Después de haber trabajado en clase el concepto newtoniano de fuerza, es conveniente plantear a los estudiantes situaciones estáticas y dinámicas en las ellos deban identificar las fuerzas que intervienen, especificar la dirección y sentido de la fuerza resultante que produce o modifica determinados tipos de movimiento,.. Habitualmente, estos conceptos se trabajan exclusivamente mediante ejercicios de lápiz y papel.

El propósito de los experimentos sencillísimos que se exponen aquí es complementar estos procesos teóricos, poniendo a prueba las predicciones derivadas de los principios de Newton en algunos casos concretos. Los estudiantes han de usar dinamómetros y sensores de fuerza para sostener objetos, para tirar de ellos produciendo movimientos variados, etc.., y deben estudiar en cada caso la relación de la fuerza con la evolución del movimiento.

Antes de usar los sensores de fuerza interesa que se tome conciencia de su sensibilidad.

Con este objetivo planteamos un experimento destinado a medir una fuerza "instantánea", como la que puede producir a través de un hilo una bola lanzada con bastante velocidad alejándose del sensor. Cuando se tensa el hilo se ejerce un "golpe de fuerza" sobre el sensor.

El experimento permite comprobar que el sensor tiene mucha precisión y elasticidad, ya que en este caso pudo registrar una fuerza prácticamente instantánea (un golpe de fuerza de 3N en un intervalo de menos de 0,02s). Al mismo tiempo se observa que el sensor registró una fuerza de 0.2N con el hilo completamente destensado (error de cero)

Para verificar el tercer postulado de la Dinámica usamos una pareja de dinamómetros o de sensores de fuerza. Pedimos a los estudiantes que planteen posibles diseños experimentales adecuados para producir interacciones entre los dos sensores y  capaces de determinar la fuerza que cada uno ejerce sobre el otro.

Se adjuntan las gráficas de seis interacciones consecutivas (6 tirones que se ejercieron, tirando de forma alterna desde cada sensor). La forma de los picos y el valor de la fuerza que en cada tirón le hace el sensor 1 al 2 y la que le hace en ese mismo tirón el sensor 2 al 1 son, como se espera, muy similares (no pueden ser idénticas teniendo en cuenta la imprecisión de las mediciones). En cambio, el valor mínimo de la fuerza que registra cada sensor (cuando no se tira de él) parece diferente. Esto indica un error de cero diferente. En este caso, se observa un desplazamiento del orden de 0.2N entre las mediciones de cada sensor.

Los resultados muestran la evolución de las fuerzas ejercidas usando los mismos sensores de la experiencia anterior. Los estudiantes tomaron medidas de todo el proceso: antes de la interacción, durante el levantamiento de los sensores y, finalmente, cuando el sensor 1 cuelga del sensor 2. Como se observa, estos resultados también confirman  las previsiones teóricas expuestas y volvieron a poner de manifiesto la misma diferencia en el calibrado de estos sensores.

Para estudiar experimentalmente de forma muy sencilla los principios de Newton, se puede utilizar un carril inclinado con un carrito. Los grupos han de medir las fuerzas que se ejercen sobre el sensor en diferentes situaciones (sosteniendo el carrito, tirando de él,..) y, en cada caso, comparan esa fuerza con el peso del carrito. Con ayuda de un transportador de ángulos y/o mediante cálculo geométrico se puede medir y/o prefijar la inclinación del plano.

Se muestran resultados de un experimento realizado con un plano inclinado 30º. El valor medido del peso del carrito (la gráfica recoge el proceso de dicha medición, desde antes de levantar el sensor, hasta que sostiene verticalmente al carrito) fue del orden de 1,10N, por tanto, bastante superior a la fuerza ejercida para sujetar el mismo carrito encima del plano inclinado (0,40N) y a la que se ejerció para tirar encima del plano del carrito, procurando mantener una velocidad constante (0, 44N)

En este documento se aplican los principios de la dinámica de Newton al estudio de movimientos de objetos en un plano inclinado. Siguiendo estas previsiones, en este caso deberíamos esperar una fuerza para sujetar el carrito encima del plano inclinado del orden de 0.55N. El hecho de que se necesite una fuerza menor indica que la fuerza de rozamiento también ayuda a la sujeción del carrito.

En vista de la dificultad que ofrece detectar la fuerza que mantiene el movimiento circular de la bola rodando encima de la mesa, buscamos otros diseños experimentales, procurando que la fuerza sea mayor, pero constante. Los experimentos realizados sobre el movimiento de oscilación de un péndulo sirven de inspiración para concebir un movimiento circular del péndulo, pero (con objeto de mantener constante la fuerza) en el que no varía la altura, es decir, un péndulo cónico. En una de las páginas dedicadas al estudio del movimiento circular uniforme se puede ver el video de un experimento, en el que se hace oscilar un péndulo cónico que cuelga de un dinamómetro. Así, se puede conseguir que las variaciones de tensión del hilo sean menores que la imprecisión del instrumento. Sin embargo, al sustituir el dinamómetro por un sensor de fuerza, se comprueba que en realidad se producen pequeñas variaciones de altura del péndulo y que es muy difícil mantener una velocidad constante del movimiento circular. Todo ello provoca oscilaciones de la fuerza registrada por el sensor.