Capacidades del empleo de Arduino sobre la operatividad

UNIVERSIDAD PRIVADA DE LA SELVA PERUANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

Escuela Profesional de Ingeniería de Computación y Sistemas

TESIS

Capacidades del empleo de Arduino sobre la operatividad del laboratorio del

curso de Física General. Iquitos 2020.

Tesis para obtener el Título Profesional de Ingeniero de Computación y Sistemas

Por:

Asesor:

Ing. Escobedo Guerra, Roger Alberto

Iquitos – Perú

2020

Bach. Centurión Wu Acuy, Carlos Sebastián Gabriel

ii

PAGINA DEL JURADO

____________________________

Ing. Juan Manuel Verme Insúa Mgr.

Presidente

_____________________________

Ing. Jimmy Max Ramírez Villacorta Mgr.

Secretario

_____________________________

Ing. Tonny Eduardo Bardales Lozano

Vocal

______________________________

Ing. Roger Alberto Escobedo Guerra Mgr

Asesor

iii

DEDICATORIA

A mis padres, Carlos y Diana, por su constante apoyo

moral y económico, por ayudarme a crecer y a

mejorar como persona.

A mi Amigo Luis, por su amistad y compañía, con

quien paso buenos momentos juntos.

Al docente Roger Alberto Escobedo Guerra, por su

forma de enseñar, de ser y su paciencia para con sus

estudiantes.

A mis docentes de la Universidad Privada de la Selva

Peruana, cada uno de ellos me aportó conocimiento

útil para mi vida universitaria y profesional.

A mis amigos que siempre están ahí para apoyarme

cuando lo necesito.

Sebastián

iv

AGRADECIMIENTOS

A mi familia, en especial a mi madre, que siempre

está para apoyarme cuando lo necesito, y a mi

padre, que, con sus lecciones de vida, me da

consejos para crecer como persona.

A la Universidad Privada de la Selva Peruana,

por ser mi alma máter y mi oportunidad de

ingresar al mundo laboral, preparándome con los

conocimientos necesarios para este mundo.

Sebastián

v

DECLARACIÓN JURADA DE AUTORÍA Y AUTORIZACION PARA

LA PUBLICACIÓN DE LA TESIS Y ARTÍCULO CIENTÍFICO*

Yo CARLOS SEBASTIÁN GABRIEL CENTURIÓN WU ACUY, bachiller de la Facultad

de Ingeniería de la Universidad Privada de la Selva Peruana, identificado(a) con DNI

71226939 con la tesis titulada: “Capacidades del empleo de Arduino sobre la operatividad

del laboratorio del curso de Física General. Iquitos 2020.”, declaro bajo juramento que:

La tesis y el artículo pertenece a mi autoría compartida con el coautor Roger Alberto

Escobedo Guerra:

1) La tesis y el artículo no han sido plagiados ni total ni parcialmente.

2) El artículo no ha sido autoplagiado; es decir, no ha sido publicada ni presentada

anteriormente para alguna revista.

3) De identificarse fraude (datos falsos), plagio (información sin citar a autores),

autoplagio (presentar como nuevo algún trabajo de investigación propio que ya ha sido

publicado), piratería (uso ilegal de información ajena) o falsificación (representar

falsamente las ideas de otros), asumo las consecuencias y sanciones que de mi acción

se deriven, sometiéndome a la normatividad vigente de la Universidad Privada de la

Selva.

Iquitos, 15 de agosto del 2020.

…………………………………………………………

CARLOS SEBASTIÁN GABRIEL CENTURIÓN WU ACUY

DNI N° 71226939 *Por decisión del tesista

4) Si, el artículo fuese aprobado para la publicación en la revista u otro documento de

difusión, cedo mis derechos patrimoniales y autorizo a la Facultad de Ingeniería de la

Universidad Privada de la Selva Peruana, la publicación y divulgación del documento

en las condiciones, procedimientos y medios que disponga la Universidad.

vi

Por el presente documento, la Tesista:

Bach. Ing. Sist. CARLOS SEBASTIÁN GABRIEL CENTURIÓN WU ACUY,

identificado con DNI N°: 71226939 y bachiller de la Escuela Profesional de Ingeniería de

Computación y Sistemas, quien ha elaborado la tesis denominada:

“Capacidades del empleo de Arduino sobre la operatividad del laboratorio del curso

de Física General. Iquitos 2020.”. Para optar el título profesional de Ingeniera en

Computación y Sistemas por la Universidad Privada de la Selva Peruana.

Declara bajo juramento que:

1. El presente estudio es de mi autoría y en el mismo no existe plagio de ninguna naturaleza,

en especial copia de otro trabajo de tesis o similar presentado por cualquier persona ante

cualquier Universidad.

2. He respetado las Normas Internacionales de Citas y Referencias para las fuentes

consultadas. Por lo tanto, la tesis no ha sido plagiada ni total ni parcialmente.

3. La tesis no ha sido autoplagiada; es decir, no ha sido publicada ni presentada

anteriormente para obtener algún grado académico previo o título profesional.

4. Los datos presentados en los resultados serán reales no serán falseados, ni duplicados ni

copiados y por tanto los resultados que se presenten en la tesis se constituirán en aportes

a la realidad investigativa.

5. En caso de incumplimiento de esta declaración, asumo las consecuencias y sanciones

que de mi acción se deriven, sometiéndonos a lo dispuesto en las normas académicas de

la Facultad y de la Universidad Privada de la Selva Peruana.

Iquitos, 15 de agosto del 2020.

…………………………………………………………

CARLOS SEBASTIÁN GABRIEL CENTURIÓN WU ACUY

DNI N° 71226939

DECLARACIÓN DE AUTENTICIDAD Y NO PLAGIO

vii

ÍNDICE PAGINA DEL JURADO ............................................................................................................................ II DEDICATORIA ........................................................................................................................................ III AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................................. IV DECLARACIÓN JURADA DE AUTORÍA Y AUTORIZACION PARA LA PUBLICACIÓN DE LA

TESIS Y ARTÍCULO CIENTÍFICO* ...................................................................................................... V DECLARACIÓN DE AUTENTICIDAD Y NO PLAGIO ....................................................................... VI RESUMEN ................................................................................................................................................. IX ABSTRACT ................................................................................................................................................ X CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. 1

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................................................ 1 1.1.1. Descripción de la realidad problemática .................................................................................... 1 1.1.2. Formulación de problema .......................................................................................................... 4

1.2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN........................................................................................................ 5 1.3. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................................... 5 1.4. VIABILIDAD ........................................................................................................................................ 6

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ......................................................................................................... 7 2.1. ANTECEDENTES .................................................................................................................................. 7 2.2. BASES TEÓRICAS ................................................................................................................................. 9 2.3. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS .................................................................................................... 16 2.4. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES............................................................................................... 19

CAPÍTULO III: METODOLOGÍA.......................................................................................................... 20 3.1. TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN ....................................................................................................... 20 3.2. DISEÑO ............................................................................................................................................. 20 3.3. POBLACIÓN Y MUESTRA .................................................................................................................... 21 3.4. TÉCNICAS EN INSTRUMENTOS Y RECOLECCIÓN DE DATOS ................................................................. 21

3.4.1. Descripción de los Instrumentos ............................................................................................... 21 3.4.2. Validez de los Instrumentos ...................................................................................................... 22

3.5. TÉCNICAS PARA EL PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE LOS DATOS......................................................... 22 3.6. ASPECTOS ÉTICOS ............................................................................................................................. 22

CAPÍTULO IV: PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS ..................................... 23 4.1. RESULTADOS DEL PROCESAMIENTO DE DATOS. ................................................................................. 23

4.1.1. Aspectos demográficos. ............................................................................................................ 23 4.1.2. Adecuación con los contenidos del curso. ................................................................................. 26 4.1.3. Relevancia. ............................................................................................................................... 27 4.1.4. Complementariedad. ................................................................................................................ 27 4.1.5. Autonomía. ............................................................................................................................... 28 4.1.6. Facilidad de Implementación.................................................................................................... 29 4.1.7. Facilidad para la toma de datos. .............................................................................................. 30 4.1.8. Facilidad para el procesamiento de los datos. .......................................................................... 30 4.1.9. Visualización de los resultados. ................................................................................................ 31 4.1.10.Capacidades del empleo de Arduino. ........................................................................................ 32

4.2. DISCUSIÓN. ....................................................................................................................................... 32 CAPÍTULO V: CONCLUSIONES ........................................................................................................... 35 CAPÍTULO VI: RECOMENDACIONES ................................................................................................ 36 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................................................... 37 ANEXOS .................................................................................................................................................... 39

ANEXO 01: MATRIZ DE CONSISTENCIA ..................................................................................................... 40 ANEXO 02: INSTRUMENTO CUESTIONARIO DE EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DE EMPLEO DE ARDUINO EN

LABORATORIO DE FÍSICA ......................................................................................................................... 41 ANEXO 03: PLANTILLA PARA LA EVALUACIÓN DEL INSTRUMENTO – JUICIO DE EXPERTO ........................... 43 ANEXO 04: ESQUEMA DEL CIRCUITO ARDUINO ......................................................................................... 47 ANEXO 05: CÓDIGO MEDIR PERIODO DEL PÉNDULO ................................................................................... 48 ANEXO 07: PRÁCTICA DE FÍSICA .............................................................................................................. 52 ANEXO 08: ARTÍCULO CIENTÍFICO ........................................................................................................... 57

viii

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1: RELACIÓN DE ENCUESTADOS ........................................................................................................ 21 TABLA 2: COMPOSICIÓN DE LA POBLACIÓN POR SEXO .................................................................................. 23 TABLA 3: COMPOSICIÓN DE LA POBLACIÓN POR EDAD .................................................................................. 24 TABLA 4: COMPOSICIÓN DE LA POBLACIÓN POR GRADO DE INSTRUCCIÓN ..................................................... 24 TABLA 5: EXPERIENCIA EN EL DICTADO DEL CURSO ..................................................................................... 25 TABLA 6: USO DE LAS TIC EN EL AULA ........................................................................................................ 26 TABLA 7: ADECUACIÓN CON LOS CONTENIDOS DEL CURSO ............................................................................ 26 TABLA 8: RELEVANCIA ................................................................................................................................ 27 TABLA 9: COMPLEMENTARIEDAD ................................................................................................................. 28 TABLA 10: AUTONOMÍA ............................................................................................................................... 28 TABLA 11: FACILIDAD DE IMPLEMENTACIÓN ................................................................................................ 29 TABLA 12: FACILIDAD PARA LA TOMA DE DATOS .......................................................................................... 30 TABLA 13: FACILIDAD PARA EL PROCESAMIENTO DE LOS DATOS ................................................................... 31 TABLA 14: FACILIDAD PARA LA VISUALIZACIÓN DE LOS RESULTADOS .......................................................... 31 TABLA 15: TABLA RESUMEN ........................................................................................................................ 33

