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DESLIZAMIENTO DE UN CUERPO SOMETIDO A UNA FUERZA
CONSTANTE |
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PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO |
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En bastantes laboratorios
de Física se dispone de carrilles especiales
sobre los que se puede hacer deslizar a objetos siendo la fuerza de rozamiento a dicho
deslizamiento muy pequeña, prácticamente despreciable.
Usando este
material se pueden plantear diversos
experimentos dedicados a estudiar el movimiento
uniformes y/o el movimiento uniformemente acelerado. En este caso, nos proponemos
estudiar el movimiento de un carrito al que someteremos
a una
fuerza constante, con objeto de comprobar que, bajo estas
condiciones, desliza con un movimiento uniformemente acelerado,
como exige la aplicación del segundo principio de la
dinámica de Newton. |
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DISEÑO EXPERIMENTAL |
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El dibujo adjunto
esquematiza uno de los posibles diseños experimentales
que se pueden plantear para someter al cuerpo a una
fuerza constante
(máquina de Atwood).
Este diseño fue usado en otro trabajo práctico que se
realizó utilizando para los análisis los sensores de
fuerza y de posición. Ahora bien, aunque no se disponga
de dichos sensores, el trabajo experimental puede
realizarse usando Modellus, porque, en ausencia
de rozamiento, la
fuerza aplicada al carrito (T) únicamente depende
de la masa (M) del cuerpo que desliza, de la masa (m)
del cuerpo que cuelga del
extremo de la polea y de la gravedad (g). Por tanto,
pedimos a los
estudiantes que realicen el diagrama de fuerzas (aceptando
que se pueda considerar despreciable a la fuerza de
rozamiento) y
que deduzcan la expresión literal que calcula módulo de la
fuerza T. Conocida ésta, se tratará de comprobar
que el movimiento es uniformemente acelerado, y que el
valor de su aceleración es a=T/M.
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VIDEO DEL
MOVIMIENTO DEL CARRITO |
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Lo que se plantea finalmente es construir una animación informática
Modellus que sea adecuada para analizar la concordancia
entre el movimiento de deslizamiento del cuerpo, encima del
carril de rozamiento despreciable y un movimiento
virtual uniformemente
acelerado con la aceleración predicha (recordemos: a=T/M). Por
tanto, hay que filmar el movimiento de cuerpo en el
laboratorio, asegurándose de que el montaje incluya la visibilidad de una longitud
conocida, ya que ésta se necesitará en el análisis
posterior para establecer una equivalencia entre pixels, medidos
en la
pantalla, y metros que vaya recorriendo el cuerpo al
deslizar. Sirve, aquí, la
longitud del propio cuerpo que desliza, que es
conocida. Por otra parte, hay que tener en cuenta que el
movimiento que queremos estudiar comienza exactamente
cuando soltamos el cuerpo (tensado por la cuerda
que tira de él), de modo que usaremos un programa de
tratamiento de videos para recortar el video original y
obtener un clip que
comience justamente en ese instante "inicial" del
movimiento. |
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ANÁLISIS
EXPERIMENTAL |
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Después de haber seguido
todos los pasos indicados hasta aquí, se vuelca el clip
de video obtenido sobre una página de Modellus, y
se escriben las ecuaciones de un movimiento
uniformemente acelerado (siendo, como hemos dicho, la
aceleración a=T/M) como modelo físico-matemático de la
animación (recordemos que en estas ecuaciones, se hande
tener también en cuenta la conversión entre pixels y cm)
Hecho todo lo cual procede hacer correr
la animación y finalmente comprobar si, como
debería ser, se obtiene una buena concordancia entre el movimiento
real (filmado) y el movimiento teórico (simulado).
Clic
aquí
descarga la animación (Sólo para
Modellus 2.5 (32 bits)). |
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haber seguid |
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