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ESTUDIO DE MOVIMIENTOS
ADOPTANDO VARIOS SISTEMAS DE REFERENCIA |
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Experimentos
realizados por alumnos de Secundaria y de Bachillerato en el IES "Leonardo Da Vinci" de Alicante
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DESCRIPCIÓN DE MOVIMIENTOS ADOPTANDO
DIFERENTES SISTEMAS DE REFERENCIA (SR) |
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OBTENCIÓN EXPERIMENTAL DE
GRÁFICAS DE MOVIMIENTOS ADOPTANDO
DOS SR DISTINTOS |
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MOVIMIENTO DE UN CARRITO POR UN PLANO
INCLINADO DESDE DOS SR DIFERENTES |
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ARCHIVOS DE
DATASTUDIO |
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DESCRIPCIÓN DE MOVIMIENTOS ADOPTANDO DIFERENTES SISTEMAS DE
REFERENCIA |
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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. |
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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. |
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OBTENCIÓN EXPERIMENTAL DE GRÁFICAS DE
MOVIMIENTOS ADOPTANDO DOS SR DISTINTOS |
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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. |
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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. |
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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. |
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Gráficas
de un movimiento uniforme según el punto
de vista de un SR-1 |
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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 |
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Gráficas
del mismo movimiento según el punto de
vista de otro SR-2 |
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ESTUDIO DEL MOVIMIENTO DE UN CARRITO POR UN
PLANO INCLINADO ADOPTANDO DOS SR DISTINTOS |
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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. |
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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). |
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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.
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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. |
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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. |
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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. |
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