En los primeros cursos de física, los estudiantes de ingeniería tienen serias dificultades en la construcción y uso de diagramas de cuerpo libre (DCL), es decir, problemas que involucran uno o más cuerpos. Estos diagramas son muy útiles para que los estudiantes entiendan cómo se relacionan las distintas fuerzas que actúan sobre cada cuerpo. También son sumamente eficaces en el diagnóstico de los persistentes errores conceptuales tales como que “el movimiento implica una fuerza” o que “la fuerza normal siempre es igual al peso”. 

Un prerrequisito para dibujar un DCL correcto es analizar todas las fuerzas relevantes que intervienen en el fenómeno en estudio, tanto aquellas indicadas o identificadas como fuerzas aplicadas, como aquellas “no visibles”, como son la fuerza de atracción gravitatoria y la de roce. 

Para conocer más de esta problemática consultamos al doctor Raúl Chernikoff, investigador y docente de la Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria de la UNCUYO. En esta nota, él nos explicó cómo tratan de modificar el “sentido común” –de tipo aristotélico– con el que piensan los alumnos y, en general, las personas no habituadas a los conocimientos de la Física de Newton.

¿Desde hace cuánto tiempo se remonta el estudio de la problemática pedagógica de la física frente a la visión aristotélica ingenua de los estudiantes?

Desde hace más de 35 años esta problemática es abordada en la enseñanza y aprendizaje de las ciencias físico-naturales. En aquellos antecedentes, los investigadores planteaban preguntas acerca de cuáles eran los motivos que llevaban a los estudiantes de física a cometer errores en la interpretación de los problemas de dinámica. 

Luego de varios años de investigación, a partir de estas referencias, concluyeron que tanto los alumnos como las personas en general, desde que nacemos, vamos elaborando una estructura cognitiva explicativa del mundo que nos rodea, en cuya construcción se combinan inducción, intuición e imaginación, la influencia del entorno y el uso de términos científicos en el lenguaje cotidiano. Sin embargo, tal estructura no es congruente con los conceptos, leyes y teorías que los alumnos deben aprender, pero sí es de amplio poder explicativo y muy resistente al cambio. 

¿Qué sucede cuando los estudiantes ingresan a los cursos de Física?

Ellos desarrollan una visión aristotélica del mundo, pero cuando entran al aula encuentran que los docentes tratan de enseñarles una visión newtoniana. Por lo tanto, a la hora de resolver cuestiones conceptuales o numéricas, emergen muchas de esas ideas intuitivas o preconceptos; por ejemplo, que un cuerpo se debe mover en la dirección y sentido de una fuerza aplicada o que la velocidad de un cuerpo es proporcional a la fuerza aplicada. Por ese motivo, ellos tienden a dibujar más fuerzas de las que corresponden a la hora de dibujar un DCL. Luego, al traducir estos errores al lenguaje matemático, resulta en ecuaciones equivocadas. 

¿La bibliografía utilizada para la enseñanza de Física ayuda a resolver este problema?

En los libros de estudio de Física no hay una explicación detallada de esta problemática. A su vez, debido a la necesidad de ahorro de papel, estos manuales no reproducen todos los cuerpos involucrados en la situación ni se diferencian de otro modo, como puede ser usando colores distintos y sí se incluyen en el mismo diagramas de fuerzas, velocidades y aceleraciones. Por ende, estos factores también inciden en el aumento de las confusiones en esta materia.

Si estos preconceptos aristotélicos están muy arraigados y son persistentes en los estudiantes, ¿cómo puede modificarse este estado de aprendizaje?

Lo que podemos hacer desde el aula es poner tantas capas de conocimiento de Física newtoniana como sea posible sobre los preconceptos aristotélicos que traen los estudiantes.

En ese sentido, detectamos los errores más comunes que nuestros alumnos cometen en la construcción de los DCL, estudiamos la influencia de tales errores en la formulación de las ecuaciones del movimiento, analizamos la forma en que los DCL se presentan en los libros más utilizados de física universitaria y produjimos materiales para tratar de corregir lo anterior: presentaciones para ilustrar el tema, utilizando estrategia de enseñanza por pares, y guías de ejercitación con múltiples casos que culminan en el planteo de las ecuaciones del movimiento. De ese modo, preparamos una guía de reglas básicas para que los alumnos construyan sus DCL de manera tal que constituyan una herramienta más poderosa. Por otro lado, elaboramos un conjunto de sugerencias para que los docentes presenten los diagramas de cuerpo libre de la manera más sencilla y clara.

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Proyecto de investigación subsidiado por la Secretaría de Ciencia, Técnica y Posgrado de la Universidad Nacional de Cuyo. “Dificultades en la construcción y uso de diagramas de cuerpo libre en cursos de física básica para futuros ingenieros.”

Integrantes del equipo: Director: Chernikoff, Raúl Ernesto. Co-Director: Muñoz Puntes, Ernesto. Cáceres, Karina; Redondo, Franco Leonardo.