INDICE DE ILUSTRACIONES

ILUSTRACIÓN 1 TARJETA ARDUINO (ARDUINO, 2020) ................................................................................... 10 ILUSTRACIÓN 2 ENTORNO IDE ARDUINO (ARDUINO, 2020) .......................................................................... 11 ILUSTRACIÓN 3 SENSORES LED INFRARROJO RECEPTOR-EMISOR (CDMX ELECTRÓNICA, 2020) ............. 11 ILUSTRACIÓN 4 VENTANA COMPLEMENTO PLX-DAQ (PARALLAX DAQ, 2020) ........................................... 13 ILUSTRACIÓN 5 ESQUEMA DEL PÉNDULO SIMPLE (SEARS, ZEMANSKY, YOUNG, & FREEDMAN, 2001) ............ 14

ix

RESUMEN

Se tuvo como objetivo realizar un circuito utilizando la tarjeta arduino para

automatizar las medidas de un experimento del Curso de Física General que se dicta

en la Universidad Peruana de la Selva Peruana. Para la captura de datos se empleó el

complemento de Excel PLX-DAQ y se procesó los datos en la tarjeta y se presentaron

en la hoja de cálculo con su respectiva gráfica. Se elaboró una Práctica de

Laboratorio del Curso de Física General con el experimento de determinación de la

aceleración de la gravedad g de forma indirecta a través de la medición del periodo

de un péndulo simple. Se diseñó una encuesta que se aplicó a siete docentes del curso

de Física General o similares dictados a nivel universitario. Se obtuvo como resultado

que los docentes consideraron que las prácticas con el dispositivo de medición son

adecuadas para su empleo en la enseñanza de lo relativo al Péndulo Simple aunque

puede ser mejoradas.

PALABRAS CLAVES: Arduino, practica de física general, automatización, toma de

dato.

x

ABSTRACT

The objective was to make a circuit using the arduino card to automate the

measurements of an experiment of the General Physics Course that is taught at the

Peruvian University of the Peruvian Jungle. For data capture, the PLX-DAQ Excel

add-in was used and the data was processed on the card and presented in the

spreadsheet with its respective graph. A Laboratory Practice of the General Physics

Course was developed with the experiment to determine the acceleration of gravity

g indirectly through the measurement of the period of a simple pendulum. A survey

was designed and applied to seven teachers of the General Physics course or similar

dictated at the university level. It was obtained as a result that the teachers considered

that the practices with the measuring device are adequate for their use in the teaching

of the Simple Pendulum, although it can be improved.

KEY WORDS: Arduino, general physics practice, automation, data collection

1

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN

1.1. Planteamiento del Problema

Siempre ha sido una necesidad en los cursos de Física trasladar los conocimientos

teóricos adquiridos en el salón de clase a la práctica. Los cursos de Física siempre se

conciben como una oportunidad para que el alumno tome conciencia del

modelamiento matemático de la realidad que existe detrás de las fórmulas, con el

agregado que las prácticas de laboratorio se constituyen como el inicio de la

aplicación de las mediciones estadísticas, el error de las mediciones y el inicio del

empleo del método científico. (Lesteiro-Tejeda, Hernández-Delfin, & Batista-Leyva,

2017). Estos retos de enseñanza a menudo se ven limitados por la carencia de equipos

adecuados o el tiempo limitado disponible para el laboratorio. Este trabajo presenta

una alternativa que puede ser una solución práctica a os problemas descritos.

1.1.1. Descripción de la realidad problemática

El laboratorio de Física General es un lugar dotado de los medios necesarios

para realizar experimentos, prácticas y trabajos de carácter científico; está equipado

con instrumentos de medida o equipos con los que se

realizan experimentos, investigaciones y prácticas diversas del curso de Física

General.

La importancia de contar con un laboratorio de Física General deriva del hecho de

que las condiciones ambientales están controladas y normalizadas, de esta manera

(Lesteiro-Tejeda, Hernández-Delfin, & Batista-Leyva, 2017).

1. Se puede asegurar que no se producen influencias extrañas (a las conocidas o

previstas) que alteren el resultado del experimento o medición: control.

https://es.wikipedia.org/wiki/Instrumento_de_medici%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Experimentos

https://es.wikipedia.org/wiki/Investigaci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Control_(ciencia)

https://es.wikipedia.org/wiki/Normalizaci%C3%B3n

2

2. Se garantiza que el experimento o medición es repetible, es decir, cualquier

otro laboratorio podría repetir el proceso y obtener el mismo

resultado: normalización.

Tradicionalmente, los laboratorios de Física se diseñan en base a los requerimientos

de los planes de estudio y su objetivo es brindar experiencias de aprendizaje, es decir,

permiten que los estudiantes descubran y midan los fenómenos que de otro modo se

quedarían en lo teórico.

Un problema común en los laboratorios se relaciona con los instrumentos, que a

menudo son limitados en número y no pueden ser utilizados al mismo tiempo por

cada estudiante. La mayoría de las veces el docente utiliza el equipo disponible para

mostrar algún efecto a los alumnos que observa cual fuera un museo sin participar.

Esto ocurre porque para hacer física se requiere de un laboratorio equipado con

muchos instrumentos caros y complicados, no siempre accesibles a las economías de

las instituciones educativas. (Lesteiro-Tejeda, Hernández-Delfin, & Batista-Leyva,

2017)

Durante el desarrollo de los experimentos del Laboratorio del Curso de Física

General se realizan configuraciones de equipos y se desarrollan estrategias de

medición para variables como tiempo, masa, velocidad, peso, color, temperatura y

demás variables. Todas ellas son de importancia para determinar las tendencias de

los fenómenos físicos estudiados.

Las configuraciones experimentales pueden variar desde muy baja tecnología (un

cronómetro para medir la caída de un objeto) hasta la alta tecnología (configuración

de laboratorio de investigación), pero un parámetro clave para un aprendizaje exitoso

es la participación de los estudiantes.

3

En los laboratorios de física existe la necesidad de realizar mediciones directas e

indirectas de todo tipo de magnitud física, como requisito previo para analizar los

fenómenos y aplicar el método científico, que sería el fin supremo del laboratorio.

(Lesteiro-Tejeda, Hernández-Delfin, & Batista-Leyva, 2017)

Este proceso de recolección de los datos, su análisis y comprobación de hipótesis se

ve limitado por el tiempo que toma configurar el equipo y establecer y realizar las

medidas de las variables a estudiar. Para configurar los equipos de laboratorio se

requiere un tiempo y supervisión docente, tomando muchas veces un tiempo de clase

excesivo, provocando que los experimentos no se culminen o se lleven a cabo sin

rigurosidad por lo limitado del tiempo. Para superar estos inconvenientes de costo y

complejidad existen equipos de laboratorio comerciales que incluyen la toma de

datos mediante sensores y microcontroladores, pero cuyo costo imposibilita

adquirirlos en la cantidad requerida. (Bouquet, Bobroff, Fuchs-Gallezot , &

Maurines, 2016).

Recientemente, el uso de microcontroladores se ha simplificado mucho con el

desarrollo del famoso microcontrolador Arduino. Este microcontrolador de código

abierto es ampliamente utilizado como una tarjeta de adquisición de datos de bajo

costo. Es así que sea común que los laboratorios de física hayan sido repensados

usando esta tecnología. El uso de Aduino permite a los estudiantes construir

configuraciones de bajo costo, como un sistema que facilita el registro y

comunicación de datos con otros elementos como la computadora o el teléfono

inteligente. (Lesteiro-Tejeda, Hernández-Delfin, & Batista-Leyva, 2017) (Bouquet,

Bobroff, Fuchs-Gallezot , & Maurines, 2016).

4

1.1.2. Formulación de problema

Problema General

¿Cuáles son los beneficios potenciales de emplear arduino en la

ejecución de los experimentos del Laboratorio de Física General?

Problemas Específicos

¿Cuál es la adecuación del Aplicativo en los experimentos del

Laboratorio de Física?

¿Cuál es la relevancia del Aplicativo en los experimentos del


¿Cuál es la complementariedad del Aplicativo en los experimentos del


¿Cuál es la autonomía del Aplicativo en los experimentos del


¿Cuál es la facilidad de conexión del Aplicativo en los experimentos

del Laboratorio de Física?

¿Cuál es la facilidad de toma de datos del Aplicativo en los

experimentos del Laboratorio de Física?

¿Cuál es la facilidad del procesamiento de datos del Aplicativo en los

experimentos del Laboratorio de Física?

¿Cuál es la visualización del Aplicativo en los experimentos del


5

1.2. Objetivos de la investigación

Objetivo general

Determinar los beneficios potenciales de emplear arduino en la

ejecución de los experimentos del Laboratorio de Física General.

Objetivos específicos

Determinar la adecuación del Aplicativo en los experimentos de Física.

Determinar la relevancia del Aplicativo en los experimentos de Física.

Determinar la complementariedad la integración del Aplicativo en los

experimentos de Física.

Determinar la autonomía del Aplicativo en los experimentos de Física.

Determinar la facilidad de conexión del Aplicativo en los experimentos

de Física.

Determinar la facilidad para la toma de datos en los experimentos de

Física.

Determinar la facilidad para el procesamiento de los datos en los


Determinar la integración del Aplicativo en los experimentos de Física.

1.3. Justificación

La automatización de los experimentos del laboratorio de física empleando

Arduino configura una gran oportunidad que implica no solo un gran avance en

términos de calidad en la obtención y proceso de los datos, sino también provee un

grado de innovación al desarrollo de la clase y permite presentar los temas a través

de nuevas tecnologías. Con esto se busca que en el Laboratorio de Física General se

brinde a los estudiantes un fácil desarrollo de las prácticas y temarios.

6

1.4. Viabilidad

Este proyecto de investigación es viable, debido que a pesar de la situación

actual del aislamiento social se cuenta con los conocimientos técnicos en el manejo

de Arduino y acceso a los experimentos del Laboratorio de Física. Se tiene el apoyo

de los profesores del curso de Física General, con disposición a completar los

formularios y encuestas relacionados a la investigación. Este trabajo es

autofinanciado. Se planea ejecutar este proyecto en el segundo trimestre del año

2020.

7

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes

Lesteiro-Tejada y otros (2017) tuvieron como objetivo desarrollar cinco

experimentos de Física apoyando la toma y procesamiento de la data en Arduino.

