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ESTUDIO DEL
MOVIMIENTO DE UN COCHECITO PROPULSADO POR AIRE |
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Experimento realizado pro profesores en el IES "Cid
Campeador" de Valencia |
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PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO |
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En este trabajo práctico
usamos
unos cochecitos de plástico que tienen en su interior un espacio hueco con
salida por dos orificios: una está situado en
la parte superior del cochecito y el otro en su zona trasera.
Vamos a elaborar mecanismo de propulsión por aire para estos vehículos, acoplándoles un globo
inflado en el orificio existente en su parte superior y
taponando inicialmente el orificio existente en su zona
trasera. Así al
abrir este segundo orificio, la presión externa
ejercida sobre el globo por la atmósfera, le obliga a
vaciarse expulsando buena parte del aire encerrado por la parte trasera del vehículo.
En estas condiciones, la aplicación de la ley de conservación de la cantidad de
movimiento al sistema formado por conjunto formado por
el cochecito, el globo y el aire encerrado, conduce a
concluir que el cochecito ha de ser propulsado para moverse
hacia delante, es decir, en el sentido opuesto al que
tiene el
aire que va expulsando mientras se va deshinchando el
globo que tiene acoplado. |
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El propósito del
experimento será comprobar, en primer lugar, que se produce la
propulsión, y, seguidamente, obtener la velocidad con la que es impulsado el
cochecito. |
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VIDEO
SOBRE EL
MOVIMIENTO DEL COCHECITO |
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El clip de
video adjunto se filmó en el laboratorio del IES "Cid
Campeador" de Valencia en 2020. Como vemos, el cochecito
se mueve a una buena velocidad, mientras sabemos que
está expulsando aire por su parte trasera (ya que,
mientras tanto, el globo se va deshinchando). En este
caso, se hizo rodar al cochecito encima de una mesa del
laboratorio, donde también se colocó un carril, para
tener una longitud conocida a la vista de la cámara.
Por lo demás, conviene
saber que estos cochecitos así propulsados recorren
distancias bastante grandes, como se puede comprobar si,
por ejemplo, los hacemos rodar por el suelo en un aula o
en el patio.
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Para
analizar el clip de video, se vuelca sobre una
página de Modellus y se usa la herramienta de medida
que proporciona este programa para obtener la equivalencia entre
pixels
y m (usando el dato conocido de
la longitud de referencia y midiendo los pixels
encima de la filmación con la herramienta de medida de longitudes
del programa). Conocido el
tiempo de tránsito del cochecito (se puede medir con
el propio programa), se obtiene
el valor de su velocidad (en m/s), la cual se atribuye
al móvil virtual de la animación (en pixels/s).
Con
este dato, los alumnos ya pueden plantear y escribir en la
animación un
modelo físico-matemático
para la simulación: En este caso, se considera razonable
plantear que en el breve lapso de tiempo que corresponde al
fragmento del movimiento que se analiza, tal movimiento sea
prácticamente uniforme.
Bajo esta hipótesis, se completa la animación colocando en la pantalla
la representación de la gráfica del movimiento
(de la
posición) y sendos cursores que
indiquen los valores instantáneos
de las magnitudes cinemáticas (posición y velocidad). |
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Después de haber hecho todo esto,
llega el momento decisivo de evaluar el grado de concordancia entre el movimiento real (filmado) y el movimiento
virtual (simulación). A tal fin conviene ralentizar el
video y la animación (por ejemplo, a una escala 1/100) y, como
vemos, se constata que existe una buena concordancia entre ambos, es decir, que el movimiento
simulado que deriva de las leyes escritas en el
modelo (representado por la bolita de color azul) se corresponde a intervalos iguales de
tiempo con las posiciones de fotogramas consecutivos del
vehículo filmado (en este caso del globo).
Clic
aquí
descarga la animación para
Modellus 2.5 (32 bits). Clic
aquí
la
descarga para
Modellus
3 (64 bits).
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