Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, ¿varía su velocidad? ¿De qué dependerá que se mueva con una u otra velocidad?
-No varía su velocidad y si el cuerpo se encuentra en reposo, seguirá en reposo, si el cuerpo se encuentra en movimiento rectilíneo y uniforme, continuará realizando ese movimiento sin variar la velocidad (si no existe rozamiento, es decir, si el cuerpo se mueve por el espacio) en caso de que existiera rozamiento, el cuerpo llevaría una aceleración negativa y acabaría frenando, aunque podemos suponer que si no actúa ninguna fuerza, tampoco actúe la de rozamiento.
-La velocidad de un cuerpo con esas condiciones depende de la velocidad inicial, es decir, la velocidad constante que llevaba ese cuerpo anteriormente (que puede ser=0)
¿Cómo se mueve un cuerpo sobre el cual actúa una única fuerza hacia la derecha? ¿Hay una única respuesta a esta pregunta?
-Empezaré por responder a la segunda pregunta: no hay solo una respuesta a la pregunta, que yo conozca, hay dos respuestas; que el cuerpo no se mueva o que se mueva con un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. Si la fuerza no es suficiente porque la masa del cuerpo sea muy alta (o porque la propia fuerza sea baja) el objeto no se moverá, como si en realidad no se estuviera ejerciendo una fuerza sobre él. Cuando la fuerza es capaz de mover al objeto lo hará con movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, algo difícil de imaginarse, ya que en la vida cotidiana, cuando ejercemos una fuerza sobre un objeto, no nos parece en absoluto un movimiento de este tipo, pues si por ejemplo, levantamos un objeto del suelo, primero le aplicamos una fuerza para acelerarlo hacia arriba y luego para frenarlo, porque de otra manera el objeto seguiría avanzando cada vez más deprisa hacia arriba. Por eso puede parecer difícil entender que lo que provoca una fuerza es aceleración y no movimiento uniforme.
¿Es posible sustituir la fuerza de la pregunta anterior por una combinación de dos fuerzas que produzcan el mismo efecto?
-Sí. Si según la pregunta anterior ejercemos una fuerza de 4N hacia la derecha por ejemplo, hay infinitas formas de combinar fuerzas para obtener el mismo efecto: 2N hacia la izquierda y 6N hacia la derecha, 1N hacia la izquierda y 5N hacia la derecha, 100N hacia la izquierda y 104N hacia la derecha…
¿Si un cuerpo tiene una aceleración negativa esto implica que se mueve con movimiento uniformemente decelerado?
-No. Nos referimos a aceleración positiva cuando el sentido del vector de esa aceleración es hacia arriba y hacia la derecha. Si es hacia abajo o hacia la izquierda, puede estar acelerando, pero decimos que la aceleración es negativa.
¿Cómo influye la masa en el movimiento de un cuerpo sometido a la acción de fuerzas?
-Cuanto mayor sea la masa, más fuerza habrá que ejercer para provocar una aceleración. Esto es muy fácil de ver mediante un ejemplo: no es lo mismo empujar una bicicleta que un coche. Si por ejemplo para provocar la más mínima aceleración en el coche se necesitan 100N, si aplicamos esta misma fuerza a la bicicleta (que tiene una masa mucho menor) acelerará rápidamente.
¿Cuál es el significado de un signo menos en los datos de distancia al origen?
-En este caso un el origen lo tenemos en unas coordenadas determinadas que llamamos 0 (y no (0,0), pues nos encontramos ante un problema unidimensional) y si el cuerpo se encuentra a la derecha del origen, tendrá una distancia positiva con respecto al origen, en cambio, si se coloca a la izquierda del origen, tendrá una distancia negativa. Por tanto el signo menos significa que el cuerpo se encuentra en algún punto a la izquierda del origen.
¿Tienen siempre la fuerza resultante y la aceleración el mismo signo?
-Sí. Cuando la fuerza resultante hace acelerar al objeto hacia la derecha, tanto la resultante como la aceleración serán positivas. Cuando la fuerza resultante hace acelerar al objeto hacia la izquierda, ambas tendrán signo negativo.
¿Tienen siempre la velocidad y la aceleración el mismo signo?
-No. Si la velocidad inicial es positiva y la aceleración negativa (o al revés) hasta que la velocidad no cambie de signo debido a la aceleración, el signo será contrario.
¿Existe una única solución para que el objeto llegue justamente al límite del visor que se representa en la pantalla con velocidad 0?
