\Delta t$.
Cada una de las variables corresponde a un ladrillo LEGO que se representa en la imagen:
La introducción de tiempo y la analogía con LEGO
Adicionalmente hay que introducir el tiempo transcurrido que es una ecuación de la forma
$\Delta t = t - t_0$
Esta a su vez se representa en la analogía un nueva unidad del modelo LEGO.
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Las ecuaciones: la velocidad
Concepto
Para pronosticar como se desplaza el vehículo se debe introducir la velocidad.
Esta se define como la proporción del camino recorrido y tiempo transcurrido.
Dentro de la analogía se toman los ladrillos de camino recorrido con el de tiempo transcurrido y se montan sobre un nuevo ladrillo que representa la velocidad:
La analogía para la introducción de la velocidad
De esta forma se introduce la tercera ecuación
$v = \displaystyle\frac{\Delta s}{\Delta t}$
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Todas las Ecuaciones
Concepto
Si se termina de armar el modelo LEGO se obtiene relaciones adicionales que corresponden a otras descripciones de grupos de ladrillos.
De esta forma el modelo queda representado por las cinco variables ya definidas y por un total de cuatro ecuaciones:
Conjunto de todas las ecuaciones
En la parte central se muestra la ecuación adicional que surja de montar el modelo completo.
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El Modelo
Concepto
Finalmente se tiene el modelo completo, esto es las variables y las ecuaciones que las asocian.
Dentro de la analogía se tiene prácticamente un tipo de instrucción de un modelo LEGO en que se listan los ladrillos necesarios y los elementos que se van construyendo.
Instrucciones del modelo en el estilo LEGO
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