Uno de los conceptos más importantes de la física, por su carácter incluyente respecto de otros, es el concepto de fuerza. Está incluido en el tema que trata las leyes de Newton y en general se enseña en 2° de la etapa secundaria, que es donde aparece por primera vez.
Quienes hayan pasado por la enseñanza secundaria recordarán una serie de “flechas” que el profesor dibujaba en el pizarrón, mencionando una y otra vez la palabra fuerza. ¿Estaban asociadas estas representaciones gráficas al fenómeno en sí? ¿Se le permitió al alumno asociar el dibujo con alguna situación real? ¿Se le mostraron situaciones en las que se jalaba, empujaba, tironeaba, golpeaba, etcétera, para luego hacer una representación gráfica en el pizarrón?
El concepto de fuerza es uno de los temas menos abordados por los maestros a pesar de que ellos reconocen que es uno de los que menos dificultades presentan. Sin embargo, estos temas, cuando se enseñan, son poco comprendidos, pues con el tiempo los alumnos apenas los recuerdan o los recuerdan mal.
Una buena alternativa podría ser comenzar la enseñanza de este tema en primaria con una ambición moderada: abordando únicamente el caso de fuerzas sobre cuerpos en reposo, reconociendo direcciones, sentidos, pares de cuerpos que interaccionan y estimando valores de esas fuerzas.
Sería una aproximación modesta pero significativa, que pondría al alumno en camino hacia el aprendizaje del concepto, con la focalización del asunto solamente en el reconocimiento de las fuerzas sobre un objeto en reposo y evitando la relación con los movimientos, que generalmente es el gran escollo que conduce a aprender mal el tema.
Hasta el siglo XVII, las fuerzas mecánicas se relacionaban con el esfuerzo muscular y se sabía que estaban vinculadas con los movimientos, pero no se sabía medir una fuerza o vincularla de manera cuantitativa a magnitudes cinemáticas: ¿peso multiplicado por velocidad?, ¿peso multiplicado por distancia recorrida?
Foto 2. Retrato de Isaac Newton en 1702 realizado por Godfrey Kneller
Fue Isaac Newton (1642-1727) el primero en reconocer la necesidad de una nueva magnitud para la elaboración de una mecánica potente que permitiera la descripción de los fenómenos, y así introdujo la aceleración (si bien en los principios de la mecánica la aceleración no era mencionada directamente, sino que se hablaba de cambios en los movimientos).
En su libro Philosophiæ naturalis principia mathematica, publicado en 1687, Newton plantea la proporcionalidad de los cambios en los movimientos con la fuerza impresa, aclarando además que el cambio en el movimiento se da en la línea de acción de esa fuerza. Si no existe ninguna fuerza actuante o existen fuerzas que se anulan entre sí, caben dos posibilidades: que el objeto se encuentre en reposo o que se mueva sin cambios (o sea, sin aumento ni disminución del valor de su velocidad y sin cambio de dirección).
En este artículo nos restringiremos a la primera de esas posibilidades: el estado de reposo.
Si la humanidad demoró tanto en proponer una idea aceptable de fuerza en su relación con los movimientos, ¿por qué apurar nosotros a los alumnos? Podríamos comenzar por el reconocimiento de que hay cuerpos estáticos y dejar su relación con los movimientos para la enseñanza secundaria.
Recuérdese que el concepto de fuerza fue descrito originalmente por Arquímedes más de 200 años a.C., justamente en referencia a cuerpos en reposo. ¿Por qué no seguir los pasos que se dieron a lo largo de la historia en la evolución del concepto?
Como resulta obvio, no se pueden desvincular totalmente las fuerzas actuantes y el movimiento de los cuerpos, pues si analizamos cuerpos que están en reposo, seguramente estudiaremos cómo la anulación de alguna de las fuerzas actuantes sobre un cuerpo en reposo produce la pérdida de ese estado. Esto requiere que el alumno pueda diferenciar, al menos de forma asistemática, un cuerpo en reposo de uno que no lo está. Pero nos conformaremos con estas ideas, sin pretender la asociación a un tipo de movimiento específico.
El objetivo es entonces que nuestros alumnos reconozcan las fuerzas actuantes sobre un cuerpo en reposo, propongan una dirección y sentido para ellas y estimen su valor. Se puede pretender también que las representen mediante una flecha, pero todavía no es necesario hablar de vectores y menos aún mencionar la regla de adición para ellas.
Es importante, por otro lado, que entiendan que las fuerzas que inciden sobre un cuerpo deben equilibrarse para que el cuerpo esté en reposo. Quizás ellos usen expresiones como “ninguna de esas fuerzas gana” o “estas fuerzas se contrarrestan o se oponen unas a otras”. Estas incipientes propuestas de equilibrio son correctas para las edades correspondientes a los últimos grados de la enseñanza primaria.
Creemos que con estas ideas, que son muy prácticas, tendremos un buen punto de partida para luego, en la escuela secundaria, profundizar y precisar los términos y ampliar los conceptos. Tal como lo hemos defendido, estaremos acercando a nuestros alumnos perceptivamente al fenómeno, tarea que en la enseñanza secundaria se desarrolla de modo apresurado (o no se realiza) y que, sin embargo, es ineludible en la enseñanza de las ciencias.
PROPÓSITO
Analizar el efecto que producen las fuerzas sobre el estado de movimiento de los objetos.