-No. Se pueden combinar de infinitas formas la velocidad inicial (que debe ser positiva) y la fuerza (que debe ser hacia la izquierda) para conseguirlo. Un ejemplo sería velocidad inicial 38m/s y fuerza -2N.
martes, 26 de mayo de 2009
domingo, 17 de mayo de 2009
Las leyes de Newton:
Ésta práctica la han realizado en el colegio Base los alumnos y alumnas de 4º de la ESO y consistía en aplicar una fuerza a un coche de plástico de aproximadamente 30 cm de largo para pasarlo de un estado de reposo a un estado de movimiento. En la primera parte de la práctica, colocamos un globo hinchado en el coche y al soltarlo, el globo expulsa el aire que lleva en su interior y el coche se desplaza hasta un poco después de que hubiera terminado de deshincharse.
Después se repite la operación pero colocando encima del coche un trozo de plastilina y se observa la diferencia.
Esta práctica pretende explicar lo que se observa en ambos casos y relacionarlo con las leyes que Newton formuló en el siglo XVIII. para entender de forma facil recomendamos ver este video:http://www.youtube.com/watch?v=by-7kkAu2Pg
PRIMERA LEY DE NEWTON:
La primera ley de Newton (ley de la inercia) se puede explicar así: Si no tocas un cuerpo, no cambia. El enunciado dice “Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser en tanto que sea obligado por fuerzas impresas a cambiar su estado”. Esto quiere decir que los cuerpos tienden a hacer lo que están haciendo y si paran de hacerlo, es porque una fuerza está actuando sobre ellos. Esto se ve muy bien en el video sobre la inercia que vimos hace tiempo en clase los alumnos de 4º de la E.S.O.cuya dirección está escrita más arriba. Si un objeto (en este caso una piedra) está en reposo, seguirá en reposo, y para conseguir que cambie este estado, habrá que aplicarle una fuerza suficiente para moverlo, en cambio, una vez que esa fuerza a sido aplicada y el objeto se encuentra en movimiento rectilíneo y uniforme, habrá que aplicar una nueva fuerza para que pare el objeto. En la Tierra, que existe una gravedad, los objetos se paran aparentemente solos (en realidad debido al rozamiento con el aire) pero en lugares sin gravedad (como el espacio) los objetos a los que se les haya aplicado una fuerza y estén en movimiento rectilíneo y uniforme no pararán hasta que choquen con algo (un fragmento de roca, un planeta, una estrella…)
SEGUNDA LEY DE NEWTON:
La segunda ley de Newton (ley de la fuerza) se puede explicar así: La masa y la fuerza son las proporciones del cambio. El enunciado dice “El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime”. Esto quiere decir que el cambio de movimiento que sufre un cuerpo depende de su masa y de la fuerza que se le aplique. Si se le aplica poca fuerza a un cuerpo con una masa muy grande, este se moverá poco o probablemente no se moverá. En cambio si se aplica mucha fuerza a un objeto de poca masa, éste sufrirá una aceleración mayor. Esta ley también explica que el movimiento es proporcional a la fuerza a no ser que la fuerza esté contrarrestada por otra fuerza. Así si un objeto sufre la fuerza de la gravedad y cae, la fuerza es proporcional al movimiento, pero si dicho objeto está a poyado sobre una superficie, la fuerza normal hace que no se produzca movimiento. Así mismo, si un objeto de una masa determinada, cuelga del techo de un muelle (y el muelle lo aguanta y no se rompe) la fuerza elástica contrarresta a la gravedad y tampoco se produce movimiento (explicación con gráficos más abajo).
TERCERA LEY DE NEWTON:
La tercera ley de Newton (ley de acción-reacción) se explica así: Un cuerpo devuelve exactamente la misma fuerza que le aplique otro cuerpo. El enunciado dice “Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria, es decir, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en direcciones opuestas”. Esto quiere decir que cualquier fuerza que aplique un cuerpo hacia otro cuerpo, le será devuelta con los mismos newtons. Es fácil entender esta ley si pensamos en lo que sucede al golpear con fuerza un cuerpo rígido. Si cogemos un palo y golpeamos un árbol con él, el palo se rompe, como si en lugar de haber golpeado el palo al árbol, hubiese golpeado el árbol al palo, pero la verdad es que ambos han recibido una fuerza de la misma intensidad.
APLICACIÓN DE LAS LEYES:
La primera ley de Newton se aplica en el tiempo en el que aún no se ha colocado el globo y por lo tanto el coche no se mueve. Como dice el video del principio, “things like to stay where they are” (a las cosas les gusta quedarse donde están). También se observa la primera ley de Newton en el momento en el que el globo acaba de deshincharse pero el coche continúa unos segundos moviéndose (porque las cosas tienden a hacer lo que estaban haciendo), aunque luego se pare por el rozamiento con el suelo y con el aire.
