fuerzas y cambios de movimiento

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    Cul es la razn por la cual los objetos se mueven? Por qu tienen distintos tipos de movimiento?

    Qu es lo que produce distintas velocidades en los movimientos? Por qu cualquier objeto se cae al

    piso si lo soltamos? Debido a qu, a veces, las personas tambin caemos al suelo?

    Todo el tiempo, el movimiento est presente a nuestro alrededor. Se mueven los animales y las per-

    sonas, que deben trasladarse para llegar de un lugar a otro. Tambin un objeto que se cae est en

    movimiento.

    En la unidad 16 del Cuaderno de estudio 1, se desarrollaron algunas nociones de cinemtica, que es

    la rama de la Fsica que se ocupa de describir el movimiento de un objeto por ejemplo, si tiene una

    trayectoria recta o curva, con qu velocidad se mueve, o si est en reposo. Ahora, en este Cuaderno

    de estudio, vas a empezar a estudiar la dinmica, la rama de la fsica que se ocupa de estudiar las cau-

    sas del movimiento y tratar de dar respuesta a preguntas como las que estn al comienzo de este texto.

    A lo largo de esta unidad, vas a estudiar la relacin del movimiento con las fuerzas. En especial, vas

    a estudiar la fuerza responsable de la cada de los cuerpos.

    La primera actividad te propone darte cuenta de lo que ya sabs a partir de las experiencias con cambios de

    movimiento que suceden a diario en tu vida cotidiana, y tambin repasar lo que ya estudiaste en aos ante-

    riores. Si es posible, antes de responder por escrito a las preguntas, coment las respuestas con algn com-

    paero. No hace falta que consulten ningn libro, slo respondan las consignas con lo que se acuerden.

    Ten en cuenta que vas a necesitar algunos objetos, por ejemplo, un lpiz, y para la actividad2, una pelota

    pequea.

    1.Otra vuelta sobre el movimiento y sus cambios

    a) Tom un objeto y ponelo en movimiento, por ejemplo, hac rodar suavemente un lpiz sobre el escri-torio; observalo hasta que se detenga. Qu te parece que caus el movimiento? Por qu se detuvo?

    b) Describ otros cinco casos de objetos que se pongan en movimiento. Pods anotar las respuestasa las preguntas que siguen en forma de tabla.

    1. Cmo es la trayectoria de cada uno de esos objetos durante el movimiento?

    2. Alguna vez el movimiento cambi de direccin y de sentido?

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    TEMA 1: CAMBIOS EN EL MOVIMIENTO

    UNIDAD 16 Las fuerzas y los cambiosen el movimiento

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    3. En qu medio se movi cada objeto que describiste?

    4. Qu cres que caus el cambio de posicin del objeto en cada caso?

    5. Cul cres que es la causa por la que un objeto en movimiento se frena?6. Pens en objetos que se mueven, pero nunca se frenan. Cules son? Dnde se mueven?

    7. Por qu cres que caen los objetos?

    2. Cambios en la velocidad

    a) En esta parte de la actividad, vas a explorar los cambios en la velocidad de un mvil, us la pelota peque-a y segu el procedimiento que figura a continuacin. A medida que aparezcan preguntas, contestalas entu carpeta.

    1. Apoy la pelota sobre una superficie horizontal. Qu ocurre con la pelota?

    2. Hacela rodar sobre esa superficie.

    3. Qu ocurre con la velocidad de la pelota si inclins la superficie en donde est apoyada?

    4. Al inclinar la superficie an ms, qu diferencias nots respecto del movimiento anterior?

    b) Le el siguiente texto y luego revis tu respuesta a los puntos 3 y 4 de la consigna anterior. Corrego complet lo que sea necesario.

    Velocidad y aceleracin

    Cuando se describe el movimiento de un objeto, se hace referencia a su velocidad, por ejemplo,se dice que un auto va a 100 km/h (kilmetros por hora). Pero los objetos, en general, no mantie-nen la misma velocidad durante mucho tiempo. El auto que va a 100 km/h puede disminuir su velo-cidad y frenar o, por el contrario, aumentarla. Cuando la velocidad del movimiento de un objetocambia, no importa si aumenta o disminuye, se dice que ocurre algo llamado aceleracin, que nosindica cunto cambi la velocidad en un tiempo determinado. La aceleracin es mayor, es decir, msintensa, cuanto ms brusco es el cambio en la velocidad.