Desarrollaron. Las prácticas son: estudio de la caída libre (Mecánica), carga –

descarga de un condensador (Electromagnetismo), estudio de la luz polarizada

(Óptica), medición y control de magnitudes físicas (practica conclusiva). La

mecánica que siguen estas prácticas es la siguiente: se conecta a la tarjeta Arduino

un sensor adecuado para medir la magnitud física de interés, se registra la salida

de voltaje y se carga un programa que supervisa las partes y almacena la

información. Se concluye que las técnicas de automatización de experimentos

con micro-controladores aportan a la enseñanza de la física experimental varios

elementos que la hacen recomendable: programación de microcontroladores, la

automatización del registro de la data y el permitir al alumno familiarizarse con

una tecnología novedosa, cada vez más utilizada en la ciencia y la técnica. Todo

esto agrega nuevas competencias profesionales del graduado.

Bouquet, Bobroff, Fuchs-Gallezot , & Maurines, (2016) desarrollaron un

proyecto orientado hacia la implementación simple de laboratorios de estudiantes

de física elaborando un marco práctico para dichos laboratorios. Se demostró que,

dentro de este marco, los estudiantes pueden realizar estudios pertinentes de

fenómenos físicos a nivel de currículos universitarios de tercer año incluso con

este equipamiento de bajo costo. Mediante encuestas sobre las percepciones de

estudiantes y maestros determinaron que los estudiantes se sintieron

comprometidos con sus proyectos, descubrieron la física experimental y

apreciaron esta intensa semana de laboratorio. La mayoría de los estudiantes

8

mencionaron mejores métodos experimentales como contribución a su formación

científica. A pesar de que no se realizó una evaluación cuantitativa de las mejoras

de conocimientos y habilidades de los estudiantes durante estos laboratorios,

nuestro estudio sugiere que el conocimiento adquirido por los estudiantes es

menos conceptual que en un laboratorio tradicional de estudiantes y más centrado

en habilidades blandas, como la autonomía y trabajo en equipo.

Ferrini & Aveleyra (2009) A través del diseño e implementación de una

estrategia didáctica para el modelo del “Péndulo Simple o Ideal”, se estudia cómo

los estudiantes desarrollaron competencias para la interpretación y explicación

de fenómenos físicos. La propuesta de trabajo incluye el recurso informático que,

a través de un programa el Science Workshop, permite la adquisición y

representación de datos obtenidos con un sensor de fuerza y la informática como

recurso, a través de una hoja de cálculo y de diversas herramientas

proporcionadas por una plataforma de e-learning. Los primeros resultados

muestran cómo los estudiantes estiman posibles resultados, contrastando el

modelo teórico y el experimental, y trabajando en forma colaborativa con otros

estudiantes y docentes.

Londoño Ramírez (2018). Diseñó e implementó una plataforma integrada por

un sistema de gestión de aprendizaje configurado en una tarjeta Raspberry Pi, un

módulo de adquisición de datos conformado por una tarjeta Arduino y un

elemento de interacción con el usuario representado en un dispositivo móvil. El

sistema fue concebido como una herramienta para la enseñanza de las ciencias

naturales y se implementó con un estudio de caso en el área Física.

Menéndez Villa, y otros, (1992), exponen los criterios aplicados para la

realización de prácticas automatizadas en el laboratorio docente de Física

9

General que constituyen un medio de adiestramiento adecuado para el estudiante

en el uso de técnicas avanzadas de adquisición y procesamiento de información

en tiempo real. Se pudo determinar tres ventajas en su empleo; permite que el

procesamiento de datos se realice en el laboratorio, por lo que el profesor puede

interactuar con el alumno mediante preguntas u orientaciones y la discusión de

los resultados puede realizarse inmediatamente, segundo, reduce la diversidad de

equipamiento en el laboratorio ya que la microcomputadora asume las funciones

de los instrumentos de medición, y tercero, provoca una mayor motivación de los

estudiantes (tanto por la novedad como por la supresión de tareas monótonas) y

su familiarización con técnicas que forman parte de muchos sistemas o

dispositivos modernos de medición y control.

2.2.Bases teóricas

Arduino.

Arduino (Figura 1) surgió como proyecto educativo en año 2005 y en la actualidad es

la tecnología líder en el mundo DIY (Do It Yourself) [4]. Esta plataforma de desarrollo

se basa en el micro-controlador Atmel AVR [7] e incorpora CPU, puerto serial para

intercambio de datos, memoria, pines que permiten ser configurados como entrada y

salida digitales y de entrada analógicos. Los microprocesadores más usados, todos de

8 bits, son ATmega168, ATmega328, ATmega1280, ATmega8 pues estos son simples,

de bajo costo y permiten el desarrollo de una gran variedad de diseños. (Lesteiro-

Tejeda, Hernández-Delfin, & Batista-Leyva, 2017)

10

Ilustración 1 Tarjeta Arduino (Arduino, 2020)

Arduino IDE

Es un entorno de desarrollo integrado en el que se escribe el código que se cargará en

el micro controlador. Tiene incorporado opciones de ayuda y ejemplos que facilitan la

programación. Entre otras herramientas cuenta con un monitor serial, por la cual

podemos enviar instrucciones al µc y recibir los datos mientras se ejecuta el programa.

Este software se puede obtener gratuitamente y para varios sistemas operativos en la

página oficial de Arduino . Arduino C es el lenguaje de programación en el que se

escriben los códigos. Es una variante de C, con funciones y librerías especiales para el

trabajo con los microcontroladores. (Lesteiro-Tejeda, Hernández-Delfin, & Batista-

Leyva, 2017),

El código desarrollado para la medición del péndulo simple se muestra en el anexo 03.

11

Ilustración 2 Entorno IDE Arduino (Arduino, 2020)

Sensores.

Para Arduino se pueden adquirir sensores y actuadores compatibles cubriendo una

gama muy amplia de mediciones apropiadas para la mayoría de experimentos de

Física. (Lesteiro-Tejeda, Hernández-Delfin, & Batista-Leyva, 2017).

Ilustración 3 Sensores LED Infrarrojo Receptor-Emisor

(CDMX ELECTRÓNICA, 2020)

12

En este trabajo se empleó sensores de tipo LED infrarrojos emisor y receptor. Un LED

infrarojo (LED IR) es un componente eléctrico semiconductor (diodo) que es capaz

de emitir luz al ser atravesado por una corriente pequeña. Las siglas Este led IR emite

una luz en el espectro infrarrojo, la cual no puede ser registrada por el ojo humano. La

luz emitida es recibida por un fotodiodo, que es un semiconductor de unión PN,

sensible a la incidencia de la luz infrarroja. Para que su correcto funcionamiento se

polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente

cuando sea excitado por la luz.

Si se aplica una tensión adecuada a las terminales del Led IR, este emitirá una luz

infrarroja, la cual puede ser detectada por el fotodiodo, este lo llevara al estado de

circulación de corriente-voltaje, y así usar el flujo de corriente y variación de voltaje

de varias maneras, las más comunes son, la detección de movimiento o aproximación

de un objeto externo, o de obstruir la luz infrarroja que recibe el fotodiodo, esto puede

ser traducido en información para determinados procesos. (CDMX ELECTRÓNICA,

2020).

PLX-DAQ

Es una herramienta complementaria de adquisición de datos de microcontroladores

Parallax para Microsoft Excel (Parallax DAQ, 2020). Cualquier microcontrolador

conectado a cualquier sensor y el puerto serie de una PC ahora pueden enviar datos

directamente a Excel. PLX-DAQ tiene las siguientes características:

a) Grafica datos a medida que llegan en tiempo real utilizando Microsoft Excel

b) Registra hasta 26 columnas de datos

c) Registre los datos con tiempo real (hh: mm: ss) o segundos desde el reinicio

d) Leer y/o escribir cualquier celda en una hoja de trabajo

13

e) Leer y/o configurar cualquiera de las 4 casillas de verificación para controlar

la interfaz

f) Velocidades en baudios de hasta 128 K

g) Soporta Com1-15

Ilustración 4 Ventana complemento PLX-DAQ

(Parallax DAQ, 2020)

En el caso del presente trabajo Arduino recibe la data de los sensores y toma 10

medidas del periodo, enviando los datos hacia el puerto COM de la tarjeta, lo que

permite su proceso por Arduino enviándolos mediante el cable USB a la laptop, donde

el programa PLX –DATA, que es un complemento de Excel. Este complemento

permite conectar los puertos de Arduino y recibir información mediante el puerto

serial.

Practica de Laboratorio de Física.

Conjunto de instrucciones acompañada de los materiales de laboratorios para

completar un experimento relacionado con los contenidos del Curso de Física General.

Las prácticas se desarrollan en condiciones controladas en un contexto social de

experiencia compartida, y su finalidad es que el estudiante demuestre su habilidad de

aplicar la teoría, se encuentre en nuevas situaciones problemáticas y estimule la

14

expresión o comunicación. (Aristizábal, y otros, 2013) (Khaparde, 2010). En el Anexo

2 se muestra la Práctica de Física empleada en el presente trabajo.

Fundamentos del Péndulo Simple.

El péndulo simple se define en Física como un punto material (de masa m) suspendido

de un hilo (de longitud l y masa despreciable) en el campo de gravedad de la Tierra.

Cuando hacemos oscilar la masa, desplazándola de modo que el hilo forme un ángulo

muy pequeño con la vertical, describe aproximadamente un movimiento armónico

simple (Alonso & Finn, 1999) (Sears, Zemansky, Young, & Freedman, 2001). En

efecto (véase la Fig. 1), al soltar la masa en reposo desde la posición A, la fuerza que

actuará sobre ella será la componente tangencial del peso:

F = −mg sen θ (1)

Ahora bien, para ángulos muy pequeños, podemos hacer las aproximaciones:

sen θ ≅ θ (θ en radianes) (2)

s = θ·l ≅ x (véase la Fig. 1) (3)

Ilustración 5 Esquema del péndulo simple

(Sears, Zemansky, Young, & Freedman, 2001)

15

Sustituyendo (2) y (3) en (1) se tiene:

𝐹 = −𝑚𝑔

𝑙 𝑥 = −𝑘. 𝑥 (4)

Es decir, la fuerza es proporcional y de signo contrario al desplazamiento, siendo la

constante:

𝑘 = 𝑚𝑔

𝑙 (5)

Este tipo de fuerza recuperadora es la que caracteriza al movimiento armónico simple,

en el que la frecuencia de oscilación ω viene dada por la relación

𝜔2 = 𝑘

𝑚 → 𝑇 =

2𝜋

𝜔= 2𝜋√

𝑚

𝑘 (6)

siendo T el periodo de oscilación. Sustituyendo (5) en (6), obtenemos la expresión para

el periodo de las oscilaciones del péndulo simple:

𝑇 = 2𝜋 √𝑙

𝑔 (7)

A partir de esta expresión se puede determinar el valor de g si se miden l y T

experimentalmente.

𝑔 =4𝜋2

𝑇2 𝑙 (8)

La práctica completa se muestra en el Anexo 02.

