Experimento con carrito (2da Ley de Newton)

¿Qué significa: F = m a?

Organizar al grupo en equipos de 4 a 5 integrantes para realizar las siguientes actividades prácticas.

Se recomienda que los integrantes del equipo sean diferentes para que se logre compartir diferentes puntos de vista y desarrollar habilidades de comunicación.

El dispositivo puede ser modificado de acuerdo con el material que se tenga a su alcance.

Materiales:

·         Un carrito

·         Un cronómetro o, en su defecto, un reloj con segundero

·         Una pelota con el dispositivo adecuado para sujetarla a la mesa

·         Varias pesas graduadas

·         Un metro

·         Una cuerda delgada y resistente

 

Desarrollo:

Ø  El experimento se divide en dos partes: en la primera, se mantiene la masa constante y se varía la fuerza; en la segunda, la fuerza permanece constante y se varía la masa. En ambas partes, antes de iniciar el experimento, elaborar una hipótesis acerca de qué sucede en las relaciones fuerza-aceleración y masa aceleración, dando argumentos plausibles para ellas.

Primera parte: masa constante

Colgar inicialmente, del extremo del cordón, pequeñas pesas, hasta que al empujar el carro levemente se desplace sobre la mesa a velocidad constante. Ese es el contrapeso de las fuerzas de rozamiento.

Para proporcionar una fuerza de aceleración, agregue sucesivamente pesas en el extremo colgante del cordón (sin quitar la pesa pequeña compensadora del rozamiento) y mida en cada caso el tiempo que tarda en desplazarse el carrito desde que parte del reposo hasta que llega a la pelota (tener cuidado de recibir el carro poco antes de que llegue a la polea). Medir la distancia recorrida, que deberá ser siempre la misma para facilitar los cálculos. Registrar en una tabla de

fuerza-tiempo, las magnitudes medidas.

Con los datos de la tabla, se podrá calcular la aceleración media en cada caso ( d = ½ a t2) y, a partir de ella, trazar una gráfica de fuerza – aceleración.

Discutir sus hipótesis iniciales con la experimentación.

Segunda parte: fuerza constante

Elegir una fuerza grande para que mueva el carro con distintas pesas adicionales; esa fuerza debe permanecer constante en toda la segunda parte del experimento.

Vaya agregando, sucesivamente, distintas pesas al carrito y déjelo rodar midiendo en cada caso el tiempo de desplazamiento. Registrar las lecturas en una tabla masa-tiempo, los datos de la tabla, se podrá calcular la aceleración media en cada caso (d = ½ a t2) y, a partir de ella, discutir si sus hipótesis iniciales se confirmaron.

Discutir acerca de:

¿Por qué en un caso las pesas adicionales son fuerza, y en el otro son masa?

¿Por qué no es indispensable conocer la masa del carrito?

¿Qué hipótesis se está haciendo cuando se calcula la aceleración a partir de la fórmula d= ½ a t2?, ¿es válida?

¿Por qué no se puede variar simultáneamente la masa y la fuerza?

¿Cuál es el papel de la polea?¹

Resulta importante enfatizar, en el estudio de la segunda ley de Newton

La aceleración que adquiere un objeto por efecto de una fuerza resultante es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza resultante, tiene la misma dirección que la fuerza resultante y es inversamente proporcional a la masa del objeto.

Que la aplicación de una fuerza modifica el estado de movimiento del objeto, y que esta ley tiene carácter general, es decir, vale para cualquier tipo de fuerza, independientemente de su origen o su naturaleza.

Solicitar a los alumnos la elaboración de conclusiones acerca de la relación que se establece entre la masa y aceleración cuando una fuerza es aplicada.