    En esta parte de la actividad, vas a trabajar con nuevas situaciones y esto te permitir darte cuenta de sientendiste qu es la aceleracin y su relacin con la velocidad.

    c) En la siguiente figura, vas a encontrar tres situaciones. Decid en cul de ellas no hay aceleracin, encual la aceleracin es muy intensa y en cul es menos intensa.

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    Para realizar las experiencias del tema 2, necesits una pelota y un trozo de soga.

    Acabs de leer que los cambios en la velocidad significan aceleracin. En las experiencias de este tema vasa estudiar de qu forma se pueden provocar cambios en la velocidad de un objeto.

    3. Cuerpos y velocidades

    a) Apoy la pelota sobre una superficie horizontal y realiz las siguientes experiencias. Anot los resulta-dos de cada paso en tu carpeta.

    1. Observ qu ocurre con la pelota: tiene aceleracin?

    2. Hac rodar la pelota por la superficie.

    3. Cmo pods hacer para frenarla?

    4. De qu forma pods lograr que la velocidad de la pelota cambie?

    5. Cmo haras para lograr una aceleracin grande? Y una pequea?

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    TEMA 2: LAS FUERZAS

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    Para poder modificar la velocidad de un cuerpo, por ejemplo, de una pelota, hay que aplicar una

    fuerza. En el caso de la pelota, es necesario empujarla para hacerla avanzar cuando est detenida ofrenarla cuando est en movimiento. En muchas ocasiones, se utilizan representaciones grficas delas fuerzas. Estas representaciones grficas resultan muy tiles para analizar diferentes problemas.

    En la siguiente actividad, vas estudiar de qu forma pueden representarse las fuerzas y vas aplicar esa repre-sentacin a algunos ejemplos.

    4. La representacin de las fuerzas

    Cuando se empuja un objeto, por ejemplo, una caja, hay que tener en cuenta en qu direccin se loempuja ya que el resultado ser diferente segn hacia donde se lo haga. Es decir que, cuando acta unafuerza, no slo importa la intensidadde esta fuerza, sino tambin hacia dnde est dirigida, o sea, sudireccin y su sentido. Las magnitudes que tienen esas caractersticas se denominan magnitudes vecto-riales. La fuerza, la velocidad o la aceleracin sonvectores.

    Una forma muy utilizada para representar los vectores es dibujar flechas, que son segmentos orientados.En el caso de los vectores que representan fuerzas, es necesario definir:

    su intensidad o mdulo: representado con la longitud de la flecha; su direccin: es decir, la recta de accin de la fuerza a la que pertenece el vector y que se corresponde

    con la inclinacin de la flecha; su sentido, que es una u otra semirrecta determinada por el punto de aplicacin en palabras cotidianas, si

    va hacia un lado o hacia el otro a partir de ese punto y est indicado por el extremo en punta de la flecha, y

    el punto de aplicacin, que es el lugar donde se ejerce la fuerza y en la representacin corresponde alextremo contrario a la punta de flecha.

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    La fuerza sobre un objeto se representamediante una flecha. La direccin y el sentido dela flecha indican hacia dnde apunta la fuerza, y lalongitud representa la intensidad. En B y C serepresentan dos situaciones: en C, el jugador pateacon una fuerza de mayor intensidad.

    A

    B C

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    Para realizar la prxima actividad, vas a necesitar una soga.

    5. Fuerzas en todas direcciones

    a) En esta parte de la actividad vas a explorar qu ocurre cuando se aplican fuerzas opuestas sobre uncuerpo. Reunite con un compaero y tomen cada uno un extremo de una soga. Tiren ambos con la mismafuerza hacia cada lado y observen.

    1. Qu ocurre con la soga?

    2. Qu ocurre si uno tira con ms fuerza que el otro?

    b) Hac un esquema en tu carpeta representando la fuerza que hace cada uno sobre la soga.

    c) Basndote en tu experiencia y en el esquema que acabs de realizar, resolv la siguiente situacin.

    1. Imagin que dos personas tiran de un mueco. En el caso en que ambos tiren con la misma fuerza,eleg la opcin que te parezca correcta de las dos que aparecen a continuacin:

    Las dos fuerzas, al tirar del mueco, producen una gran aceleracin sobre l.