Automatización con Arduino del Laboratorio de Física General

Implica el manejo adecuado del laboratorio de Física mediante el empleo de

herramientas informáticas y electrónicas que permiten facilitar el desarrollo de

experimentos de física general y la recolección de resultados, apoyando el aprendizaje

de conceptos fundamentales de Física General con la exploración del proceso de

16

investigación de física experimental. (Ferrini & Aveleyra, 2009) (Aristizábal, y otros,

2013).

Esta variable se estudió en base a las siguientes dimensiones:

Adecuación con los contenidos del curso. Grado en que los experimentos se

adecúan a los contenidos del curso

Relevancia. Representaciones resultantes de su manipulación, que

complementen o clarifiquen los datos e información sobre el tema

Complementariedad. Integración a las actividades y otros recursos,

relacionados con las experiencias, propuestas por el docente.

Autonomía. Permite la autorregulación del tiempo del alumno, promoviendo

que cada estudiante pueda repetir la experiencia las veces que sea necesario.

Facilidad de Implementación Grado de simplicidad para implementar y

ejecutar los experimentos

Facilidad para la toma de datos Grado de simplicidad para medir y recolectar

la data

Facilidad para el procesamiento de los datos. Simplicidad para efectuar el

proceso de los datos

Visualización de los resultados: Simplicidad con que se muestran los resultados

de forma gráfica

2.3.Definición de términos básicos

El siguiente glosario se ha obtenido del Diccionario en línea de Física. (Diccionario de

Física, 2020).

ACELERACIÓN DE LA GRAVEDAD: Aceleración que experimenta un

cuerpo cuando cae libremente debido a la acción de la gravedad.

17

ÁNGULO: Porción de plano determinada por dos semirrectas con origen común,

denominado vértice del ángulo.

CENTRO DE GRAVEDAD: En Física, punto de aplicación del peso de un

cuerpo, o lo que es lo mismo, de la resultante de las fuerzas elementales con que

la gravedad actúa sobre todos y cada uno de sus átomos y moléculas.

DIMENSIÓN: En Física, cada una de las magnitudes de un conjunto que sirven

para definir un fenómeno.

ECUACIÓN: En Física, igualdad entre los resultados de efectuar ciertas

operaciones matemáticas con las medidas de las magnitudes que intervienen en

un fenómeno físico.

ECUACIÓN ALGEBRAICA: Una ecuación no es sino la traducción al lenguaje

algebraico de problemas físicos, químicos o tecnológicos, cuyas incógnitas son

las cantidades que deben hallarse para su resolución. Para resolverla se iguala a

cero el polinomio que representa la ecuación y se resuelve mediante la fórmula

establecida para cada caso.

ECUACIÓN DIMENSIONAL: Aquella que indica la relación existente entre

una magnitud física cualquiera y las magnitudes fundamentales, es decir, la

masa, la longitud, el tiempo y la carga eléctrica.

ERROR: En Física y Matemáticas, diferencia entre el valor medido o calculado

y el real.

FRECUENCIA: Magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de

tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

FRICCIÓN: Resistencia al desplazamiento de un cuerpo que se halla en contacto

permanente con otro.

FUERZA CENTRÍFUGA: Fuerza de inercia que se manifiesta en todo cuerpo

hacia fuera cuando se le obliga a describir una trayectoria curva.

MASA: Magnitud física que expresa la cantidad de materia que contiene un

cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo (kg).

OSCILACIÓN: En Física, Química e Ingeniería, movimiento repetido de un

lado a otro en torno a una posición central, o posición de equilibrio.

PÉNDULO: Cuerpo indeformable móvil suspendido desde un punto fijo que,

separado de su posición de equilibrio, oscila por la acción de la gravedad y de la

inercia.

18

PERIÓDICO: En Física, Dicho de un fenómeno cuyas fases se repiten con

regularidad.

PERÍODO: Tiempo que tarda un fenómeno en recorrer todas sus fases.

PESO: Fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo. Fuerza de gravitación

universal que ejerce un cuerpo celeste sobre una masa.

REPOSO: En Física, inmovilidad de un cuerpo respecto de un sistema de

referencia.

TIEMPO: Magnitud física con la que medimos la duración o separación de

acontecimientos sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observación.

TRAYECTORIA: Lugar geométrico de las sucesivas posiciones que un móvil

va ocupando en el espacio.

VELOCIDAD: Magnitud física de carácter vectorial que expresa el

desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. Cociente constante que se

obtiene al dividir un espacio cualquiera por el tiempo correspondiente.

19

2.4.Operacionalización de Variables

Variable Definición conceptual Definición operacional Dimensiones Indicadores Instrumento CAPACIDADES

DE EMPLEO.

Grado de utilidad de una

aplicación para ser

empleada en los

experimentos del

Laboratorio de Física

General, capturando y

procesando los datos

Respuesta obtenido de la

aplicación del

Cuestionario de

evaluación de la

operatividad del

laboratorio del curso de

Física General validado

por juicio de expertos .

Adecuación con los contenidos del curso Grado en que los experimentos se adecúan

a los contenidos del curso

Item 1 del

Cuestionario

0 a 4 puntos

Cuestionario de evaluación de

la operatividad del laboratorio

del curso de Física General.

La tabla de juicio de valor es la

siguiente:

0 a 16 puntos Deficiente

Más de 16 hasta 22 Aceptable

Más de 22 hasta 28 Bueno

Más de 28 Excelente

Deficiente: Necesita rediseñar

la práctica de física y replantear

su contenido.

Aceptable: Cumple con los

objetivos aunque la práctica

debe ser mejorada.

Bueno: Se puede emplear en el

laboratorio tal como está, pero

puede ser mejorada.

Excelente: Se puede emplear

de forma segura en el

laboratorio

Relevancia. Representaciones resultantes

de su manipulación, que complementen o

clarifiquen los datos e información sobre

el tema

Item 2 del

Cuestionario

0 a 4 puntos

Complementariedad. Integración a las

actividades y otros recursos, relacionados

con las experiencias, propuestas por el

docente.

Item 3 del

Cuestionario

0 a 4 puntos

Autonomía. Permite la autorregulación

del tiempo del alumno, promoviendo que

cada estudiante pueda repetir la

experiencia las veces que sea necesario.

Item 4 vdel

Cuestionario

0 a 4 puntos

Facilidad de Implementación Grado de

simplicidad para implementar y ejecutar

los experimentos

Item 5 del

Cuestionario

0 a 4 puntos

Facilidad para la toma de datos Grado

de simplicidad para medir y recolectar la

data

Item 6 del

Cuestionario

0 a 4 puntos

Facilidad para el procesamiento de los

datos

Simplicidad para efectuar el proceso de los

datos

Item 7 del

Cuestionario

0 a 4 puntos

Visualización de los resultados:

Simplicidad con que se muestran los

resultados de forma gráfica

Item 8 del

Cuestionario

0 a 4 puntos

20

CAPÍTULO III: METODOLOGÍA

3.1.Tipo y nivel de investigación

Investigación es de tipo descriptiva. Con los estudios descriptivos se buscó

especificar las propiedades, las características y los perfiles de personas,

grupos, comunidades, procesos, objetos o cualquier otro fenómeno que se

someta a un análisis. Es decir, únicamente pretenden medir o recoger

información de manera independiente o conjunta sobre los conceptos o las

variables a las que se refieren. Los estudios descriptivos son útiles para mostrar

con precisión los ángulos o dimensiones de un fenómeno, suceso, comunidad,

contexto o situación.

3.2.Diseño

El diseño de la investigación es no experimental, de tipo transversal

descriptivo.

El esquema es de estudio de caso con una medición. Solo se pretende describir

los efectos de la implementación del experimento con arduino para la medición

del experimento del Péndulo Simple en el Laboratorio de Física General. El

esquema corresponde a:

M - O

Dónde:

M: Muestra con quien(es) vamos a realizar el estudio.

O: Información (observaciones) relevante o de interés que recogemos de

la muestra.

21

3.3.Población y muestra

Se trabajó con siete docentes que enseñan el curso de Física General a

nivel Universitario. Se presenta a continuación la lista:

Tabla 1: Relación de Encuestados DOCENTE UNIVERSIDAD

RICHARD LÓPEZ ALBIÑO UNAP UCP

SEGUNDO RODRIGUEZ UNAP

LEINOTO MACEDO UNAP

HARVEY PINEDO UNAP

ARTURO SECLEN UNAP

PERLITA RIOS DEL AGUILA UPS

FERNANDO SALAS BARRERA UNAP

3.4.Técnicas en Instrumentos y Recolección de Datos

La recolección de los datos necesarios para el estudio se llevará a cabo

mediante el uso de la encuesta, aplicando un cuestionario, con el fin de indagar

la opinión al respecto de la operatividad del laboratorio del curso de Física

General.

3.4.1. Descripción de los Instrumentos

Para las dimensiones de satisfacción del usuario, tiempo (tiempo de respuesta

del sistema) y alumnos notificados, la técnica de recolección de datos que

mejor se ajustó a los requerimientos de la presente tesis, fue de campo, que

se basó en el instrumento Cuestionario de evaluación de la operatividad del

laboratorio del curso de Física General, mostrado en el anexo 03, el cual fue

aplicado a la muestra a 7 docentes.

22

Con 8 ítems utilizando una escala de Likert. Cada Item tiene un valor máximo

de 4 puntos.

Totalmente de acuerdo 4 puntos

De acuerdo 3 puntos

Indiferente 2 puntos

En desacuerdo 1 punto.

Totalmente en desacuerdo 0 puntos.

Con un total de 32 puntos en el cuestionario.

3.4.2. Validez de los Instrumentos

El instrumento empleado, el Cuestionario de evaluación de la operatividad

del laboratorio del curso de Física General, fue validado por juicio de

Expertos. Las fichas de evaluación y resultados se muestran en los anexos 04

y 05.

3.5.Técnicas para el procesamiento y análisis de los Datos

Los datos obtenidos del instrumento cuestionario serán tabulados en una hoja

de cálculo de Excel 2016, para posteriormente proceder a realizar el análisis

descriptivo de los resultados haciendo uso del software IBM SPSS Statistics

Versión 23.

3.6.Aspectos Éticos

El autor de la presente investigación está comprometido con la veracidad de la

información que se presenta aquí: tanto la información proporcionada de

investigaciones de terceros como la información proporcionada por las

personas encuestadas para este proyecto (la cual permanece anónima), es veraz

y fiel a sus orígenes, y cuentan con sus respectivas referencias y citas.

23

CAPÍTULO IV: PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

4.1.Resultados del Procesamiento de Datos.

Se muestran los resultados de la aplicación del instrumento Cuestionario de

evaluación de la operatividad del laboratorio del curso de Física General para

determinar el impacto de esta modalidad laboral sobre las Capacidades de la Oficina

de Informática. Este impacto se va a determinar considerando:

Aspectos demográficos de la Población.

Adecuación con los contenidos del curso

Relevancia.

Complementariedad.

Autonomía.