La segunda ley de newton se puede aplicar en el momento en el que le coche está acelerando, ya que el globo produce una fuerza que “anula” la ley de la inercia y obliga al objeto a moverse. Además en la segunda parte de la práctica, en la que se coloca un trozo de plastilina al coche, se comprueba que la masa es proporcional al movimiento que se produce tras aplicar una fuerza, pues el coche se mueve más despacio. La tercera ley de Newton es probablemente la más difícil de observar en esta práctica, pero se puede pensar que la fuerza de acción es la ejercida por el globo en la dirección del avance del coche y la de reacción la que ejercen las ruedas sobre el suelo, en dirección contraria.
¿ESTÁ BIEN NOMBRADA LA FASE INERCIAL?
No, ya según esta fase, el coche no debería haberse detenido una vez que inició el movimiento rectilíneo y uniforme. Estaría bien nombrada si se realizara esta práctica en el espacio, ya que de este modo al no existir el rozamiento (fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento), el móvil no se detendría. El rozamiento con el aire y con el suelo dificultan el avance del coche, y cuando ya no se está aplicando fuerza (cuando se ha deshinchado el globo) lo frenan.
LA PESA:
Cuando colocamos una pesa (en este caso plastilina) encima del coche, la aceleración producida por el globo es menor. Esto se debe a que para mover más masa es necesaria una fuerza mayor, pero si aplicamos la misma fuerza a dos masas muy distintas, es la masa más pequeña la que acelera más.
COCHE A REACCIÓN:
Se trata de un coche a reacción porque el movimiento se produce por la expulsión de fluido en dirección contraria a la que queremos que avance el coche. En el mundo animal el calamar es el ejemplo principal de movimiento a reacción ya que tiene un sistema de propulsión a chorro, y expulsa agua con presión, y se mueve a gran velocidad. También existen aviones con motores a reacción que tendrían un sistema parecido al del coche, expulsando aire en sentido contrario a donde desean avanzar.
¿POR QUÉ NO SE ANULAN LAS FUERZAS DE ACCIÓN Y REACCIÓN?
El problema es que en un ejemplo en el que las fuerzas de acción y reacción se anulan, las fuerzas se están aplicando en la misma superficie, pero en este caso la fuerza del globo se aplica sobre el coche y la de reacción la aplican las ruedas sobre el suelo.
Después se repite la operación pero colocando encima del coche un trozo de plastilina y se observa la diferencia.
Esta práctica pretende explicar lo que se observa en ambos casos y relacionarlo con las leyes que Newton formuló en el siglo XVIII. para entender de forma facil recomendamos ver este video:http://www.youtube.com/watch?v=by-7kkAu2Pg
PRIMERA LEY DE NEWTON:
La primera ley de Newton (ley de la inercia) se puede explicar así: Si no tocas un cuerpo, no cambia. El enunciado dice “Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser en tanto que sea obligado por fuerzas impresas a cambiar su estado”. Esto quiere decir que los cuerpos tienden a hacer lo que están haciendo y si paran de hacerlo, es porque una fuerza está actuando sobre ellos. Esto se ve muy bien en el video sobre la inercia que vimos hace tiempo en clase los alumnos de 4º de la E.S.O.cuya dirección está escrita más arriba. Si un objeto (en este caso una piedra) está en reposo, seguirá en reposo, y para conseguir que cambie este estado, habrá que aplicarle una fuerza suficiente para moverlo, en cambio, una vez que esa fuerza a sido aplicada y el objeto se encuentra en movimiento rectilíneo y uniforme, habrá que aplicar una nueva fuerza para que pare el objeto. En la Tierra, que existe una gravedad, los objetos se paran aparentemente solos (en realidad debido al rozamiento con el aire) pero en lugares sin gravedad (como el espacio) los objetos a los que se les haya aplicado una fuerza y estén en movimiento rectilíneo y uniforme no pararán hasta que choquen con algo (un fragmento de roca, un planeta, una estrella…)
SEGUNDA LEY DE NEWTON:
La segunda ley de Newton (ley de la fuerza) se puede explicar así: La masa y la fuerza son las proporciones del cambio. El enunciado dice “El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime”. Esto quiere decir que el cambio de movimiento que sufre un cuerpo depende de su masa y de la fuerza que se le aplique. Si se le aplica poca fuerza a un cuerpo con una masa muy grande, este se moverá poco o probablemente no se moverá. En cambio si se aplica mucha fuerza a un objeto de poca masa, éste sufrirá una aceleración mayor. Esta ley también explica que el movimiento es proporcional a la fuerza a no ser que la fuerza esté contrarrestada por otra fuerza. Así si un objeto sufre la fuerza de la gravedad y cae, la fuerza es proporcional al movimiento, pero si dicho objeto está a poyado sobre una superficie, la fuerza normal hace que no se produzca movimiento. Así mismo, si un objeto de una masa determinada, cuelga del techo de un muelle (y el muelle lo aguanta y no se rompe) la fuerza elástica contrarresta a la gravedad y tampoco se produce movimiento (explicación con gráficos más abajo).