    Como son opuestas, las dos fuerzas se cancelan y el mueco no cambia su movimiento.

    2. Cuando actan varias fuerzas sobre un cuerpo, siempre se puede conseguir el mismo efecto sobreel cuerpo que aplicando slo una fuerza. A esa fuerza se la llama fuerza resultante. Cul cres que esla fuerza resultante en el caso anterior?

    d) Ahora vas a observar qu ocurre si sobre un cuerpo actan dos fuerzas en la misma direccin ysentido. Observ la figura y le el epgrafe.

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    Cuando es necesario empujar unauto descompuesto, lo mejor es conseguirla mayor cantidad de gente posible. Unapersona empuja con una fuerza F, comose ve en la figura.

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    e) A continuacin, vas a encontrar dos grficos donde se puede ver a tres personas empujando el mismoauto. Supon que todos empujan con la misma fuerza F (igual a la del caso anterior) y resolv estas consignas.

    1. Eleg el grfico que representa mejor la situacin.

    2. Sobre la base de tu respuesta, analiz la veracidad de la siguiente afirmacin y, si es posible, discuti-la con un compaero. Anot tu conclusin.

    Cuando las tres personas empujan, hacen una fuerza resultante sobre el auto que es tres vecesmayor que la que hara uno solo.

    En la actividad que sigue, vas a necesitar algunas banditas elsticas.

    6. Las fuerzas y la aceleracinComo comprobaste en las actividades anteriores, al aplicar una fuerza sobre un cuerpo se observa un cam-

    bio en la velocidad. En esta actividad, vas a realizar vos solo una experiencia que te permitir comprobarcmo cambia la aceleracin de un cuerpo a medida que aumenta la fuerza que acta sobre l.

    a) Us una bandita elstica para impulsar un bollito de papel teniendo en cuenta que la bandita hace msfuerza cuanto ms estirada est. Como la aceleracin est relacionada con el cambio de velocidad delcuerpo, pods comparar las aceleraciones para cada estiramiento de la bandita. A medida que experi-mentes, anot tus observaciones y conclusiones en la carpeta.

    b) Segn los resultados obtenidos, explic si la afirmacin siguiente es correcta y fundament tu decisin.

    Cuanto mayor es la fuerza que se aplica sobre un cuerpo, la aceleracin que experimentar elcuerpo tambin ser mayor.

    c) Acabs de comprobar que la aceleracin de un cuerpo es mayor cuanto mayor es la fuerza aplicadasobre l. Esta es una ley de la Fsica que, adems, nos dice de qu manera estn relacionadas la fuerza yla aceleracin. Anot en un recuadro en tu carpeta la siguiente conclusin.

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    La fuerza y la aceleracin son proporcionales. Es decir que, si se duplica la fuerza sobre el cuerpo,la aceleracin que experimentar ser el doble.

    Hasta ac estudiaste sobre la aceleracin de los movimientos en general, verificaste que una fuerza aplica-da sobre un cuerpo produce una aceleracin, viste cmo se representan grficamente las fuerzas y aplicastevarias fuerzas sobre un mismo cuerpo para estudiar cules son los efectos. En el siguiente tema, vas a pro-fundizar en uno de los movimientos que experimentamos diariamente: la cada de los cuerpos.

    7.La cada de los cuerpos

    a) Le la siguiente informacin y respond en tu carpeta, formando un texto, las preguntas que vas aencontrar a continuacin.

    Cada libre y fuerza gravitatoria

    La Tierra y los objetos ejercen entre s una atraccin llamada fuerza gravitatoria, que hace quetodos los objetos se dirijan hacia la Tierra. Esta fuerza tambin atrae la Tierra hacia los objetos, pero

    como la Tierra es muchsimo ms grande, el movimiento que se genera en ella es imperceptible.Cuando sostenemos una taza, la taza es atrada hacia la Tierra por la fuerza gravitatoria, pero no secae porque esta fuerza es compensada por la mano que la sostiene. La mano y todo el cuerpo tam-bin sienten la atraccin terrestre y es por eso que nos mantenemos sobre la superficie y no salimosflotando por el espacio! La fuerza gravitatoria que ejerce la Tierra sobre los objetos tambin se deno-mina peso.