Facilidad de Implementación

Facilidad para la toma de datos

Facilidad para el procesamiento de los datos


4.1.1. Aspectos demográficos.

Desarrollando aspectos composición de la población de estudio en cuanto sexo,

edad, grado de instrucción, experiencia en el dictado del curso y uso de las TIC

en clase.

En cuanto al sexo se determinó que el 77% de la población es de sexo masculino.

Tabla 2: Composición de la Población por Sexo CANTIDAD PORCENTAJE

MASCULINO 6 85.7%

FEMENINO 1 14.3%

TOTAL 7 100.0%

Fuente: Elaboración propia

24

La distribución de los trabajadores por edades se muestra en la tabla 2 y gráfico 2

siguiente. La edad media de los encuestados es de 42.6 años de edad, por lo que

se deduce que son trabajadores con experiencia en sus labores de oficina.

Tabla 3: Composición de la Población por Edad CANTIDAD PORCENTAJE

26 a 35 años. 0 0.0%

36 a 45 años. 1 14.3%

46 a 55 años. 5 71.4%

Más de 55 años 1 14.3%

TOTAL 7 100.0%


Gráfico 1: Composición de la población por edad.


Sobre el grado de instrucción se halló que un poco menos del 92% tiene educación

superior, poseyendo el resto educación tecnológica. No existen trabajadores con

solo Secundaria Completa.

Tabla 4: Composición de la Población por Grado de Instrucción CANTIDAD PORCENTAJE

Bachiller 1 14.3%

Maestría 5 71.4%

Doctorado 1 14.3%

TOTAL 7 100.0%


0

1

5

1

0

1

2

3

4

5

6

26 a 35 años. 36 a 45 años. 46 a 55 años. Más de 55 años

25

Gráfico 2: Composición de la población por grado de instrucción.


El 71.4% de la población tiene grado de magister, 14.3% grado de Doctor y el

14,3% restante bachiller.

Tabla 5: Experiencia en el Dictado del Curso CANTIDAD PORCENTAJE

Entre 1 y 5 años 1 14.3%

Más de 5 hasta 10 años 2 28.6%

Más de 10 años 4 57.1%

TOTAL DE PERSONAS 7 100.0%


Gráfico 3: Experiencia en el Dictado del Curso.


1

5

1

0

2

4

6

Bachiller Maestría Doctorado

1

2

4

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

Entre 1 y 5 años Más de 5 hasta 10 años Más de 10 años

26

El 86% de la población emplea las TIC en el aula frecuentemente y el 14.3%

aveces, como se aprecia de la tabla siguiente:

Tabla 6: Uso de las TIC en el Aula CANTIDAD PORCENTAJE

Frecuentemente 6 85.7%

A veces 1 14.3%

Raramente 0 0.0%

Nunca 0 0.0%

TOTAL DE PERSONAS 7 100.0%


4.1.2. Adecuación con los contenidos del curso.

Se relaciona con el grado en que los experimentos facilitan el logro de los

objetivos de aprendizaje de la práctica. De la tabla siguiente podemos indicar que

más del 71.4% de los encuestados indican que se encuentran totalmente de

acuerdo o de acuerdo, mientras que el 28.6% es indiferente respecto a la

adecuación de los contenidos del curso.

Tabla 7: Adecuación con los contenidos del curso CANTIDAD PORCENTAJE

Totalmente de acuerdo 3 42.9%

De acuerdo 2 28.6%

Indiferente 2 28.6%

En desacuerdo 0 0.0%

Totalmente en desacuerdo 0 0.0%

TOTAL DE PERSONAS 7 100.0% Fuente: Elaboración propia

Gráfico 4: Adecuación con los contenidos del curso.


3

2 2

0 00

1

2

3

4

Totalmente deacuerdo

De acuerdo Indiferente En desacuerdo Totalmente endesacuerdo

27

4.1.3. Relevancia.

Se relaciona con el grado en que el uso y manipulación del experimento permite

clarificar los contenidos desarrollados en clase. De la tabla se aprecia que más del

85.6% de los encuestados indican que se encuentran totalmente de acuerdo o de

acuerdo, mientras que el 14.3% es indiferente respecto a la adecuación de los

contenidos del curso.

Tabla 8: Relevancia CANTIDAD PORCENTAJE


De acuerdo 3 42.9%

Indiferente 1 14.3%




Gráfico 5: Relevancia.


4.1.4. Complementariedad.

Se relaciona con el grado en que el uso y manipulación del experimento se

complementa con otros recursos de aprendizaje propuestos por el docente. Se

aprecia de la tabla que solo el 28.6% de los encuestados está muy de acuerdo

mientras que la mayoría, el 71.4% de los encuestados indican que se encuentran

de acuerdo respecto a la complementariedad del curso.

3 3

1

0 00

1

2

3

4



28

Tabla 9: Complementariedad CANTIDAD PORCENTAJE


De acuerdo 5 71.4%

Indiferente 0 0.0%




Gráfico 6: Relevancia.


4.1.5. Autonomía.

Se relaciona con el grado en que el uso y manipulación del experimento permite

que el alumno administre su tiempo en clase y pueda repetir la experiencia las

veces que lo necesite. Se aprecia de la tabla que solo el 85.6% de los encuestados

está muy de acuerdo o acuerdo mientras que el 14.3% de los encuestados indican

que se encuentran indiferentes respecto a la autonomía del alumno.

Tabla 10: Autonomía CANTIDAD PORCENTAJE


De acuerdo 3 42.9%

Indiferente 1 14.3%




2

5

0 0 00

1

2

3

4

5

6



29

Gráfico 7: Autonomía.


4.1.6. Facilidad de Implementación.

Se relaciona con el grado en que el alumno puede configurar los experimentos y

su seguimiento con facilidad. Se aprecia de la tabla que solo el 71.1% de los

encuestados está muy de acuerdo o acuerdo mientras que el 28.6% de los

encuestados se encuentran indiferentes respecto a la Facilidad de Implementación.

Tabla 11: Facilidad de Implementación CANTIDAD PORCENTAJE


De acuerdo 3 42.9%

Indiferente 2 28.6%




Gráfico 8: Facilidad de Implementación.


3 3

1

0 00

1

2

3

4



2

3

2

0 00

1

2

3

4



30

4.1.7. Facilidad para la toma de datos.

Se relaciona con el grado en que el alumno puede recolectar los datos del

experimento con facilidad y rapidez. Se aprecia de la tabla que solo el 42.9% de

los encuestados está muy de acuerdo mientras que el 57.1% de los encuestados se

encuentran de acuerdo respecto a la Facilidad para la toma de datos.

Tabla 12: Facilidad para la toma de datos CANTIDAD PORCENTAJE


De acuerdo 4 57.1%

Indiferente 0 0.0%




Gráfico 9: Facilidad para la toma de datos.


4.1.8. Facilidad para el procesamiento de los datos.

Se relaciona con el grado en que se puede procesar los datos y configurar su

presentación de forma sencilla. Se aprecia de la tabla que solo el 57.1% de los

encuestados está muy de acuerdo mientras que el 42.9% de los encuestados se

encuentran indiferentes respecto a la Facilidad para el procesamiento de los datos.

3

4

0 0 00

1

2

3

4

5



31

Tabla 13: Facilidad para el procesamiento de los datos CANTIDAD PORCENTAJE


De acuerdo 0 0.0%

Indiferente 3 42.9%




Gráfico 10: Facilidad para el procesamiento de los datos.


4.1.9. Visualización de los resultados.

Se relaciona con el grado en que se puede procesar los datos y configurar su

presentación de forma sencilla. Se aprecia de la tabla que solo el 57.1% de los

encuestados está muy de acuerdo mientras que el 42.9% de los encuestados se

encuentran indiferentes respecto a la Facilidad para la Visualización de los

resultados.

Tabla 14: Facilidad para la Visualización de los resultados CANTIDAD PORCENTAJE


De acuerdo 2 28.6%

Indiferente 2 28.6%




4

0

3

0 00

1

2

3

4

5



32

Gráfico 11: Facilidad para la Visualización de los resultados.


4.1.10. Capacidades del empleo de Arduino.

Al promediar los puntajes obtenidos en los cuestionarios se obtuvo 26 puntos

Sobre la capacidad de empleo de Arduino con la hoja de cálculo, se determina que

el puntaje del cuestionario es de 26, con un juicio de BUENO, se puede emplear

en el laboratorio tal como está, pero puede ser mejorada. Esto significa que el

empleo de arduino con la hoja de cálculo representa una buena opción a considerar

en la implementación de los laboratorios de Física General. Se puede emplear en

el laboratorio tal como está, pero puede ser mejorada.

4.2. Discusión.

Se va a desarrollar la discusión de los resultados por cada dimensión de estudio

tomando en cuenta los antecedentes del trabajo.

Los resultados se resumen en la Tabla 15 donde se aprecian cada una de los ítems

de la encuesta. Se aprecia que la mayoría de las respuestas se asocian a las

opciones “de acuerdo” o “muy de acuerdo”. Solamente en los dos últimos ítems

que tienen que ver con el manejo de los datos se presenta con fuerza la opción

“indiferente”. Esto coincide con el puntaje promedio obtenido de los cuestionarios

de 26, que se asocia con un juicio de BUENO.

3

2 2

0 00

1

2

3

4



33

Se implementó una solución de toma y procesamiento de datos para un laboratorio

de Física I de bajo costo y amigable al usuario. Esto coincide con el trabajpo de

(Giraldo Angulo, 2017), quien concluye que al trabajar con microcontrolador

como arduino y el software asociado a este, no solo se cumplió con todos los

requerimientos necesarios para el desarrollo del proyecto como tal del módulo,

tanto en funcionalidad como en costos, ya que es económico y el software

asociado a este es de uso libre, además de esto es una herramienta amigable con

el usuario.

Tabla 15: Tabla Resumen

1 2 3 4 5 TOTAL

ITEM n % n % n % n % n % N %

1. El aplicativo facilita el logro

de los objetivos de aprendizaje de la

práctica. 0 0% 0 0% 2 29% 2 29% 3 43% 7 100%

2. El uso y manipulación de la

aplicación permite clarificar los contenidos desarrollados en clase.

0 0% 0 0% 1 14% 3 43% 3 43% 7 100%

3. Se complementa con recursos

otros recursos de aprendizaje

propuestos por el docente. 0 0% 0 0% 0 0% 5 71% 2 29% 7 100%

4. Permite que el alumno

administre su tiempo en clase y pueda

repetir la experiencia las veces que lo

necesite.

0 0% 0 0% 1 14% 3 43% 3 43% 7 100%

5. Puede configurar los

experimentos y su seguimiento con

facilidad. 0 0% 0 0% 2 29% 3 43% 3 43% 8 100%

6. Se puede recolectar los datos

del experimento con facilidad y rapidez.

