Práctica 10: Newton tenía razon

Introducción

En esta práctica( última del año) intentamos verificar la segunda Ley de Newton, y a continuación vamos a tratar de explicar el montaje experimental en unas pocas líneas. Con un par de clips doblados hicimos una especie de soporte, sobre el que giraba un eje metálico con una polea dentro. La otra parte del experimento era atar a un coche de plástico un pequeño cordel y en el otro extremo unos cuantos clips que hiciesen peso hacia abajo y para evitar el rozamiento la cuerda pasaba por la polea reduciendo al máximo el rozamiento con la mesa.Toda esta explicación no tendrá sentido sin los datos necesarios de la parte experimental.

Datos experimentales

Masa del coche= 31'5 gramos

Añadiendo un trozo de plastilina= 40'7 gramos

Distancia recorrida= 65 cm

Masa del clip( igual para todos) = 0'5 gramos

Esta es la reproducción de la tabla que tenemos en el cuadernillo

Cuestiones

15. Analiza los conceptos de fuerza de rozamiento estática y fuerza de rozamiento dinámico para el experimento realizado. Calcula los coeficientes de rozamiento estático y dinámico y comparalos.

Aplicando los conceptos a este caso particular la fuerza de rozamiento estática es la que se opone al pequeño empujoncito que le dábamos al principio paraque empezase a andar, sin embargo la de rozamiento dinámico es la que se opone a una vez ya el coche moviéndose lo haga parar.

El coeficiente de rozamiento estático con el coche sin plastilina es de 0'156, y el dinámico ( en las mismas condiciones) es de 0'041, por lo tanto queda demostrado que hay que hacer más fuerza para poner en movimiento un objeto que para que siga moviendose.

16.La fuerza neta (F) y la aceleración (a) varían en función del número de clips que añadas. ¿Qué observas? ¿qué afirmación respecto al concepto de masa se infiere de estos resultados?

Que a mayor número de clips mayor es la aceleración, menor el tiempo transcurrido y que la aceleración es inversamente proporcional a la masa.

17.Al variar la masa, varía la aceleración, ¿en que afecta al rozamiento? ¿Y a la fuerza aplicada?

Al variar la masa la aceleración claramente es menor, la fuerza de rozamiento es una fuerza que se opone siempre al movimiento, tiene sentido contrario a la fuerza aplicada, y es esta fuerza aplicada la que vence a la fuerza de rozamiento estática.

18.¿Por qué crees que hay que empujar ligeramente el coche tras añadir un nuevo clip?

Hay que darle un empujón para ayudar a la fuerza de los clips a vencer al coeficiente de rozamiento estático, luego simplemente hay que dejarlo seguir ya que como hemos dicho antes el coeficiente de rozamiento dinámico es menor al estático.

19. Completa esta tabla

Práctica 9: Laboratorio virtual de dinámica

Trabajo realizado por Laura Sepúlveda, alumna de 4ºESO del Colegio Base

Esta es una práctica que nada tiene que ver con el laboratorio... de siempre. Esta vez hemos recurrido a una página web para hacer los experimentos y sacar todo lo necesario para hacer este trabajo. Esta página es un laboratorio virtual de dinámica, donde puedes experimentar con todo lo relacionado con el movimiento, es decir, velocidad, posiciones, tiempo,...
Es una práctica interesante y distinta a las demás, y además tiene la ventaja de que los datos que se cojen son totalmente exactos, no hay porcentaje de error alguno, y aunque esto no es del todo bueno porque no estaríamos representando la realidad (en el mundo real hemos aprendido que los datos nunca son los que esperamos al hacer los cálculos matemáticos), resulta mucho más claro y fácil de aprender para un alumno de 4º de ESO como es el caso.

En esta práctica nos proponen una serie de experimentos para estudiar las leyes de Newton, y para ello nos dan unos datos que hay que poner en el laboratorio. Después de ajustarlos todos, sólo hay que observar el resultado y sacar conclusiones.

Éste es el link para que podais acceder al Laboratorio virtual de dinámica:

http://web.educastur.princast.es/ies/juananto/FisyQ/Dinamica/index.htm



PRIMERA LEY. PRINCIPIO DE INERCIA:

La conclusión es que se trata de un MRU, la velocidad se mantiene constante desde que se inicia el movimiento. Esto se debe a que la resultante de las fuerzas es igual a 0, y por tanto no hay ningún cambio.

Problema:

Sobre un cuerpo actúa una fuerza de 5N. ¿Cómo conseguirás que el cuerpo se mueva con velocidad constante de 30 m/s? ¿Y para que lo haga con velocidad de 40 m/s?

