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ESTUDIO CUALITATIVO DE MOVIMIENTOS DE CARRITOS Y COCHES DE JUGUETE
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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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PROPÓSITO DE LOS
EXPERIMENTOS Y DISEÑOS EXPERIMENTALES |
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El objetivo de los experimentos es favorecer
un manejo cualitativo de las magnitudes cinemáticas, aplicando
estos conceptos a movimientos reales de carritos y coches de
juguete. Prestaremos una atención prioritaria a las gráficas
(cualitativas) de los movimientos estudiados. En todos los
casos, pedimos a los estudiantes que describan cómo esperan que
sea cada movimiento. Antes de proceder al estudio experimental, han de dibujar, a modo de hipótesis, las gráficas
cualitativas de la posición, la velocidad y la aceleración.
Después de haber realizado cada experimento, los estudiantes
deben eliminar de las gráficas los valores de los tramos que no
correspondan al tipo de movimiento buscado (por ejemplo, si se
puso el sensor en funcionamiento antes de iniciarse el
movimiento) También han de plantear ajustes de los valores
experimentales adecuados a cada caso (por ejemplo, un ajuste
lineal para la gráfica velocidad-tiempo de un movimiento
que se presume acelerado o un ajuste cuadrático para la gráfica posición-tiempo
de este movimiento) De los ajustes, sólo interesa ahora
comprobar si el perfil de la gráfica real se corresponde
cualitativamente con el movimiento predicho. |
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En cuanto al diseño experimental que
se precisa para para realizar estos estudios, consta,
simplemente, de un sensor de movimiento, enfocado hacia
la dirección que sigue el móvil. Después de haber
conectado el sensor, el programa Datastudio genera una
gráfica vacía de la evolución de la posición, a la espera de
reflejar mediciones en el intervalo de tiempo transcurrido entre
dos clics del botón "inicio". Respecto a las
opciones de configuración del sensor, podemos elegir diferentes frecuencias (por
defecto, el sensor trabaja a 10Hz y podemos
llegar hasta un máximo de 50Hz, es decir, 50 mediciones por
segundo) Como se quieren obtener gráficas de todas las
magnitudes cinemáticas, preparamos el sensor para que
obtenga valores de la posición, de la velocidad y de la
aceleración. |
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Por otra parte, la experiencia
acumulada en las
prácticas sobre movimientos de alumnos,
nos enseñó que para determinar posiciones con mayor
precisión conviene que la superficie del móvil que se
enfrenta al sensor sea plana y perpendicular a la
dirección del movimiento. Para lograrlo, pegamos a los carritos un
trozo de cartulina. |
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FRENADA DE UN CARRITO SOBRE UN CARRIL HORIZONTAL |
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Lanzamos el carrito hacia el sensor
con una velocidad inicial pequeña y estudiamos el
movimiento de frenada hasta que el carrito se detiene. Las gráficas de la
posición y la velocidad se exponen aquí inalteradas. En
la gráfica de la aceleración, se han eliminado los valores del tramo final (correspondientes
al carrito ya detenido) y se ha realizado un ajuste lineal
para constatar la hipótesis de una aceleración positiva
(el carrito se aproxima
al sensor) y
prácticamente constante. Como en este trabajo sólo se
buscan resultados cualitativos, hemos eliminado de la
gráfica de la aceleración los valores
del ajuste, dejando únicamente la línea de ajuste. |
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DESLIZAMIENTO DE UN CARRITO POR UN CARRIL INCLINADO |
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Colocamos el sensor de tal forma que el carrito
desliza por el plano inclinado alejándose de él cada vez más rápido. Como en el ejemplo anterior,
las gráficas de la posición y la velocidad se muestran aquí
inalteradas. En la gráfica de la aceleración realizamos un
ajuste lineal y dejamos únicamente la línea del ajuste, para comprobar que el
movimiento es uniformemente acelerado (se obtiene una
aceleración positiva prácticamente constante) El estudio
cuantitativo de este movimiento se presenta en otra
página. |
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DESLIZAMIENTO DE UN COCHECITO DE JUGUETE SOBRE UN PLANO
HORIZONTAL |
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Para mejorar el diseño experimental,
se colocó un carrito como remolque del cochecito. El
carrito lleva un trozo de cartulina para ofrecer una
superficie plana y perpendicular al sensor. Mientras se va soltando la cuerda,
esperamos que el cochecito tenga un movimiento uniforme.
Para comprobar si es así, recogemos un poco de cuerda del
cochecito. Colocamos el coche encima de la mesa
del laboratorio y dejamos que avance alejándose del
sensor de movimiento. La gráfica del movimiento completo
muestra perfectamente la zona de arranque (acelerado),
deslizamiento mientras se suelta la cuerda (parece
uniforme) y detención (acelerado) Eliminamos los tramos
inicial y final, comprobando que, en efecto, un tramo
intermedio se puede considerar casi uniforme. En otras
páginas se muestra un estudio cuantitativo del
movimiento uniforme del cochecito
usando sensores y
usando Modellus. |
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ARCHIVOS DE
DATASTUDIO: Puedes descargar los
resultados originales de
los experimentos
descritos 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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