    Un objeto que est mal apoyado sobre una superficie, se cae al piso, es decir que va hacia la Tierra.Lo mismo nos ocurre a nosotros cuando perdemos el equilibrio. Si sostenemos una piedra y la sol-tamos, la piedra cae hacia el piso. Este movimiento se llama cada libre.

    Los objetos caen hacia la Tierra por la fuerza gravitatoria con una aceleracin que se llama grave-dad. Debido a la gravedad, un cuerpo que cae desde cierta altura va cada vez ms rpido. Esto suce-

    de debido a que sobre l acta una aceleracin. Si midiramos la velocidad de una piedra cuandoempieza a caer y la volvisemos a medir antes de llegar al piso, veramos que la velocidad aument,es decir que la piedra se aceler. La aceleracin de la gravedad tiene un valor cercano a 9,80 m/s2.

    1. Por qu caen los objetos?

    2. Con qu aceleracin caen los objetos hacia la Tierra y cmo se denomina esa aceleracin?

    3. Qu es el peso de un cuerpo?

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    TEMA 3: LA FUERZA GRAVITATORIA

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    Consult con tu docente si vas a hacer la actividad8 o si pass directamente a la9.

    8. Una historia de cadas

    a) Para comprender mejor desde cundo preocupa a la humanidad la cada de los cuerpos y cmo fueque Galileo Galilei estudi este tema, vas a leer el siguiente texto. Luego, contest por escrito en tu car-peta las preguntas que vas a encontrar a continuacin.

    Galileo y la cada de los cuerpos

    El fsico y astrnomo italiano Galileo Galilei (1564-1642) demostr que todos los objetos caencon la misma aceleracin o gravedad, sin importar qu forma o qu tamao tengan, cuando no esimportante el efecto de frenado del aire.

    Si un martillo y una pluma caen al mismo tiempo y desde la misma altura en un lugar donde nohay aire, los dos van a llegar juntos al piso. Si, en cambio, hay aire, uno de los cuerpos puede llegarpoco despus que el otro por la influencia del aire.

    Cuando hay aire, no todos los cuerpos caen con la misma aceleracin. Si tomamos dos hojas depapel, a una la hacemos un bollito y luego tiramos las dos hojas al mismo tiempo desde una venta-na, observaremos que el bollito llega rpidamente al piso y que la hoja abierta planea suavementehasta llegar al suelo, un rato ms tarde. Es decir que las dos hojas no cayeron con la misma acelera-cin, aunque ambas estn hechas de la misma cantidad de material. Esto se debe a que, en la cada,adems de la fuerza gravitatoria, intervino otra fuerza ms que es la resistencia del aire. La resisten-cia del aire es una fuerza que empuja el cuerpo hacia arriba y disminuye la aceleracin de la cada.

    En una de las misiones del hombre a la Luna, los astronautas que descendieron realizaron unaexperiencia parecida a la que acabs de hacer. Soltaron una pluma y un martillo para observar sicaan simultneamente.

    Cuenta la historia que, para demostrarque dos objetos llegaban al piso al mismo tiem-po, Galileo dej caer una piedra y una bala decan, diez veces ms pesada, desde lo altode la torre inclinada de Pisa, su ciudad natal enItalia. Los dos objetos llegaron al piso casi almismo tiempo, y esta pequea diferencia sedebi a la presencia del aire.

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    Como en la Luna no hay atmsfera, ambos llegaron al piso al mismo tiempo.

    Esta experiencia puede hacerse en un laboratorio, extrayendo el aire del interior de una campanade vidrio, conocida como campana de vaco. En el interior de la campana, la pluma y el martillotambin llegan simultneamente al mismo nivel.

    1. Busc en enciclopedias o libros de Fsica ms datos sobre la cada libre y otros aportes que hizoGalileo Galilei a la ciencia. Junto con lo que leste, reun los datos en una breve biografa, que escribirsen tu carpeta. Cul es la experiencia que, segn cuenta la historia, realiz Galileo para estudiar la cadade los cuerpos?

    2. Qu ocurre con la cada de los cuerpos en presencia de aire?

    3. Si te es posible subir a una escalera como la de un pintor un da sin viento, realiz la experiencia quese cuenta en el texto con la hoja y el bollito de papel.