- Para que se mueva con V cte. de 30 m/s es necesario que la V incial sea de 30 m/s y que sea aplicándole una fuerza de 5N pero en sentido contrario a la fuerza que está actuando sobre el cuerpo, de modo que la resultante sea 0.
- Para que lo haga con una V cte. de 40 m/s se hace lo mismo que para 30 m/s solo que dándole una V inical de 40 m/s.

SEGUNDA LEY. PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA.

La conclusión que se saca es que cuanto mayor sea la masa del objeto, menos se acelerará y la velocidad se incrementará por tanto menos.

Para que el objeto se acelere sólo es necesaria una fuerza que actúe sobre él y en un sentido, aunque con la condición de la masa que acabo de mencionar.

Cuando F y a tiene la misma dirección y sentido, he observado que el objeto se mueve en un sentido determinado (en las abcisas positivas si lo situáramos en un eje de coordenadas) impulsado por una fuerza y velocidad iniciales, y que al aplicarle una fuerza de mayor módulo y sentido contrario el objeto se detiene y regresa, es decir, se mueve hacia la posición 0 del eje de las x con mayor aceleración que al principio.


CUESTIONES:

1) Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza ¿varía su velocidad? ¿De qué dependerá que se mueva con una u otra velocidad?

Su velocidad no varía, permanece constante. Dependerá de la V inicial que se le haya dado al objeto, y de nada más, ya que no actúan fuerzas.

2) ¿Cómo se mueve un cuerpo sobre el cual actúa una única fuerza hacia la derecha? ¿Hay una única respuesta a esta pregunta?

El cuerpo se movería (acelerándose) hacia la derecha, en la misma dirección y sentido que la fuerza.
Puede haber más de una respuesta porque depende de cómo interpretemos lo de " actúa una fuerza hacia la derecha", porque si ponemos el ejemplo del coche y el globo, la fuerza que ejerce el aire va en sentido contrario al movimiento del coche, y entonces la respuesta ya no sería la que he dado.

3) ¿Es posible sustituir la fuerza de la pregunta anterior por una combinación de dos fuerzas que produzcan el mismo efecto?

Sí, siempre que la suma de estas dos fuerzas de como resultado esta primera fuerza (con igual módulo, dirección y sentido)

4) ¿Si un cuerpo tiene una aceleración negativa esto implica que se mueva con movimiento uniformemente decelerado?

Sí, siempre que esta aceleración negativa sea constante. Además, esto implica que en algún momento el móvil pase a estar en reposo, porque al decelerarse su velocidad está disminuyendo, y como es una deceleración constante llegará un momento en el que la V será igual a 0, y entonces el móvil habrá quedado en reposo.

5) ¿Cómo influye la masa en el movimiento de un cuerpo sometido a la acción de las fuerzas?

La masa es inversamente proporcional a la acelaración, lo que significa que a mayor masa, menor aceleración, y viceversa.

6) ¿Cuál es el significado de un signo menos en los datos de distancia al origen?

Signifiacaría que el móvil está situado detrás del observador, ya sea porque esa sea su posición inicial o porque se esté alejando o acercando y en un momento dado se encuentre ahí. Es como si cogiéramos de sistema de referencia el punto (0,0) en el eje de coordenadas (y sólo tuviéramos en cuenta el eje X). El signo menos querría decir que el móvil está en las abcisas negativas.

7) ¿Tiene siempre la fuerza resultante y la aceleración el mismo signo?

Sí, porque es la fuerza resultante la que crea la aceleración del cuerpo, ambas deben tener el mismo sentido y por tanto, el mismo signo.

8) ¿Tienen siempre la velocidad y la aceleración el mismo signo?

No, aunque sólo por un espacio de tiempo limitado. Este sería el caso de un móvil que partiera con una V incial positiva pero con una aceleracón negativa. Esto es posible, aunque siempre llegará un momento en que acaben teniendo el mismo signo. La velocidad siempre tenderá a tener el mismo signo que la aceleración.

9) ¿Existe una única solución para que el objeto llegue justamente al límite del visor que se representa en la pantalla con velocidad cero?

Podrían darse varios casos:
1. Que no se produzca movimiento alguno, es decir, que el objeto esté en la posición (o,o) y permanezca constantemente en reposo.
2. Que se ponga el objeto en una posición inicial negativa y que se le aplique una fuerza positiva y una aceleración negativa para que quede en reposo justo en la posición 0.
3. Lo mismo pero con una posición inicial positiva y una fuerza y aceleración negativas.

Hay bastantes más, en las que ya habría que tener en cuenta la masa y otros factores, con lo que llegamos a la conclusión de que no hay una única solución.

