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.
2 comentarios:
he tenido un problema al subir el video de youtube y he tenido que poner el link.
Se trata de unas explicaciones muy elaboradas y con bastante acierto, quizá en lo único que no estoy de acuerdo es en el hecho de que sea difícil de observar el principio de acción- reacción:
En primer lugar, en las fases 1 y 4 sólo actúan la Normal y el peso, pero no se trata de un par de acción-reacción, puesto que están aplicadas sobre el mismo cuerpo. En la segunda fase actúa (además de Peso- Normal en el eje de las y) el empuje del globo y la resistencia del rozamiento, pero la resultante debe ser positiva porque el coche se acelera (2ª ley). Por último, en la tercera fase (cuando ya se desinfló el globo) sigue actuando la 2ª ley porque hay una resultante (el rozamiento), aunque la fase sea inercial (porque el coche conserva una velocidad de la fase anterior).
También hay que resaltar que la acción y la reacción ocurren simultáneamente.
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