En esta Unidad de Ciencias Físicas, los estudiantes explorarán cómo se mueven los objetos y también investigarán las fuerzas que actúan sobre ellos. El movimiento y la fuerza son conceptos clave en las ciencias físicas. Todas las cosas en el universo están en constante movimiento y afectadas por fuerzas equilibradas y desequilibradas, como la gravedad.
Una fuerza desequilibrada que actúa sobre un objeto cambia su velocidad y/o dirección de movimiento. Si las fuerzas están equilibradas, el objeto estará quieto. Si las fuerzas que actúan sobre el objeto están desequilibradas, éste se moverá. En esta unidad, los estudiantes experimentarán con fuerzas equilibradas y desequilibradas en el Supercoche.
¿Qué es la fuerza?
La fuerza es empujar o tirar de un objeto. Cuando se aplica fuerza a un objeto, y esa fuerza tampoco tiene oposición, cambiará el movimiento de un objeto. Hay fuerzas equilibradas y desequilibradas. Las fuerzas que son iguales pero de direcciones opuestas se llaman fuerzas equilibradas. Las fuerzas equilibradas no hacen que un objeto se mueva.
Un ejemplo de fuerza equilibrada serían dos grupos de personas jugando al tira y afloja con la misma cantidad de fuerza. Esto haría que la cuerda permaneciera en su lugar, ya que las fuerzas opuestas que se ejercen en ambos lados son equivalentes. Sin embargo, las fuerzas que están desequilibradas harán que un objeto u objetos se muevan.
Si se tira de ambos lados con la misma fuerza, la cuerda no se mueve y tampoco lo hacen las personas que tiran. Sin embargo, si la fuerza de tracción es mayor en un lado, hará que la cuerda se mueva tan bien como las personas del otro lado.
Gravedad o fuerzas gravitacionales son fuerzas de atracción. En la Tierra, la gravedad es la fuerza que la Tierra ejerce sobre nosotros, tirando de nosotros y manteniéndonos en el suelo. Esta fuerza determina lo que pesamos, la altura de una bola voladora o cualquier otra fuerza física en el planeta.

En esta unidad, los estudiantes experimentarán con la fuerza gravitacional equilibrada y desequilibrada colocando su supercoche sin motor encima de una rampa.

