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.

>Modelo

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La Analogía

Concepto

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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

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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

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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

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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

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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

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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

Top

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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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