¿La fórmula que predice el futuro? ¡Descubre la Ley de Hooke y mira el mundo como un científico!
Soy Ken Kuwako, Science Trainer. ¡Cada día es un experimento!
En esta ocasión vamos a experimentar con la ley de Hooke y veremos paso a paso cómo realizar el experimento. Descubramos junto con los alumnos las leyes de la física que se esconden detrás de un fenómeno tan sencillo.
En este experimento colgamos una pesa de 10 g de un muelle y medimos cuánto se estira. Para los alumnos de primer curso de secundaria, es una excelente oportunidad para practicar dos habilidades fundamentales de la ciencia: obtener datos cuantitativos y representarlos en un gráfico. No se trata simplemente de hacer mediciones. Es un primer paso para convertirse en pequeños científicos capaces de descubrir cómo funciona el mundo y expresarlo mediante números.
Lo mejor de este experimento es que prácticamente no requiere preparación. Conviene tener todo el material preparado en un mismo lugar y hacer que cada alumno vaya a recoger lo que necesita. La investigación empieza precisamente ahí: preparando uno mismo los materiales que va a utilizar.
Necesitaremos unas cinco pesas de 10 g, un muelle, un soporte, una regla, palillos de madera y algunos materiales similares. Incluso puede ser interesante dejar en manos de los alumnos algunas de las decisiones sobre el procedimiento experimental, como cada cuánto medir o hasta qué punto continuar las mediciones. Es un experimento prácticamente sin riesgos. Aunque preparo un montaje para cada grupo, personalmente recomiendo trabajar por parejas con un solo montaje para dos alumnos, ya que este formato suele generar más conversación y profundizar el debate.
Con unos pequeños trucos, el experimento puede hacerse de forma mucho más fluida. Si colocamos dos brazos en el soporte, podemos utilizar uno para sujetar la regla y el otro para sostener el muelle. Si fijamos un palillo de madera a la pinza, podemos colgar fácilmente el muelle de él.
Vista general
Si hacemos zoom…
Un truco para medir consiste en medir la longitud total del muelle y calcular después cuánto se ha alargado mediante una resta. Ese pequeño paso adicional de hacer una resta también ayuda a los alumnos a pensar en qué significan realmente los datos que han obtenido.
Al realizar las mediciones, es importante seguir la regla que también aparece en los libros de texto: leer hasta una décima de la división más pequeña de la escala. Se trata de una regla para obtener datos lo más precisos posible. Por ejemplo, debemos ser capaces de distinguir claramente si el alargamiento del muelle es de 4,3 cm o de 4,4 cm. Esa pequeña diferencia puede aumentar considerablemente la fiabilidad de nuestros datos. Y precisamente esa actitud de prestar atención a diferencias aparentemente insignificantes puede conducir algún día a un gran descubrimiento.
Ejemplo de la ficha de trabajo:
Resultados del experimento y ley de Hooke
Cuando realizamos el experimento, llega ese momento mágico en el que los números, que al principio parecían desordenados, comienzan a alinearse formando una hermosa línea recta en el gráfico. ¡Ahí está una de las grandes maravillas de la ciencia! Pero hay algo especialmente interesante: si antes del experimento pedimos a los alumnos que predigan «¿Qué forma tendrá el gráfico del alargamiento del muelle?», muchos no saben responder de inmediato.
Tal vez tengan la vaga sensación de que «probablemente será una línea recta…», pero cuando preguntamos «¿Por qué debería ser una línea recta?», la explicación se vuelve mucho más difícil. Incluso podrían imaginar que el gráfico será una curva y que, a partir de cierto punto, el muelle dejará de alargarse de repente. Precisamente esa sensación de «¿por qué?» es el combustible que enciende la curiosidad científica.
¿Por qué aparece una línea recta? La belleza de la proporcionalidad descubierta por un genio del siglo XVII
La ley de Hooke nos dice que el alargamiento de un muelle es proporcional al peso de la masa que cuelga de él, es decir, a la fuerza aplicada. En otras palabras, si duplicamos el peso, el alargamiento del muelle también será el doble. Esta relación se conoce como proporcionalidad.
Quien descubrió esta relación fue Robert Hooke, un físico inglés del siglo XVII. Hooke también es famoso por haber sido rival de Isaac Newton y por ser la primera persona que observó células utilizando un microscopio. Al estudiar la relación entre la fuerza ejercida por un muelle y su alargamiento, propuso la conocida ley de Hooke: el alargamiento de un muelle es proporcional a la fuerza aplicada.
Gracias a esta ley, podemos responder mediante un cálculo o una predicción a preguntas como «¿cuántos centímetros se alargará el muelle si colgamos diez pesas?», sin necesidad de realizar el experimento de antemano.
En el siguiente artículo explico algunas ideas para convertir el estudio de la ley de Hooke en una actividad todavía más orientada a la investigación. ¡No te lo pierdas!
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