Durante el Laboratorio 5, los estudiantes conocerán la velocidad mediante el uso de VEXcode GO para cambiar la configuración de velocidad del Code Super Car. La velocidad es una medida de la rapidez y la dirección en la que se mueve un objeto. Si los estudiantes reducen la velocidad del Code Super Car, reducirán la cantidad de fuerza que tiene el Code Super Car. Las fuerzas equilibradas harán que la velocidad del Code Super Car permanezca constante. Una fuerza desequilibrada haría que el Code Super Car acelerara o desacelerara.
¿Qué es el movimiento?
El movimiento es movimiento. Este movimiento se puede analizar observando y midiendo qué tan lejos viaja un objeto, qué tan rápido se mueve y en qué dirección se mueve. Más precisamente, el movimiento se puede describir utilizando las tres leyes de Newton.
Primera ley del movimiento de Newton
Primera ley del movimiento de Newton: establece que un objeto en reposo permanece en reposo y un objeto en movimiento permanece en movimiento, a menos que actúe sobre él una fuerza externa o desequilibrada.
Cuando los objetos están en reposo, es más fácil para los estudiantes entender por qué están en reposo. Sin embargo, cuando los objetos se mueven y luego disminuyen gradualmente su velocidad o se detienen repentinamente debido a algunas fuerzas como la fricción o la gravedad, estos conceptos a menudo no se pueden ver fácilmente. Por tanto, son más difíciles de conceptualizar. Los objetos en reposo a menudo se deben a fuerzas que se equilibran sobre ese objeto. Cuando un objeto se mueve, continuará moviéndose hasta que alguna fuerza externa o desequilibrada actúe sobre él. Por ejemplo, si haces rodar una pelota cuesta abajo, seguirá rodando hasta que golpee algo o se nivele en una superficie plana y se desacelere debido a la fricción y/o la gravedad.
Segunda ley del movimiento de Newton
Segunda Ley del Movimiento de Newton: establece que la aceleración de un objeto depende de la masa de un objeto y de la fuerza que actúa sobre él. La ley define que una fuerza es igual a la masa por la aceleración. (es decir F = m*a).
Cuanto mayor es la fuerza que se aplica a un objeto, más afectado se vuelve el objeto. Hay muchas condiciones a considerar. Por ejemplo, ¿qué tan pesado o grande es el objeto? Cuanto más pesado o grande sea el objeto, más fuerza se necesitará para moverlo.
Tercera ley del movimiento de Newton
Tercera Ley del Movimiento de Newton: establece que por cada acción, hay una reacción igual y opuesta. En otras palabras, si el objeto 1 ejerce una fuerza sobre el objeto 2, entonces el objeto 2 también ejerce una fuerza igual sobre el objeto 1.
Piensa en sentarte en una silla. La fuerza al sentarse debe ser opuesta a una fuerza que se ejerza hacia arriba, de lo contrario la silla colapsaría. En términos de fuerzas equilibradas y desequilibradas, cuando las fuerzas están equilibradas, un objeto no se mueve y permanece estacionario. Por ejemplo, imagina que empujas tu brazo contra la pared. La fuerza de tu brazo se equilibra con la fuerza ejercida por la pared para permanecer quieto. Las fuerzas también pueden estar desequilibradas. Cuando las fuerzas están desequilibradas, los objetos se mueven. Esto se debe a que una fuerza es mayor que otra.
¿Qué son los engranajes?
Los engranajes son ruedas con dientes alrededor de los bordes que se utilizan para transferir fuerza de una posición a otra. Esto se puede hacer con engranajes del mismo tamaño para transferir la misma fuerza o usando engranajes de diferentes tamaños para crear una ventaja de velocidad o potencia a medida que se transfiere la fuerza.
Hay dos tipos de ventajas mecánicas que pueden crear los engranajes. Una ventaja mecánica cuando se necesita menos fuerza para realizar la misma cantidad de trabajo porque se utiliza una máquina simple (en este caso: engranajes) para aumentar y cambiar la dirección de la fuerza aplicada. Una ventaja mecánica se puede ajustar para satisfacer necesidades específicas. Cuando dos engranajes del mismo tamaño se engranan, se crea una transferencia de potencia en una proporción de 1-1. Otros dos tipos de ventaja mecánica son la velocidad y el par.

En relación con el movimiento de los engranajes, existe un engranaje impulsor y un engranaje conducido. Un engranaje impulsor es el engranaje que transmite o transmite potencia a otro engranaje. Un engranaje conducido es el engranaje impulsado hacia adelante por otro engranaje.
Torque es una ventaja mecánica que hace que la salida de un engranaje o máquina impulsado sea más potente. El par se crea cuando un engranaje más pequeño impulsa un engranaje más grande. El engranaje más pequeño necesita más rotaciones para girar el engranaje grande una rotación completa.
La velocidad es la distancia que se mueve un objeto a lo largo del tiempo y es una ventaja mecánica que hace que la salida del engranaje o máquina impulsado sea más rápida. Esta ventaja se crea cuando una marcha más grande impulsa una marcha más pequeña.
La velocidad está inversamente relacionada con el par. Si se desea la velocidad en la salida, entonces se debe disminuir el par. Lo contrario también es cierto: si se desea más par o potencia como salida, entonces la velocidad disminuirá.
El kit VEX GO tiene cuatro tipos de engranajes: el Red Gear tiene 8 dientes, el Green Gear tiene 16 dientes, el Blue Gear tiene 24 dientes y el Pink Gear tiene 24 dientes. Los engranajes rojo, verde y azul pueden transferir velocidad y torsión. El Pink Gear no tiene un agujero cuadrado en el centro y es un engranaje "inactivo". A menudo se utiliza para transferir par de una posición a otra, sin cambiar la relación de transmisión.