0 0% 0 0% 0 0% 4 57% 3 43% 7 100%

7. Se puede procesar los datos y

configurar su presentación de forma

sencilla. 0 0% 0 0% 3 43% 0 0% 4 57% 7 100%

8. La visualización de los datos

y sus gráficas son sencillas de configurar y entender.

0 0% 0 0% 3 43% 2 29% 2 29% 7 100%

1) Totalmente Desacuerdo 2) En Desacuerdo 3) Indiferente 4) De Acuerdo 5) Totalmente de Acuerdo


Se implementó una configuración con Arduino de bajo costo que permite realizar

la práctica de Física I de nivel universitario con rigor de medición. Este resultado

coincide con los resultados de Bouquet, Bobroff, Fuchs-Gallezot , & Maurines

34

(2016) y Auråen (2019), quienes indican que la tecnología, como las placas

Arduino de bajo costo y código abierto y los sensores asociados, abre el camino

hacia la implementación simple de laboratorios de estudiantes de física basados

en proyectos. Los estudiantes pueden realizar estudios pertinentes de fenómenos

físicos a nivel de currículos universitarios de tercer año incluso con este

equipamiento de bajo costo.

Por último, con este trabajo se pudo diseñar un laboratorio de Física I, péndulo

simple, que cumple con los requerimientos del curso de forma amigable para el

usuario. Concuerda con el trabajo de Giraldo Angulo (2017) al trabajar con

microcontrolador como Arduino y el software asociado a este, no solo cumplió

con todos los requerimientos necesarios para el desarrollo del proyecto como tal

del módulo, tanto en funcionalidad como en costos, ya que es económico y el

software asociado a este es de uso libre, además de esto es una herramienta

amigable con el usuario.

35

CAPÍTULO V: CONCLUSIONES

Sobre la capacidad de empleo de Arduino con la hoja de cálculo se determina que el

puntaje del cuestionario es de 26, con un juicio de BUENO, que permite asegurar que

se cuenta con un instrumento a juicio de los docentes se puede emplear en el

laboratorio tal como está, pero puede ser mejorada.:

Podemos indicar que el instrumento y practica diseñada con arduino y con una hoja

de cálculo para la visualización:

Tiene coherencia e su aplicación a los objetivos de enseñanza.

Facilita la recolección de datos.

Permite una configuración accesible.

Facilita el procesamiento y visualización de los resultados.

36

CAPÍTULO VI: RECOMENDACIONES

Emplear la hoja de cálculo con Arduino en los experimentos del curso de Física

General.

Tener calibrados los dispositivos de obtención y proceso de los datos, ya que de

ello depende la validez de los resultados en el experimento.

Los resultados son válidos solo para los experimentos de péndulo simple para

ángulos pequeños (menores de cinco grados).

37

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Villareal Pichen, F. (2018). Desarrollo de un prototipo eléctrico para el encendido y apagado

de luces con Arduino controlando desde una aplicación Android via Bluetooth para

la escuela de tecnologías de la información del SENATI Zonal ANCASH - HUARAZ;

2018. Tesis de Titulación, Universidad Católica Los Ángeles de Chimbote, Facultad

de Ingeniería - Escuela Profesional de Ingeniería de Sistemas, Chimbote Perú.

39

ANEXOS

40

Anexo 01: Matriz de Consistencia

Título: “Capacidades del empleo de Arduino sobre la operatividad del laboratorio del curso de Física General”

Autor: Centurión Wu Acuy Carlos Sebastián Gabriel

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA OBJETIVO VARIABLES DIMENSIONES INDICADORES METODOLOGÍA

Problema General

¿Cuáles son los beneficios potenciales de

emplear arduino en la ejecución de los experimentos del Laboratorio de Física

General?

Problemas Específicos 1. ¿Cuál es la adecuación del Aplicativo

en los experimentos del Laboratorio

de Física?

2. ¿Cuál es la relevancia del Aplicativo en los experimentos del Laboratorio

de Física?

3. ¿Cuál es la complementariedad del

Aplicativo en los experimentos del Laboratorio de Física?

4. ¿Cuál es la autonomía del Aplicativo


de Física? 5. ¿Cuál es la facilidad de conexión del

Aplicativo en los experimentos del


6. ¿Cuál es la facilidad de toma de datos del Aplicativo en los experimentos del


7. ¿Cuál es la facilidad del

procesamiento de datos del Aplicativo


de Física?

8. ¿Cuál es la visualización del

Aplicativo en los experimentos del Laboratorio de Física?

Objetivo General

Determinar los beneficios potenciales

de emplear arduino en la ejecución de los experimentos del Laboratorio de

Física General.

Objetivos específicos 1. Determinar la adecuación del

Aplicativo en los experimentos

de Física.

2. Determinar la relevancia del Aplicativo en los experimentos

de Física.

3. Determinar la

complementariedad la integración del Aplicativo en los


4. Determinar la autonomía del

Aplicativo en los experimentos de Física.

5. Determinar la facilidad de

conexión del Aplicativo en los

experimentos de Física. 6. Determinar la facilidad para la

toma de datos en los


7. Determinar la facilidad para el

procesamiento de los datos en los


8. Determinar la integración del

Aplicativo en los experimentos de Física.

. Capacidades del

empleo de Arduino

Manejo adecuado del laboratorio de Física

mediante el empleo de

herramientas informáticas

y electrónicas que permiten facilitar el

desarrollo de

experimentos de física

general y la recolección de resultados, apoyando el

aprendizaje de conceptos

fundamentales de Física

General con la exploración del proceso

de investigación de física

experimental.

Adecuación con los contenidos del

curso Grado en que los experimentos se adecúan a los contenidos del curso

Item del

Cuestionario

Investigación Descriptiva

El investigador busca y

recoge información relacionada con el objeto de

estudio.

Esquema:

M - O Dónde:

M: Muestra con quien(es)

vamos a realizar el

estudio. O: Información

(observaciones) relevante

o de interés que

recogemos de la muestra. La población son los

docentes de las

Universidades de la Ciudad.

No se realizará muestreo, trabajándose con toda la

población

Se empleará el

Cuestionario de evaluación

de la operatividad del

laboratorio del curso de

Física General validado

por juicio de expertos

Relevancia. Representaciones resultantes

de su manipulación, que complementen o clarifiquen los datos e información sobre

el tema

Item del

Cuestionario

Complementariedad. Integración a las

actividades y otros recursos, relacionados

con las experiencias, propuestas por el

docente.

Item del

Cuestionario

Autonomía. Permite la autorregulación del tiempo del alumno, promoviendo que

cada estudiante pueda repetir la

experiencia las veces que sea necesario.

Item del Cuestionario

Facilidad de Implementación Grado de

simplicidad para implementar y ejecutar

los experimentos

Item del

Cuestionario

Facilidad para la toma de datos Grado

de simplicidad para medir y recolectar la

data

Item del

Cuestionario

Facilidad para el procesamiento de los

datos

Simplicidad para efectuar el proceso de

los datos

Item del

Cuestionario


Simplicidad con que se muestran los resultados de forma gráfica

Item del

Cuestionario

41

Anexo 02: Instrumento Cuestionario de evaluación de la Capacidad de empleo

de Arduino en Laboratorio de Física

PRESENTACIÓN

Estimado docente: El cuestionario que a continuación se presenta, tiene por finalidad recolectar información, que facilitará el desarrollo del trabajo de Tesis que elaboro con el título: “CUESTIONARIO DE EVALUACIÓN DE LA OPERATIVIDAD DEL LABORATORIO DEL CURSO DE FÍSICA GENERA”. Cabe indicar, que la información suministrada por usted se utilizará con fines académicos y bajo estricta confidencialidad.

INSTRUCCIONES.

A continuación, encontrará una serie de proposiciones, por favor sírvase contestar marcando una X la alternativa que mejor refleja su opinión. Dada la importancia de su valioso aporte, le agradecemos la mayor objetividad. Muchas Gracias...

CUESTIONARIO

Datos generales del usuario

Sexo: a) Masculino ( ) b) Femenino ( )

Edad: ……….

Nivel de estudios a) Bachiller ( ) b) Maestría ( ) c) Doctorado ( )

Años de experiencia en el curso a) 1-3 años ( ) b) 3-5 años ( ) c) 6-10 años ( ) d) 11 años o

más ( )

Años enseñando Física General o equivalente: a) Hasta 1 año ( ) b) 1-5 años ( ) c) 6-10 años ( )

d) 10 o más años ( )

Utiliza las TIC en sus clases: a) Frecuentemente b) A veces c) Raramente d) Nunca

CAPACIDADES DE EMPLEO DEL LABORATORIO

1. El aplicativo facilita el logro de los objetivos de aprendizaje de la práctica.

a) Totalmente de acuerdo ( ) b) De acuerdo ( ) c) Indiferente ( ) d) En desacuerdo ( ) e) Totalmente en desacuerdo ( )

2. El uso y manipulación de la aplicación permite clarificar los contenidos desarrollados en clase.


3. Se complementa con recursos otros recursos de aprendizaje propuestos por el docente.


4. Permite que el alumno administre su tiempo en clase y pueda repetir la experiencia las veces que lo necesite.

42


5. Puede configurar los experimentos y su seguimiento con facilidad.


6. Se puede recolectar los datos del experimento con facilidad y rapidez.


7. Se puede procesar los datos y configurar su presentación de forma sencilla.


8. La visualización de los datos y sus gráficas son sencillas de configurar y entender.


OBSERVACIONES ADICIONALES

Si existieran observaciones o consejos adicionales sobre el experimento le pedimos las

indique a continuación:

…………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………

43

Anexo 03: Plantilla para la evaluación del instrumento – Juicio de Experto

ENCUESTA PARA MEDIR LA EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DE

EMPLEO DE ARDUINO EN LABORATORIO DE FÍSICA

I DATOS GENERALES

Apellidos y Nombres del evaluador: ………………………………………………….

Cargo Actual e Institución donde labora: ………………………………………………

Nombre del Instrumento a evaluar: “Cuestionario de evaluación de la Capacidad de empleo

de Arduino en Laboratorio de Física”

II CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Tomando en cuenta los criterios de evaluación presentados a continuación se le solicita su

opinión sobre el Instrumento de Medición que se le adjunta. Marque con una X la opción

que a su criterio corresponda.

CRITERIOS SI (1) NO (2) OBSERVACIONES

1. El instrumento recoge información que permite dar

respuesta al problema de investigación.

