ESTUDIO DE MOVIMIENTOS ADOPTANDO VARIOS SISTEMAS DE REFERENCIA


Experimentos realizados por alumnos de Secundaria y de Bachillerato en el IES "Leonardo Da Vinci" de Alicante

 
 

DESCRIPCIÓN DE MOVIMIENTOS ADOPTANDO DIFERENTES SISTEMAS DE REFERENCIA (SR)

OBTENCIÓN EXPERIMENTAL DE GRÁFICAS DE MOVIMIENTOS ADOPTANDO DOS SR DISTINTOS

MOVIMIENTO DE UN CARRITO POR UN PLANO INCLINADO DESDE DOS SR DIFERENTES

ARCHIVOS DE DATASTUDIO
 
 

 

DESCRIPCIÓN DE MOVIMIENTOS ADOPTANDO DIFERENTES SISTEMAS DE REFERENCIA

 
 

Uno objetivo importante en Cinemática es lograr que los estudiantes describan movimientos adoptando diferentes sistemas de referencia inerciales (SRI). Es natural la tendencia a adoptar un SRI preferente, cuyo origen espacial se hace coincidir con la posición inicial del móvil (es decir, de tal forma que para t=0, x=0) y cuyo criterio de signos procura que las posiciones y a ser posible también las velocidades sean positivas. Esta tendencia no es en sí misma negativa, porque que tan válido es ese SRI como cualquier otro. Sin embargo, la fijación de la costumbre puede limitar la capacidad de afrontar situaciones algo más complejas, que requieren adoptar referenciales "menos cómodos", como por ejemplo, el estudio de movimientos con retroceso, de cruces de varios móviles, de choques, etc.

Entre las actividades de lápiz y papel que tratan este asunto, resulta muy productiva una en la que el profesor efectúa movimientos en el aula y demanda a los equipos de alumnos que describan esos movimientos adoptando, al menos dos SRI distintos. Una vez establecido un origen espacio-temporal del SRI y un criterio de signos espacial, los estudiantes han de representar cualitativamente el movimiento realizado por el profesor (señalando en la trayectoria cruces indicadoras de la posición a intervalos iguales de tiempo) y dibujar las gráficas cualitativas de la posición, la velocidad y la aceleración.

     

 

En otras actividades semejantes los alumnos describen cualitativamente movimientos cotidianos de interés (un atleta en una prueba de longitud, un avión que desliza por la pista de despegue o de aterrizaje, un vehículo que frena hasta detenerse en un semáforo en rojo,..) y representan gráficas de la evolución de sus magnitudes cinemáticas. La mayoría de las veces solicitamos a los estudiantes que realicen estas descripciones utilizando al menos dos SRI distintos.

     
 
 

 

OBTENCIÓN EXPERIMENTAL DE GRÁFICAS DE MOVIMIENTOS ADOPTANDO DOS SR DISTINTOS

 
 

El sensor de movimiento interpreta siempre las mediciones que registra de la posición de los movimientos considerándose en el origen espacial del SR y tomando como positivas todas las posiciones. Lógicamente esto dificulta el propósito de estudiar experimentalmente los movimientos adoptando diferentes SR.

 

 

Para superar en parte esta limitación se pueden situar dos sensores enfrentados y en posiciones extremas que miren a la trayectoria rectilínea por la que va a transcurrir el movimiento objeto de estudio. Así se consigue que cada uno de los sensores registre posiciones del movimiento desde un SR diferente.

 

Habitualmente conectamos cada sensor a un ordenador diferente y ponemos a trabajar a un equipo de dos o tres alumnos en cada uno ellos. Cada equipo ha de prever, según el punto de vista propio, la forma de las gráficas del movimiento (de la posición, la velocidad y la aceleración), antes de proceder a obtener dichas gráficas experimentalmente. El aspecto de las gráficas obtenidas permite a los estudiantes contrastar su predicción y, en la puesta en común, la clase entera verifica ambos puntos de vista. Adjuntamos dos ejemplos, correspondientes respectivamente al estudio de un movimiento uniforme y al de un movimiento uniformemente acelerado.

 

Gráficas de un movimiento uniforme según el punto de vista de un SR-1

 

Gráficas del mismo movimiento según el punto de vista de otro SR-2

 
               

 

 

 

 
               

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Gráficas de un movimiento uniformemente acelerado según el punto de vista de un SR-1

 

Gráficas del mismo movimiento según el punto de vista de otro SR-2

 
               

 

 

 

 
               
 
 

 

ESTUDIO DEL MOVIMIENTO DE UN CARRITO POR UN PLANO INCLINADO ADOPTANDO DOS SR DISTINTOS

 
 

 

El objetivo de este trabajo fue estudiar el movimiento de rodadura de un carrito por un plano inclinado, comprobando, en primer lugar si, tal como predicen los alumnos, se trata de un movimiento uniformemente acelerado. En segundo término se quiso contrastar los resultados obtenidos en cada uno de los dos SRI adoptados: un SRI 1, de cuyo origen se aleja el carrito en su movimiento y otro SRI 2 a cuyo origen se aproxima el carrito)

Como se observa en la foto adjunta, los estudiantes pegaron un trozo de cartulina a cada lado del carrito, logrando de este modo que ofreciera una superficie plana a cada uno de los dos sensores.

 

Se adjuntan resultados obtenidos por uno de los equipos, sobre los que, en primer lugar, se ha de comentar que confirman las hipótesis que se habían formulado acerca del tipo de movimiento (uniformemente acelerado). En segundo lugar, se pone de manifiesto que el aspecto cualitativo de las gráficas de la posición y de la velocidad es concordante con la predicción que habían hecho los equipos desde su punto de vista (diferente según el SRI adoptado).

 

 

 

Para mayor claridad, los estudiantes representaron las gráficas de cada magnitud (posición y velocidad) sobre unos mismos ejes y, como se observa, realizaron en las gráficas de la posición un cambio de variable en el tiempo para hacer coincidir la primera posición (en el SR1) o la última (en el SR2) con el origen del SR.

 

Adicionalmente comprobaron que los resultados cuantitativos son casi coincidentes, puesto que el valor experimental de la aceleración (positiva o negativa según el SR adoptado) se diferencia en menos de un 5% entre uno y otro SR.

 

 

 

Los estudiantes realizaron un ajuste cuadrático de cada gráfica y escribieron la ecuación del movimiento que se desprende del análisis de los resultados experimentales en cada SR. Dichas ecuaciones, y el valor obtenido de cada aceleración, se exponen en la nota de texto que acompaña a cada gráfica.

 
 
 

 

ARCHIVOS DE DATASTUDIO: Te puedes descargar los resultados originales de los experimentos que se describen en esta página. Para abrir los archivos se necesita el programa DataStudio, del que tienen licencia bastantes Departamentos de Física y Química de institutos de Enseñanza Secundaria.