Aprendiendo física como jugando con LEGO

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La física es una ciencia que permite describir situaciones y evoluciones de sistemas en el mundo real. Se basa en variables que se pueden ser medidas y ecuaciones que las relacionan y permiten su calculo y por ende pronostico. Cada variable es como una pieza de LEGO que se va ensamblando formando ecuaciones que corresponden a un elemento funcional. Las distintas ecuaciones permuten conformar un modelo que es análogo a un juguete de LEGO que puede ser usado de diversas formas. Las formas de uso corresponden a los posibles cálculos que se pueden realizar con distintas constelaciones de datos dados y cálculos intermedios necesarios. Las formas de uso corresponden a lo que denominamos en física la resolución de problemas.

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La Analogía

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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

La situación real se describe mediante variables y ecuaciones que las asocian.

El juguete LEGO mediante sus ladrillos y partes que se arman para formar el modelo.

Cada ladrillo corresponde de esta forma a una variable que ligan distintas partes como lo hacen ecuaciones.

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Las Variables

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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

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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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El Tiempo

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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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La Velocidad

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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

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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

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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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