    4. Si viviramos en un planeta sin atmsfera y lanzramos un botn y un zapallo desde la misma altura,cul alcanzara primero la superficie del planeta? Fundament tu repuesta.

    Ahora que sabs algo ms sobre la fuerza gravitatoria, vas a construir y a aprender a usar undinammetro, un

    dispositivo muy sencillo con el que se miden fuerzas y que es el elemento que permite a las balanzas medir el peso

    de los cuerpos. Esta actividad es para que la hagas con otros compaeros. Consult con tu docente cmo organi-

    zar el trabajo.

    Para la construccin del dinammetro, vas a necesitar:

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    Un resorte de alambre de acero elstico pero indefor-

    mable (a veces los cuadernos de espiral o el interior de bol-grafos los traen y pods utilizarlos, pero muchas veces el

    alambre es muy blando y, si bien se estira con facilidad,

    luego no vuelve a su posicin inicial; en ese caso no sirve).

    Cinco pesas iguales de valores conocidos.

    Una regla. Varios objetos para medir su fuerza.

    Una bolsita de clavos.

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    9. Para medir fuerzas: el dinammetro

    A lo largo de la historia de la humanidad, las personas construyeron diversos aparatos para medir fuerzas.En esta actividad, vas a poder construir vos mismo un aparato muy antiguo: el dinammetro.

    Habrs notado que, luego de estirar un resorte, este vuelve a su forma original. Para estirar ms un resor-te, hay que hacer ms fuerza sobre l. De esta forma, se establece una relacin entre el estiramiento del resorte yla fuerza que est soportando.

    Hay que tener cuidado, porque si lo estirs demasiado, el resorte puede deformarse y ya no retorna a suforma original.

    a) En esta parte de la actividad vas a calibrar el instrumento. Para hacerlo, le el texto que sigue y reali-z los pasos que lo acompaan.

    Calibrar un instrumento consiste en graduar una escala estableciendo una correspondencia entrelo que indica el instrumento y los valores de la magnitud que se miden con l. En el caso del dina-mmetro, el objetivo es asociar a cada estiramiento del resorte el valor de la fuerza que se estmidiendo.

    Paso 1. Fij uno de los extremos del resorte a unpunto en donde puedas colgar las pesas en elotro extremo.

    Paso 2. Fij la regla al costado del resorte y, agre-

    gando de a una las cinco pesas, med en cada casohasta dnde se estira el resorte. Anot el pesocorrespondiente a la primera pesa y el que vateniendo el cuerpo colgante cada vez que agregsuna de las otras cuatro.

    Paso 3. Como el dinammetro sirve para medirfuerzas en distintas direcciones, intent medir, conel que acabs de construir, la fuerza que es nece-saria para mover distintos objetos, por ejemplo,un cuaderno.

    Record no estirar demasiado el resorte.

    Paso 4. En una tabla de dos columnas anotlos objetos que elegiste y la fuerza necesariapara comenzar a moverlo, segn indicaba eldinammetro.

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    Consult con tu docente si hacs la actividad10 o si vas a pasar directamente a la11.

    10. Las balanzas

    Seguramente conocs los aparatos o instrumentos que miden el peso de los cuerpos y que se denominanbalanzas. Estas se utilizan desde hace muchsimo tiempo, sobre todo en el comercio.

    a) Para aprender ms sobre las balanzas, vas a realizar la siguiente experiencia con el dinammetro queconstruiste, ya que este puede usarse en reemplazo de aquel aparato. Realiz los siguientes pasos.

    Paso 1. Ubic el dinammetro de forma que puedas colgar diferentes pesos en l.

    Paso 2. Pes una bolsa con clavos.

    1. Qu ocurrira si pesaras un clavo solo?

    2. Cmo podras hacer para conocer el peso aproximado de un solo clavo sin pesarlo?

    b) Como existen balanzas de muy diferente diseo, para completar tus conocimientos, busc informacinsobre alguna que sea diferente del dinammetro y describ su funcionamiento. Pods buscar en un dic-cionario enciclopdico o en libros de texto de Ciencias Naturales en los captulos de Fsica.