2. El instrumento propuesto corresponde a los

objetivos del estudio

3. La estructura del instrumento es la adecuada

4. Los ítems del instrumento corresponden a la

operacionalización de la variable

5. La secuencia presentada facilita el desarrollo del

instrumento

6. La redacción de los ítems es clara y entendible

7. El número de ítems es suficiente para la medición

Opinión de la aplicabilidad (Marque con una X):

1. Aplicable ( ) Aplicable después de corregir ( ) 1. No aplicable ( )

SUGERENCIAS:

………………………………………………………………………………

Fecha: __/__/___

FIRMA Y SELLO DEL EXPERTO DNI N°: …………………

44

45

46

47

Anexo 04: Esquema del circuito Arduino

48

Anexo 05: Código medir periodo del péndulo

#include <Wire.h>

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);

float startTime;

float actualTime;

float period1;

float period2;

float Micro;

float T;

float gravedad;

boolean firstPass;

const float pi = 3.1416;

void setup() {

Serial.begin(9600);

lcd.init();

lcd.backlight();

lcd.setCursor(1,0);

// pullup para evitar poner una resistencia externa

pinMode(13,INPUT_PULLUP);

// comenzamos a tomar el tiempo en microsegundos

startTime = micros();

Serial.println("CLEARDATA");//clear excel sheet

Serial.println("LABEL,Tiempo de envio,Periodo observado,Gravedad, Periodo Teorico,");//label for

ms-excel

}

void loop() {

// registramos los microsegundos

actualTime = micros();

// si se interrumpe la barrera

if(pulseIn(13,HIGH)) {

// si pasa por primera vez

if(firstPass) {

// guardamos la primera mitad del periodo

period1 = actualTime - startTime;

firstPass = false;

}

else {

// guardamos la segunda mitad del periodo

period2 = actualTime - startTime;

Micro = period1 + period2;

T = Micro /1000000;

gravedad = ((4*(pi*pi))*0.5/(T*T));

// enviamos la suma por el puerto serie

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("T =");

lcd.setCursor(4,0);

lcd.print(T);

lcd.setCursor(11,0);

lcd.print("s");

lcd.setCursor(0,1);

49

lcd.print("G =");

lcd.setCursor(4,1);

lcd.print(gravedad);

lcd.setCursor(11,1);

lcd.print("m/s2");

firstPass = true;

}

// reseteamos la variable temporal de comienzo

Serial.print(T);

Serial.print("|");

//Serial.print(", s ,");

Serial.print(gravedad);

//Serial.print(", cm.,");

Serial.print("|");

Serial.print("\n");

startTime = actualTime;

Serial.print("DATA,TIME,");

Serial.println(gravedad );

Serial.println(“,” );

Serial.println(T );

}

}

50

Anexo 6: Materiales utilizados

Placa Arduino

Arduino es una plataforma de hardware libre,

basada en una placa con un micro controlador y un

entorno de desarrollo (software), donde se diseñó

los códigos para la práctica del laboratorio de

Física.

Protoboard

Una placa de pruebas o placa de inserción (en inglés

Protoboard o Breadboard) es un tablero con

orificios que se encuentran conectados

eléctricamente entre sí de manera interna, donde se

conectó todos los componentes electrónicos y

cables para el armado de la práctica del Péndulo

simple.

Led laser Emisor y Receptor Se basan en

la combinación de un emisor y un receptor próximos

entre ellos, normalmente forman parte de un mismo

circuito integrado. El emisor es un diodo LED

infrarrojo (IRED) y el componente receptor el

fototransistor, son los que permiten la medición de la

práctica del Péndulo simple.

LCD 16x2 y LCM1602

Entonces, el término LCD 16x2 se refiere a un

pequeño dispositivo con pantalla de cristal líquido que

cuenta con dos filas, de dieciséis caracteres cada una,

que se utilizó para mostrar la información de la captura

de datos de la práctica del péndulo simple.

51

Transistor y resistencia

El transistor es un dispositivo electrónico

semiconductor utilizado para entregar una señal de

salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple

funciones de amplificador, oscilador, conmutador o

rectificador. El término «transistor» es la contracción

en inglés de transfer resistor («resistor de

transferencia»), permitió la transferencia de pulsación

digitales al LCD 16 X 32

Aplicativo PLX-DAQ

Arallax Data Acquisition tool PLX-DAQ es un

complemento para MS Excel 2000 y 2003, que

te permite capturar hasta 26 canales de datos de

un Arduino conectado a una puerto serie

(COM1~15), con velocidad de hasta 128 Kbps,

que permite capturar los datos enviado por el

péndulo en Microsoft Excel.

Captura de los datos en Microsoft Excel

52

Anexo 07: Práctica de Física

Péndulo simple y la medida de la aceleración de la gravedad

1. Objetivo de la práctica

Estudio del péndulo simple. Medida de la aceleración de la gravedad, g.

2. Materiales y equipos.

• Péndulo simple con transportador graduado

• Tarjeta Arduino con sensor de detección

• Computadora con programa de hoja de

cálculo

• Regla milimetrada

El dispositivo experimental consiste en una masa

m (pesa) suspendida de un hilo fino de acero de

masa despreciable frente a m. La longitud efectiva

del hilo puede medirse sobre una escala graduada

y se puede variar cambiando la posición de un

pasador que impide su movimiento. Los tiempos de oscilación se tomarán de

forma automatizada mediante una tarjeta arduino con sensores infrarojos.

3. Conceptos

El período de una oscilación (T) es el número de variaciones necesarias para que

dicha oscilación vuelva a ser representada por cualquiera de los valores anteriores

obtenidos, con un índice de cadencia regular.

La gravedad (g), es la fuerza de atracción a que está sometido todo cuerpo que se

halle en las proximidades de la Tierra.

La frecuencia o velocidad angular es una medida de la velocidad de rotación. Se

define como el ángulo girado por una unidad de tiempo y se designa mediante

(𝜔). Su unidad en el Sistema Internacional es el radián por segundo (rad/s).

La Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de

tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

53

4. Teoría

El péndulo simple se define en Física como un punto material (de masa m)

suspendido de un hilo (de longitud l y masa despreciable) en el campo de

gravedad de la Tierra. Cuando hacemos oscilar la masa, desplazándola de modo

que el hilo forme un ángulo muy pequeño con la vertical, describe

aproximadamente un movimiento armónico simple. En efecto (véase la Fig. 1), al

soltar la masa en reposo desde la posición A, la fuerza que actuará sobre ella será

la componente tangencial del peso:

F = −mg sen θ (1)

Ahora bien, para ángulos muy pequeños, podemos hacer las aproximaciones:

sen θ ≅ θ (θ en radianes) (2)

s = θ·l ≅ x (véase la Fig. 1) (3)

Fig. 1. Esquema del péndulo simple

Sustituyendo (2) y (3) en (1) se tiene:

𝐹 = −𝑚𝑔

𝑙 𝑥 = −𝑘. 𝑥 (4)

Es decir, la fuerza es proporcional y de signo contrario al desplazamiento, siendo la

constante:

𝑘 = 𝑚𝑔

𝑙 (5)

54

Este tipo de fuerza recuperadora es la que caracteriza al movimiento armónico

simple, en el que la frecuencia de oscilación ω viene dada por la relación

𝜔2 = 𝑘

𝑚 → 𝑇 =

2𝜋

𝜔= 2𝜋√

𝑚

𝑘 (6)

siendo T el periodo de oscilación. Sustituyendo (5) en (6), obtenemos la expresión

para el periodo de las oscilaciones del péndulo simple:

𝑇 = 2𝜋 √𝑙

𝑔 (7)

A partir de esta expresión se puede determinar el valor de g si se miden l y T

experimentalmente.

𝑔 =4𝜋2

𝑇2 𝑙 (8)

5. Medidas a realizar. Resultados

5.1 Recomendaciones para las medidas

a) De acuerdo con la aproximación usada en (2) y (3), las fórmulas anteriores

deberán ser aplicables con confianza siempre que la amplitud de oscilación

sea pequeña (con θ ≤ 5º la diferencia [θ rad− sen θ] ≤ 10−4). Así también

disminuyen las pérdidas por rozamiento por ser menor la velocidad media

del movimiento.

b) Como la masa no es puntual, la longitud del péndulo es la distancia desde

el punto de sujeción hasta el centro de masas de la bola, es decir la longitud

del hilo más el radio de la bola.

c) Para que el péndulo se comporte como un oscilador armónico, es necesario

evitar cualquier rozamiento del hilo.

5.2. Toma de datos

a) Inicialmente se sujeta el péndulo con una longitud de hilo l ∼ 0.5 metros.

Una vez estabilizadas las oscilaciones pequeñas, se mide el periodo de

oscilación. Para reducir el error en la medida, se mide el tiempo que ha

tardado el péndulo en efectuar n oscilaciones (n = 10, para la práctica). El

periodo promedio vendrá dado por:

𝑇 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑛 𝑜𝑠𝑐𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠

𝑛 (9)

55

b) Arduino recibe la data de los sensores y toma 10 medidas del periodo,

enviando los datos hacia el puerto COM de la tarjeta, lo que permite su

proceso por Arduino enviándolos mediante el cable USB a la laptop, donde

el programa PLX –DATA, que es un complemento de Excel. Este

complemento permite conectar los puertos de Arduino y recibir

información mediante el puerto serial.

c) La aplicación procesará la siguiente tabla con los datos recibidos de la

tarjeta Arduino:

N HORA

ENVIO

TIEMPO

DE

ENVIO

PERIODO

OBSERVADO

(To)

PERIODO

TEORICO

(Tt)

ERROR

OBSERVADO

(e)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

VALORES PROMEDIO

𝑒 =𝑇𝑜 −𝑇𝑇

𝑇𝑇 % (10)

d) Para hallar el valor de g utilizamos la fórmula (8) que determina g a partir

del valor de g si se miden l y T experimentalmente.

𝑔 =4𝜋2

𝑇2 𝑙 (8)

En el caso de la práctica l toma el valor de ……………………. Y el

valor del Periodo Observado promedio es de T ………………………….

Reemplazándolos en la fórmula 8 nos proporciona un valor de g

…………………….

56

e) Grafica de los errores. Graficamos en Excel los errores observados

obteniendo una gráfica parecida a:

6. Bibliografía

1. Alonso M. y Finn E. J., “Física” Vol. I, Ed. Addison-Wesley Iberoamericana

(1986).

2. Sears F. y Zemansky M., “Física General”, Ed. Aguilar (1981).

3. C. Kittel, W. D. Knight y M. A. Ruderman, "Mecánica" del Berkeley Physics

Course, Ed Reverté, Barcelona (1968).

0.00050

0.00060

0.00100

0.00050

0.00010

0.00080

0.00060

0.00050

0.00009

0.00011

0.00000

0.00020

0.00040

0.00060

0.00080

0.00100

0.00120

0 2 4 6 8 10 12

GRAFICO DE ERRORES

ERROR OBSERVADO ERROR PROMEDIO

57

Anexo 08: Artículo Científico

“Capacidades del empleo de Arduino sobre la operatividad del

laboratorio del curso de Física General. Iquitos 2020.”