TERCERA LEY DE NEWTON:
La tercera ley de Newton (ley de acción-reacción) se explica así: Un cuerpo devuelve exactamente la misma fuerza que le aplique otro cuerpo. El enunciado dice “Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria, es decir, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en direcciones opuestas”. Esto quiere decir que cualquier fuerza que aplique un cuerpo hacia otro cuerpo, le será devuelta con los mismos newtons. Es fácil entender esta ley si pensamos en lo que sucede al golpear con fuerza un cuerpo rígido. Si cogemos un palo y golpeamos un árbol con él, el palo se rompe, como si en lugar de haber golpeado el palo al árbol, hubiese golpeado el árbol al palo, pero la verdad es que ambos han recibido una fuerza de la misma intensidad.
APLICACIÓN DE LAS LEYES:
La primera ley de Newton se aplica en el tiempo en el que aún no se ha colocado el globo y por lo tanto el coche no se mueve. Como dice el video del principio, “things like to stay where they are” (a las cosas les gusta quedarse donde están). También se observa la primera ley de Newton en el momento en el que el globo acaba de deshincharse pero el coche continúa unos segundos moviéndose (porque las cosas tienden a hacer lo que estaban haciendo), aunque luego se pare por el rozamiento con el suelo y con el aire.
La segunda ley de newton se puede aplicar en el momento en el que le coche está acelerando, ya que el globo produce una fuerza que “anula” la ley de la inercia y obliga al objeto a moverse. Además en la segunda parte de la práctica, en la que se coloca un trozo de plastilina al coche, se comprueba que la masa es proporcional al movimiento que se produce tras aplicar una fuerza, pues el coche se mueve más despacio. La tercera ley de Newton es probablemente la más difícil de observar en esta práctica, pero se puede pensar que la fuerza de acción es la ejercida por el globo en la dirección del avance del coche y la de reacción la que ejercen las ruedas sobre el suelo, en dirección contraria.
¿ESTÁ BIEN NOMBRADA LA FASE INERCIAL?
No, ya según esta fase, el coche no debería haberse detenido una vez que inició el movimiento rectilíneo y uniforme. Estaría bien nombrada si se realizara esta práctica en el espacio, ya que de este modo al no existir el rozamiento (fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento), el móvil no se detendría. El rozamiento con el aire y con el suelo dificultan el avance del coche, y cuando ya no se está aplicando fuerza (cuando se ha deshinchado el globo) lo frenan.
LA PESA:
Cuando colocamos una pesa (en este caso plastilina) encima del coche, la aceleración producida por el globo es menor. Esto se debe a que para mover más masa es necesaria una fuerza mayor, pero si aplicamos la misma fuerza a dos masas muy distintas, es la masa más pequeña la que acelera más.
COCHE A REACCIÓN:
Se trata de un coche a reacción porque el movimiento se produce por la expulsión de fluido en dirección contraria a la que queremos que avance el coche. En el mundo animal el calamar es el ejemplo principal de movimiento a reacción ya que tiene un sistema de propulsión a chorro, y expulsa agua con presión, y se mueve a gran velocidad. También existen aviones con motores a reacción que tendrían un sistema parecido al del coche, expulsando aire en sentido contrario a donde desean avanzar.
¿POR QUÉ NO SE ANULAN LAS FUERZAS DE ACCIÓN Y REACCIÓN?
El problema es que en un ejemplo en el que las fuerzas de acción y reacción se anulan, las fuerzas se están aplicando en la misma superficie, pero en este caso la fuerza del globo se aplica sobre el coche y la de reacción la aplican las ruedas sobre el suelo.
viernes, 1 de mayo de 2009
Práctica 5: La Tirolina
En esta práctica sobre el movimiento rectilíneo y acelerado (realizada en el laboratorio de física y química del colegio Base el día 21 de abril) hemos creado por parejas una tirolina a partir de un hilo, aceite y dos soportes de distinta altura, así como dos tuercas de distinto tamaño que se deslizan por la tirolina. El hilo, engrasado con el aceite para permitir un deslizamiento mejor, tenia marcas cada 20 centímetros y hasta los 100 centímetros. La práctica consistía en tirar las tuercas cinco veces a cada posición y hacer una media del tiempo tarado para intentar suprimir el margen de error posible.