    1. Cules son las balanzas ms antiguas utilizadas?

    2. A qu se llama balanza de dos brazos?

    3. Qu es una balanza romana?

    4. Dibuj en tu carpeta esos dos tipos de balanza y compar brevemente su funcionamiento con el deldinammetro.

    En la actividad siguiente vas a poder revisar y aplicar lo que estudiaste sobre la fuerza gravitatoria y otrasfuerzas con esas caractersticas.

    11.La gravedad no es la nica fuerza a distanciaa) Analiz las siguientes situaciones identificando aquellas en las que actan fuerzas a distancia.

    Se acercan dos imanes de forma que quedan enfrentados dos polos iguales.

    Se acercan dos imanes de forma que quedan enfrentados el polo sur de uno con el polo nortedel otro.

    Se suelta una goma de borrar desde una altura de un metro.

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    Acta fuerza a distancia Hay atraccin Hay repulsin

    Se enfrentan polos iguales

    Se enfrentan polos opuestos

    Se suelta un objeto

    c) De acuerdo con los casos que acabs de analizar, escrib un texto breve comparando las fuerzas mag-netica y gravitatoria. Detall en qu se parecen y en qu se diferencian estas fuerzas y cules son los cuer-

    pos que se atraen y se repelen en cada caso.

    d) Adems del magnetismo, qu otra fuerza que acte a distancia conocs? Da un ejemplo en el cual seevidencie que esa fuerza acta a distancia. Hac un breve resumen comparndola con la fuerza de grave-dad, igual que hiciste en el punto anterior al compararla con la fuerza magntica.

    La actividad siguiente te servir para controlar cunto sabs sobre los efectos de las fuerzas luego de haber com-

    pletado la unidad. Antes de resolverla, revis y ten a mano las anotaciones sobre lo que estuviste estudiando

    hasta aqu.

    12. El efecto de las fuerzas

    a) Explic en tu carpeta qu ocurre en las siguientes situaciones y representalas grficamente.

    1. Se patea una pelota en un penal.

    2. Un jugador detiene la pelota luego de un pase de un compaero.

    3. Dos nias pequeas tiran con la misma fuerza de cada uno de los brazos de una mueca.

    b) A continuacin, encontrars dos afirmaciones: una de ellas es verdadera y la otra es falsa. Escrib la

    verdadera en tu carpeta. Fundament tu decisin.

    En un lugar donde no hay aire, dos objetos, que se dejan caer simultneamente, llegan juntosal piso sin importar el peso de cada uno de ellos.

    Cuando dejo caer dos objetos simultneamente, el ms pesado llegar al piso antes que el msliviano, ya que caer con mayor aceleracin.

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    b) Teniendo en cuenta lo anterior, complet un cuadro como este en tu carpeta poniendo S o NO encada casillero segn corresponda.

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    Para finalizarEn esta unidad, pudiste ver cmo se producen los movimientos en los cuerpos: las fuerzas que actan

    para generarlos, la velocidad del movimiento y sus cambios, es decir, su aceleracin.Estudiaste el fenmeno de la cada libre y pudiste ver que la causa de que los objetos se caigan cuando son

    soltados de alguna altura respecto del piso es la fuerza de atraccin gravitatoria que ejerce la Tierra sobre

    ellos. Aprendiste que la fuerza gravitatoria es una fuerza que acta a distancia, ya que la Tierra atrae los

    objetos aun cuando ambos (el objeto y la Tierra) se encuentran separados. Tambin estudiaste que la fuerza

    gravitatoria no es la nica fuerza que acta a distancia y que cualquier fuerza se representa con un vector.

    El movimiento y sus leyes va a ser el primer tema que profundizars cuando empieces a trabajar con el

    Cuaderno de estudio 3. Todo lo que ya sabs te va a ser til para seguir aprendiendo sobre los efectos de

    las fuerzas y las leyes de la dinmica que estableci en 1665 el fsico Isaac Newton, de quien, quiz, ya

    escuchaste hablar. Estas leyes fueron un importante aporte para poder i nterpretar el funcionamiento del

    universo.

    Con la resolucin de las actividades de esta unidad, concluiste la tarea con el Cuaderno de estudio 2.

    Ciencias Naturales. Seguramente ya sabs muchas cosas nuevas que te prepararn el camino para poderseguir avanzando el ao prximo.

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