ESTUDIO DEL LANZAMIENTO HORIZONTAL DE UNA PELOTITA CON MODELLUS
 
 
 
 

Experimento realizado por alumnos de Secundaria y de Bachillerato del IES "Leonardo Da Vinci" de Alicante y en el concurso Ciencia en Acción, así como por profesores en cursos de formación docente.

  
 
 
     
 

PLANTEAMIENTO Y PROPÓSITO DEL EXPERIMENTO
 

El experimento más habitual que se realiza en los laboratorios de los institutos para comprobar la hipótesis de Galileo sobre los lanzamientos de proyectiles, aplicada al tiro horizontal se fundamente en el hecho de que dicha hipótesis conduce a unas ecuaciones independientes de los movimientos horizontal y vertical, y que de tales ecuaciones se deduce una ecuación de la trayectoria que establece una relación constante entre las alturas y los alcances (para cada velocidad de lanzamiento). 

Ahora nos planteamos un experimento alternativo  que intentará comprobar la hipótesis de Galileo, aplicándola al estudio global del movimiento de una pelotita. Para ello usaremos una cámara digital sencilla y el programa Modellus. Filmaremos el lanzamiento horizontal de la pelotita y estudiaremos la concordancia de su trayectoria (filmada) con la del movimiento de una pelotita virtual, obtenido como composición de un movimiento horizontal uniforme y otro de caída libre vertical.
 

VIDEOS DE LANZAMIENTOS HORIZONTALES
 

Se muestran tres ejemplos de clips de video que reproducen el tiro horizontal de una pelotita, que  comienza después de rodar por una mesa. Dos de ellos (a la izquierda) los filmaron alumnos de 1º Bachillerato en el laboratorio del IES "Leonardo da Vinci" de Alicante y el otro (a la derecha) se filmó en la final del concurso Ciencia en Acción 11, celebrada en 2010 en Santiago de Compostela.

 

 
En todos los casos, el diseño experimental incluye la medida de la altura de la mesa como valor de referencia para hacer otras mediciones sobre la filmación.
 

ANÁLISIS EXPERIMENTAL CON MODELLUS
 

 

Para realizar el análisis experimental, se comienza volcando el clip de video sobre una página de Modellus y se usa la herramienta de medición que proporciona el programa para establecer la equivalencia entre metros y pixels (aprovechando el dato conocido de la altura de la mesa).

Seguidamente se tienen en cuenta la duración de la caída y la medida del alcance horizontal (realizada sobre la misma filmación) para obtener la velocidad horizontal del lanzamiento.

Con estos datos los estudiantes escriben como modelo físico-matemático de la simulación las ecuaciones de los movimientos teóricos horizontal y vertical, y colocan en la pantalla tres pelotitas virtuales para que realicen respectivamente el movimiento horizontal, el movimiento vertical y la composición de ambos.

Cuando corre la animación, comprueban con satisfacción la concordancia entre el movimiento real (filmado) y el movimiento virtual de la la pelotita que representa la composición de los dos movimientos (simulación).

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Esta segunda animación (debajo) se realizó en un curso de formación docente celebrado en Valencia en febrero de 2018. Como se ve, los profesores usaron una tela para que hiciera como fondo oscuro que contrasta con el color de la pelotita y facilita su visualización. A diferencia del ejemplo anterior, en este caso el movimiento horizontal tiene la orientación opuesta al criterio de signos, de forma que en las ecuaciones hay que considerar negativa dicha velocidad.
 

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En este otro experimento realizado en el laboratorio se utilizó un plano inclinado para impulsar a la pelotita, antes de que ésta ruede por la mesa. Soltando a la pelotita a desde diferentes alturas de dicho plano inclinado, los alumnos pueden producir lanzamientos horizontales a diferentes alturas, pero la misma velocidad inicial. En estas condiciones debe verificarse una relación de proporcionalidad entre las alturas y los cuadrados de los alcances. 

 

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Finalmente diremos que en el trabajo presentado en Ciencia en Acción, 4 estudiantes de Bachillerato ofrecieron a los visitantes participar en el experimento para comprobar la hipótesis de Galileo. Los participantes se llevaban la animación (protagonizada por ellos) de recuerdo.
 

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Ficha técnica del experimento en la Web de Ciencia en Acción