Actividad 5: Galileo. La caída libre de los cuerpos.

Con esta actividad vamos a trabajar con un fenómeno que estudió Galileo Galilei, conocido científico italiano de los siglos XIV y XV, considerado el padre de la astronomía, de la física o de la ciencia misma, por sus muchos e importantes descubrimientos y por el espíritu científico que le caracterizaba.

Este fenómeno es la caída libre de los cuerpos.

EJERCICIOS

1)

2)

V1= 0,025-0/0,08-0=0,31 m/s

V2 = 0,12-0,025/0,16-0,08 = 1,19 m/s

V3 = 0,27-0,12/0,24-0,16 = 1,9 m/s

V4 = 0,49-0,27/0,32-0,24 = 2,75 m/s

V5 = 0,78-0,49/0,4-0,32 = 3,63 m/s

V6 = 1,13-0,78/0,48-0,4 = 4,38 m/s

3)

Se puede apreciar que la recta no es una recta 100%, que es imperfecta, pero esto es debido a pequeños errores e imperfecciones al hacer la gráfica, en los mismos datos,...

En el gráfico que nos piden analizar se representa un MRUA (un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado)

Se puede observar cómo al incrementarse el t, las x se incrementan también, lo que significa que el móvil se está desplazando a medida que pasa el tiempo. Esta relación entre el desplazamiento y el tiempo es la velocidad, que se obtiene precisamente calculando esa proporción con la fórmula que aparece en el gráfico. Más concretamente, lo que está ocurriendo es que la bola se está desplazando (hacia el suelo) a medida que pasa el tiempo (obviamente), es decir, está cayendo con una aceleración.

Se sabe que la bola está acelerándose por la curva que describen los puntos del gráfico, que nos indica que forman una parábola, que significa a su vez que se está acelerando: su velocidad también aumenta a medida que pasa el tiempo.

Por tanto, por ahora se cumplen todas nuestras expectativas.

4)

a 1 = 0,31-0/0,08-0 = 3,88 m/s^2

a 2 = 1,19-0,31/0,16-0,08 = 11 m/s^2

a 3 = 1,9-1,19/0,24-0,16 = 8,9 m/s^2

a 4 = 2,75-1,9/0,32-0,24 = 10,63 m/s^2

a 5 = 3,63-2,75/0,4-0,32 = 11 m/s^2

a 6 = 4,38-0,4/0,48-0,4 = 9,4 m/s^2

El verdadero valor d g es 9,8 m/s^2, y la verdad es que ninguno de los resultados nos da ni siquiera algo muy parecido, pero suponemos que hay tantos errores que se pueden cometer en esta práctica que es normal que ocurra esto.

5) El porcentaje de error más grande que se ha debido de cometer es en la toma de datos, ya que la habilidad humana (o la de Victor, más bien) y los sentidos que hay que utlizar para tomar datos como esos son muy poco precisos, no están muy desarrollados, y más al tener que medir tiempos exactos cuando se tira una bola tan pequeña. Otra posible causa sería que nosotros hubiéramos hecho mal los cálculos, que también es bastante probable. Y por último, el factor a tener en cuenta para los errores de todas las prácticas de física: el rozamiento (con el aire en este caso), que aunque es menor que si se desplazara sobre una superficie también afecta.

Otras causas hechas a drede (no inevitables, quiero decir), sería el redondeo de los datos y de los resultados, es decir, no trabajar con todos los decimales, y esto causaría una variación en el resultasdo final más o menos grande.

MODELO TEÓRICO ----> h=1/2gt^2 m/s^2

v=gt

1. 0,025 = 4,9 t^2 -> t = 0,07 s, v = 0,69 m/s

a = 0,69/0,07 = 9,8 m/s^2

2. 0,12 = 4,9t^2 -> t = 0,16 s , v = 1,57 m/s

a = 1,57 - 0,69/0,16 - 0,07 = 9,8 m/s^2

3. 0,27 = 4,9t^2 -> t = 0,23 s , v = 2,25 m/s

a = 2,25 - 1,57/0,23 - 0,16 = 9,8 m/s^2

4. 0,49 = 4,9t^2 -> t = 0,32 s , v = 3,14 m/s

a=3,14 - 2,25/0,32 - 0,23 = 9,8 m/s^2

5. 0,78 = 4,9t^2 -> t = 0,4 s , v = 3,92 m/s

a = 3,92 - 3,14/0,4 - 0,32 = 9,8 m/s^2

6. 1,13 = 4,9t^2 -> t = 0,48 s , v = 4,7 m/s

a= 4,7 - 3,92/0,48 - 0,4 = 9,8 m/s^2