Trabajo:
Los primeros resultados los tomamos con la tuerca grande y obtuvimos los resultados descritos en la tabla:
Distancia recorrida en centímetros
Tiempo en segundos (media entre 5 tiempos tomados)
Velocidad m/s
20 0,44 0,45
40 0,69 0,58
60 0,82 0,73
80 0,96 0,83
100 1,09 0,92
Con los resultados podemos hacer una gráfica velocidad/tiempo y comprobar que es un movimiento uniformemente acelerado aunque por supuesto no nos saldrá una linea recta debido a los errores que hemos podido cometer al ignorar decimales o al medir el tiempo durante la práctica.
Cuestiones:
1. ¿por qué obtenemos una recta en las gráficas velocidad tiempo?
Es debido a la gravedad, que es la que “empuja” a la tuerca hacia la parte baja de la tirolina, y es constante (9,8 m/s2) y por tanto la aceleración debe ser constante como lo sería si la tuerca cayera en caída libre, solo que en este caso la aceleración es menor que en una caída libre por el rozamiento con el hilo.
2. Con una tuerca de diferente tamaño y peso ¿Qué sucede y por qué?
En la práctica que hemos hecho nosotros, la tuerca grande según parece avanzaba más rápido que la pequeña. Esto puede deberse a un error nuestro o a que la masa de la tuerca grande hace que se mueva más deprisa.
3. ¿qué pasará si utilizamos otras inclinaciones diferentes? ¿seguirá siendo MRUA?
Con una inclinación mayor, las tuercas tendrían una velocidad media mayor, aunque la aceleración seguiría siendo constante.
4. Si el hilo está totalmente vertical, ¿Qué tipo de movimiento tendríamos?
Sería un caso de caída libre y en lo único en lo que influiría el hilo es en el rozamiento.
5. Si el hilo no está tenso, ¿seguiría siendo MRUA? ¿Qué ocurrirá con la velocidad y la aceleración en este caso?
Como no hemos podido comprobar este caso nos ha costado más imaginarlo. Suponemos que depende de la tensión del hilo, ya que si está muy poco tenso entonces la velocidad descendería y se daría un caso de deceleración hasta que la tuerca se frenara a mitad de camino.
Trabajo:
Los primeros resultados los tomamos con la tuerca grande y obtuvimos los resultados descritos en la tabla:
Distancia recorrida en centímetros
Tiempo en segundos (media entre 5 tiempos tomados)
Velocidad m/s
20 0,44 0,45
40 0,69 0,58
60 0,82 0,73
80 0,96 0,83
100 1,09 0,92
Con los resultados podemos hacer una gráfica velocidad/tiempo y comprobar que es un movimiento uniformemente acelerado aunque por supuesto no nos saldrá una linea recta debido a los errores que hemos podido cometer al ignorar decimales o al medir el tiempo durante la práctica.
Cuestiones:
1. ¿por qué obtenemos una recta en las gráficas velocidad tiempo?
Es debido a la gravedad, que es la que “empuja” a la tuerca hacia la parte baja de la tirolina, y es constante (9,8 m/s2) y por tanto la aceleración debe ser constante como lo sería si la tuerca cayera en caída libre, solo que en este caso la aceleración es menor que en una caída libre por el rozamiento con el hilo.
2. Con una tuerca de diferente tamaño y peso ¿Qué sucede y por qué?
En la práctica que hemos hecho nosotros, la tuerca grande según parece avanzaba más rápido que la pequeña. Esto puede deberse a un error nuestro o a que la masa de la tuerca grande hace que se mueva más deprisa.
3. ¿qué pasará si utilizamos otras inclinaciones diferentes? ¿seguirá siendo MRUA?
Con una inclinación mayor, las tuercas tendrían una velocidad media mayor, aunque la aceleración seguiría siendo constante.
4. Si el hilo está totalmente vertical, ¿Qué tipo de movimiento tendríamos?
Sería un caso de caída libre y en lo único en lo que influiría el hilo es en el rozamiento.
5. Si el hilo no está tenso, ¿seguiría siendo MRUA? ¿Qué ocurrirá con la velocidad y la aceleración en este caso?
Como no hemos podido comprobar este caso nos ha costado más imaginarlo. Suponemos que depende de la tensión del hilo, ya que si está muy poco tenso entonces la velocidad descendería y se daría un caso de deceleración hasta que la tuerca se frenara a mitad de camino.
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