Plan de Lección Teknis | Dilatación: Superficial

Objetivo

Duración: (10 - 15 minutos)

El propósito de esta etapa del plan de lección es asegurar que los estudiantes comprendan los conceptos fundamentales de la expansión térmica, relacionándolos con situaciones prácticas y el mundo laboral. Desarrollar habilidades prácticas es clave para que los estudiantes puedan aplicar la teoría en escenarios reales, como en ingeniería y en la industria, donde la expansión térmica puede afectar la integridad estructural de materiales y componentes.

Objetivo Utama:

1. Entender los conceptos básicos de la expansión térmica y su aplicación en diferentes materiales.

2. Resolver problemas prácticos relacionados con la expansión térmica de objetos sólidos.

3. Aplicar el conocimiento adquirido para resolver situaciones específicas, como la expansión de agujeros en láminas.

Objetivo Sampingan:

Introducción

Duración: (15 - 20 minutos)

El propósito de esta etapa es contextualizar el tema de la expansión térmica, conectándolo con situaciones reales y el mercado laboral, además de despertar el interés y la curiosidad de los estudiantes mediante una actividad introductoria atractiva.

Curiosidades y Conexión con el Mercado

¿Sabías que los puentes y pasos elevados tienen juntas de expansión para evitar daños estructurales por cambios de temperatura? Además, en la industria aeronáutica, es vital considerar la expansión térmica de los materiales para prevenir fallos catastróficos en los aviones. En la fabricación de dispositivos electrónicos, como celulares y computadoras, controlar la expansión de los materiales también es crucial para evitar fallos.

Contextualización

La expansión térmica es un fenómeno físico que ocurre cuando los materiales sólidos se expanden o se contraen debido a cambios de temperatura. Este concepto es esencial no solo en el área de la física, sino que también tiene diversas aplicaciones prácticas en nuestra vida cotidiana, como la construcción, la fabricación de componentes mecánicos y la ingeniería de materiales. Comprender cómo se comportan los materiales a diferentes temperaturas es fundamental para garantizar la seguridad y durabilidad de estructuras y dispositivos.

Actividad Inicial

Guía a los estudiantes para que vean un breve video de 3 minutos que ilustra la expansión térmica en diferentes materiales. Luego del video, plantea la siguiente pregunta motivadora: ¿Cómo crees que la expansión térmica puede afectar la seguridad de un edificio en diferentes estaciones del año?

Desarrollo

Duración: (60 - 65 minutos)

El propósito de esta etapa del plan de lección es asegurar que los estudiantes comprendan y apliquen los conceptos de expansión térmica en situaciones prácticas y en el mundo laboral. A través de la construcción de modelos y la resolución de problemas, los estudiantes desarrollan habilidades prácticas y reflexivas que son esenciales para su desarrollo académico y profesional.

Temas

1. Concepto de expansión térmica

2. Coeficiente de expansión térmica

3. Aplicaciones prácticas de la expansión térmica

4. Problemas que involucran agujeros en láminas de metal

5. Impacto de la expansión térmica en diferentes materiales y estructuras

Reflexiones sobre el Tema

Guía a los estudiantes para que reflexionen sobre cómo la expansión térmica puede influir en estructuras cotidianas, como puentes, edificios y vehículos. Pregúntales cómo creen que los ingenieros y arquitectos abordan estos problemas en la práctica, y qué medidas toman para garantizar la seguridad y durabilidad de estas construcciones y dispositivos.

Mini Desafío

Mini Desafío: Construir un Puente con Juntas de Expansión

Los estudiantes construirán un modelo de un puente utilizando materiales simples, como palitos de helado, pegamento caliente y bandas elásticas. El modelo debe incluir juntas de expansión que permitan la expansión y contracción de la estructura debido a cambios de temperatura.

1. Divide a los estudiantes en grupos de 4 a 5 miembros.

2. Distribuye los materiales necesarios: palitos de helado, pegamento caliente, bandas elásticas, y una base de cartón.

3. Indica a los grupos que diseñen y construyan un pequeño puente, incorporando juntas de expansión hechas de bandas elásticas.

4. Después de la construcción, haz que los grupos expliquen cómo funcionan sus juntas de expansión y por qué son importantes.

5. Facilita una discusión sobre los desafíos encontrados y las soluciones propuestas por los grupos.

Desarrollar habilidades prácticas de construcción y diseño, así como entender la importancia de las juntas de expansión en estructuras que están sometidas a cambios de temperatura.

**Duración: (40 - 45 minutos)

Ejercicios de Evaluación

1. Calcula el cambio de área de una hoja de aluminio de 2m² cuando la temperatura aumenta de 25°C a 75°C. El coeficiente de expansión superficial del aluminio es 48 x 10^-6 °C^-1.

2. Una hoja de acero tiene un agujero circular con un radio inicial de 5 cm. La temperatura de la hoja aumenta 50°C. Sabido que el coeficiente de expansión superficial del acero es 24 x 10^-6 °C^-1, determina el nuevo radio del agujero.

3. Explica cómo la expansión térmica podría afectar la seguridad de un riel de tren en un día muy caluroso.

Conclusión

Duración: (10 - 15 minutos)

El propósito de esta etapa del plan de lección es consolidar el aprendizaje, asegurando que los estudiantes comprendan la relevancia práctica de los conceptos estudiados. Al promover la discusión y la reflexión sobre el tema, los estudiantes tienen la oportunidad de interiorizar el conocimiento, conectando la teoría con la práctica y entendiendo sus aplicaciones en el mercado laboral y la vida cotidiana.

Discusión

Guía a los estudiantes para que discutan lo que aprendieron a lo largo de la lección, enfocándose especialmente en las aplicaciones prácticas de la expansión térmica. Pregúntales sobre los desafíos enfrentados durante el mini desafío de la construcción del puente y pídeles que compartan cómo lograron resolver estos problemas. Facilita una reflexión sobre cómo se aplicaron los conceptos teóricos en la práctica y cómo este conocimiento puede ser útil en sus futuras carreras, ya sea en ingeniería, arquitectura u otros campos relacionados.

Resumen

Recapitula el contenido principal presentado, enfatizando el concepto de expansión térmica, el coeficiente de expansión térmica y las aplicaciones prácticas de estos conceptos. También destaca los problemas resueltos que involucran agujeros en láminas de metal y la importancia de las juntas de expansión en estructuras sometidas a cambios de temperatura.

Cierre

Explica a los estudiantes cómo la lección conectó teoría con práctica y aplicaciones en el mercado laboral. Enfatiza la importancia de entender la expansión térmica para garantizar la seguridad y durabilidad de diversas estructuras y dispositivos en la vida diaria. Concluye subrayando que el conocimiento adquirido es esencial no solo para la física, sino también para varios campos profesionales, y que la capacidad de aplicar conceptos teóricos en situaciones prácticas es una habilidad valiosa en el mundo laboral.