Autores:

Centurión Wu Acuy Carlos, Sebastián Gabriel [email protected]

Escobedo-Guerra Roger Alberto [email protected]

Universidad Privada de la Selva Peruana. Facultad de Ingeniería

RESUMEN

Se tuvo como objetivo realizar un circuito utilizando la tarjeta arduino para automatizar las medidas de

un experimento del Curso de Física General que se dicta en la Universidad Peruana de la Selva Peruana.

Para la captura de datos se empleó el complemento de Excel PLX-DAQ y se procesó los datos en la

tarjeta y se presentaron en la hoja de cálculo con su respectiva gráfica. Se elaboró una Práctica de

Laboratorio del Curso de Física General con el experimento de determinación de la aceleración de la

gravedad g de forma indirecta a través de la medición del periodo de un péndulo simple. Se diseñ+o una

encuesta que se aplicó a siete docentes del curso de Física General o similares dictados a nivel

universitario. Se obtuvo como resultado que los docentes consideraron que las prácticas con el

dispositivo de medición son adecuadas para su empleo en la enseñanza de lo relativo al Péndulo Simple

aunque puede ser mejoradas.

PALABRAS CLAVES: Arduino, practica de física general, automatización, toma de dato.

ABSTRACT

The objective was to make a circuit using the arduino card to automate the measurements of an

experiment of the General Physics Course that is taught at the Peruvian University of the Peruvian

Jungle. For data capture, the PLX-DAQ Excel add-in was used and the data was processed on the card

and presented in the spreadsheet with its respective graph. A Laboratory Practice of the General

Physics Course was developed with the experiment to determine the acceleration of gravity g

indirectly through the measurement of the period of a simple pendulum. + O A survey was designed

and applied to seven teachers of the General Physics course or similar dictated at the university level.

It was obtained as a result that the teachers considered that the practices with the measuring device are

adequate for their use in the teaching of the Simple Pendulum, although it can be improved.

KEY WORDS: Arduino, general physics practice, automation, data collection.

1. INTRODUCCION

Siempre ha sido una necesidad en los

cursos de Física trasladar los

conocimientos teóricos adquiridos en el

salón de clase a la práctica. Los cursos de

Física siempre se conciben como una

oportunidad para que el alumno tome

conciencia del modelamiento matemático

de la realidad que existe detrás de las

fórmulas, con el agregado que las prácticas

de laboratorio se constituyen como el

inicio de la aplicación de las mediciones

estadísticas, el error de las mediciones y el

inicio del empleo del método científico.

(Lesteiro-Tejeda, Hernández-Delfin, &

Batista-Leyva, 2017). Estos retos de

enseñanza a menudo se ven limitados por

la carencia de equipos adecuados o el

tiempo limitado disponible para el

laboratorio. Este trabajo presenta una

alternativa que puede ser una solución

práctica a os problemas descritos..

En los laboratorios de física existe la

necesidad de realizar mediciones directas e

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

58

indirectas de todo tipo de magnitud física,

como requisito previo para analizar los

fenómenos y aplicar el método científico,

que sería el fin supremo del laboratorio.

Este proceso de recolección de los datos,

su análisis y comprobación de hipótesis se

ve limitado por el tiempo que toma

configurar el equipo y establecer y realizar

las medidas de las variables a estudiar.

Para configurar los equipos de laboratorio

se requiere un tiempo y supervisión

docente, tomando muchas veces un tiempo

de clase excesivo, provocando que los

experimentos no se culminen o se lleven a

cabo sin rigurosidad por lo limitado del

tiempo. Para superar estos inconvenientes

de costo y complejidad existen equipos de

laboratorio comerciales que incluyen la

toma de datos mediante sensores y

microcontroladores, pero cuyo costo

imposibilita adquirirlos en la cantidad

requerida.

Recientemente, el uso de

microcontroladores se ha simplificado

mucho con el desarrollo del famoso

microcontrolador Arduino. Este

microcontrolador de código abierto es

ampliamente utilizado como una tarjeta de

adquisición de datos de bajo costo. Es así

que sea común que los laboratorios de

física hayan sido repensados usando esta

tecnología. El uso de Aduino permite a los

estudiantes construir configuraciones de

bajo costo, como un sistema que facilita el

registro y comunicación de datos con otros

elementos como la computadora o el

teléfono inteligente..

2. IDENTIFICACION DE VARIABLES

Automatización con Arduino del

Laboratorio de Física General

Implica el manejo adecuado del

laboratorio de Física mediante el empleo

de herramientas informáticas y

electrónicas que permiten facilitar el

desarrollo de experimentos de física

general y la recolección de resultados,

apoyando el aprendizaje de conceptos

fundamentales de Física General con la

exploración del proceso de investigación

de física experimental.

Esta variable se estudió en base a las

siguientes dimensiones:

Adecuación con los contenidos del

curso. Grado en que los

experimentos se adecúan a los

contenidos del curso

Relevancia. Representaciones

resultantes de su manipulación, que

complementen o clarifiquen los

datos e información sobre el tema

Complementariedad. Integración a

las actividades y otros recursos,

relacionados con las experiencias,

propuestas por el docente.

Autonomía. Permite la

autorregulación del tiempo del

alumno, promoviendo que cada

estudiante pueda repetir la

experiencia las veces que sea

necesario.

Facilidad de Implementación Grado

de simplicidad para implementar y

ejecutar los experimentos

Facilidad para la toma de datos

Grado de simplicidad para medir y

recolectar la data

Facilidad para el procesamiento de

los datos. Simplicidad para efectuar

el proceso de los datos


Simplicidad con que se muestran los

resultados de forma gráfica

3. METODOLOGIA

El tipo de investigación fue descriptiva,

porque se limitó a examinar las

capacidades del laboratorio automatizado

con la tarjeta arduino para determinar sus

capacidades o características que

permitan utilizarlo.

El diseño de la investigación es no

experimental, de tipo transversal

descriptivo.

El esquema es de estudio de caso con una

medición. Solo se pretende describir los

efectos de la implementación del

experimento con arduino para la medición

del experimento del Péndulo Simple en el

Laboratorio de Física General.

La población de estudio estuvo

conformada por 7 docentes de diversas

universidades de la Ciudad de Iquitos

quienes visualizaron un video y en base a

ello respondieron un cuestionario sobre las

características del circuito y sus bondades

para ser empleados en el laboratorio.

59

De acuerdo al tipo de investigación se

efectuó la validación de las encuestas a

efectuar los docentes.

Para procesar la información de acuerdo a

la formulación del problema y el logro de

los objetivos se procesaron los datos

estadísticamente teniendo en cuenta:

Tabulación de datos: resumen de los

datos estadísticos.

Tablas y gráficos de barra y

dispersión.

Tabulación computarizada: aplicación

del Excel Versión 2016 y SPSS

Versión 23.0.

Para esta fase del proyecto, se harán uso

de las herramientas informáticas

Microsoft Excel y SPSS Statistics.

4. RESULTADOS

Aspectos demográficos de la población

de estudio:

Desarrollando aspectos composición de la

población de estudio en cuanto sexo, edad,

grado de instrucción, años de servicio y

conocimiento del sistema.

En cuanto al sexo se determinó que el 86%

de la población es de sexo masculino.

La edad media de los encuestados es de

42.6 años de edad, por lo que se deduce

que son docentes con experiencia en la

enseñanza del curso.

Sobre su nivel de estudios y, se observó

que los docentes en su mayoría tienen el

grado de Magister (71%).

En cuanto años de servicio podemos

afirmar que el 57% de la población ha

trabajado más de 10 años, solo un docente

tiene menos de 5 años de servicio.

Al promediar los puntajes obtenidos en los

cuestionarios se obtuvo 26 puntos Sobre la

capacidad de empleo de Arduino con la

hoja de cálculo, se determina que el

puntaje del cuestionario es de 26, con un

juicio de BUENO, se puede emplear en el

laboratorio tal como está, pero puede ser

mejorada. Esto significa que el empleo de

arduino con la hoja de cálculo representa

una buena opción a considerar en la

implementación de los laboratorios de

Física General. Se puede emplear en el


mejorada..

5. DISCUSIÓN

Se implementó una solución de toma

y procesamiento de datos para un

laboratorio de Física I de bajo costo y

amigable al usuario. Esto coincide con

el trabajpo de (Giraldo Angulo, 2017),

quien concluye que al trabajar con

microcontrolador como arduino y el

software asociado a este, no solo se

cumplió con todos los requerimientos

necesarios para el desarrollo del

proyecto como tal del módulo, tanto

en funcionalidad como en costos, ya

que es económico y el software

asociado a este es de uso libre, además

de esto es una herramienta amigable

con el usuario..

Se implementó una configuración con

Arduino de bajo costo que permite

realizar la práctica de Física I de nivel

universitario con rigor de medición.

Este resultado coincide con los

resultados de Bouquet, Bobroff,

Fuchs-Gallezot , & Maurines (2016) y

Auråen (2019), quienes indican que la

tecnología, como las placas Arduino

de bajo costo y código abierto y los

sensores asociados, abre el camino

hacia la implementación simple de

laboratorios de estudiantes de física

basados en proyectos. Los estudiantes

pueden realizar estudios pertinentes

de fenómenos físicos a nivel de

currículos universitarios de tercer año

incluso con este equipamiento de bajo

costo.

Por último, con este trabajo se pudo

diseñar un laboratorio de Física I,

péndulo simple, que cumple con los

requerimientos del curso de forma

amigable para el usuario. Concuerda

con el trabajo de Giraldo Angulo

(2017) al trabajar con

microcontrolador como Arduino y el

software asociado a este, no solo

cumplió con todos los requerimientos

necesarios para el desarrollo del

proyecto como tal del módulo, tanto

en funcionalidad como en costos, ya

que es económico y el software

asociado a este es de uso libre, además

60

de esto es una herramienta amigable

con el usuario.

6. CONCLUSIONES

Sobre la capacidad de empleo de Arduino

con la hoja de cálculo se determina que el

puntaje del cuestionario es de 26, con un

juicio de BUENO, que permite asegurar

que se cuenta con un instrumento a juicio

de los docentes se puede emplear en el


mejorada.:

Podemos indicar que el instrumento y

practica diseñada con arduino y con una

hoja de cálculo para la visualización:

Tiene coherencia e su aplicación a los

objetivos de enseñanza.

Facilita la recolección de datos.

Permite una configuración accesible.

Facilita el procesamiento y

visualización de los resultados.

7. RECOMENDACIONES

Emplear la hoja de cálculo con

Arduino en los experimentos del curso

de Física General.

Tener calibrados los dispositivos de

obtención y proceso de los datos, ya

que de ello depende la validez de los

resultados en el experimento.

Los resultados son válidos solo para

los experimentos de péndulo simple

para ángulos pequeños (menores de

cinco grados).

8. REFERENCIAS

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Capacidades del empleo de Arduino sobre la operatividad