Newton
25 Feb, 2013
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PDFNo ascensor
PRESENTACIÓN: Unha báscula analóxica equilibra o peso dun obxecto coa forza elástica dun resorte. Nun sistema acelerado a indicación que proporciona varía respecto da situación de repouso de acordo coa aplicación da segunda Lei de Newton.
- Do not change the order of Newton’s laws, Martin Lieberherr, Phys. Teach. 51, 70 (2013)
- Why Multiply by g?, Jane Bray Nelson, Phys. Teach. 50, 161 (2012)
INTRODUCIÓN: A identificación da variación de forzas en determinadas condicións e diversos momentos (intervalos de tempo) é crucial para o tratamento de cargas ou implementación de procesos aos cales se recorre a cotío, mediante o uso aplicado das tres leis de Newton. EXEMPLOS: Elevadores de carga industrial, construción de maquinaria, transporte, etc.
OBXECTIVO: Comprobar de forma práctica e mediante as leis de Newton a variación do comportamento das forzas que interveñen nun sistema de acordo ao cambio de condicións.
MATERIAIS: báscula, ascensor.
MONTAXE: Colócase a báscula onde deberá ir unha persoa no interior do ascensor. Examínase cal é o peso rexistrado pola báscula inicialmente e logo termínase o destino do ascensor: un debe ser a un piso superior e outro a un inferior. En cada unha das viaxes do ascensor rexístrase o novo peso rexistrado pola báscula.
EXPLICACIÓN: Inicialmente coa masa de proba dentro do ascensor en repouso, obsérvase mediante a primeira e terceira lei de Newton (lei da inercia e lei de acción-reacción) que a masa sobre a báscula presentará un estado inicial en equilibrio de forzas, onde a báscula, a cal mide a normal, rexistrará o peso real debido a que no devandito estado a normal e o peso coinciden.
Posteriormente, de acordo ao movemento acelerado do ascensor este equilibrio tendera a alterarse. Tendo en conta a segunda lei de Newton (lei do movemento) explícase devandito cambio, o cal se verá reflectido no cambio da normal rexistrada pola báscula: maior ao subir, menor ao baixar.
CONCEPTOS: inercia, forza, leis de Newton, peso.
MÁIS INFORMACIÓN:
TEXTOS:
- F. Bueche, Ciencias físicas, Reverté, 2004.
- J.L. Meriam, L.G. Kraige, Mecánica vectorial para ingenieros: Dinámica, Reverté, 1998.
- P.A. Tipler, Física para la ciencia y la tecnología, Reverté, 2008.
- A.P. French, Mecánica newtoniana, Reverté, 1978.
ALUMNADO 2012-2013: Sergio Dafonte, Samuel Iglesias, Julián Calle
ENLACE pdf ALUMNADO (en castelán):
ALUMNADO 2011-2012: Adrián Regueira, Guillermo Rial, Aday Rivera
ENLACE pdf ALUMNADO:
24 responses to "Newton"
Esta experiencia, que podrán realizar los alumnos en sus casas, les hará comprender perfectamente qué fuerzas y cómo actúan dichas fuerzas sobre un cuerpo, cuando está en movimiento ,aplicando las leyes de Newton.
Me parece muy indicado para alumnos que se inician en el mundo de la Física para comprender las leyes de Newton.
Considero que es un experimento muy original y curioso y que cuando se realiza, no se olvidarán de las Leyes de Newton y además las observarán de una manera casi tangible.
Dejo aquí un enlace de un experimento casi idéntico, tan sólo que en vez de emplear un dinamómetro se emplea una báscula (es un dinamómetro pero que todos disponemos en nuestras casas).
La primera Ley de Newton o Ley de Inercia dice que si la masa es constante, implica que v = constante. Esto es, “en ausencia de fuerzas aplicadas un cuerpo se moverá con velocidad constante”.
Finalmente, en la tercera Ley de Newton, la interacción entre dos cuerpos, si el momento ha de conservarse el cambio de momento de uno de los cuerpos debe ser el negativo del cambio de momento del otro [dp1/dt=-dp2/dt]
lo que de acuerdo a la definición de fuerza, puede expresarse como ´
[F´1=-F´2] que equivale al enunciado “a toda fuerza de acción le corresponde una fuerza de reacción igual y opuesta”.
Estas dos definiciones quedan claramente reflejas en el vídeo de la váscula en el ascensor. Es una metodología llamativa para los alumnos, donde pueden concebir el mundo de la física desde otra perspectiva influyendo positivamente en su aprendizaje y en el cual, podrán comparar su utilidad en la vida cotidiana de cada alumno
El vídeo es un ejemplo de aplicación de la segunda Ley de Newton, la aceleración de un objeto es proporcional a la fuerza que está actuando sobre él e inversamente proporcional a su masa. La fuerza aplicada a un cuerpo modifica su velocidad tanto más cuanto más tiempo se aplique.
Muchas veces, el profesorado utiliza los libros de texto como recursos pedagógicos en la clase, olvidándose por completo de la experimentación que es la base de la Ciencia. Como consecuencia de esta forma tradicional de enseñanza y aprendizaje, las representaciones que poseen los alumnos pueden resultar erróneas. Es importante que los alumnos comprenden la Segunda Ley de Newton o que poseen la idea previa sobre la necesidad de la acción de una fuerza para provocar el movimiento.
Otro experimento que puede explicar la segunda Ley de Newton es el siguiente: en primer lugar, toma cualquier objeto de tamaño pequeño y poco peso. Átalo con un hilo o soga largo y déjalo sobre una superficie. A continuación, sólo debes tirar de la soga fuerte y rápido. Mediante esta experiencia, comprobarás la segunda Ley de Newton: el objeto en cuestión cae al suelo debido a la aceleración y fuerza que se ejerce sobre él. Entre más aceleración, más lejos irá el objeto. La aceleración depende de la masa y de la fuerza y viceversa.
Una forma divertida de explicar las leyes de Newton son mediante el juego del billar, así pues tal como dice la primera ley de Newton de la inercia , todo cuerpo en reposo mantiene su posición original a menos que se le aplique una fuerza externa que lo haga cambiar de estado (Una bola en reposo se mueve tras el empuje que hacemos con el taco). En la segunda ley de Newton de la dinámica o de la fuerza, dice que el cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime ( A la bola a la que se le imprima una fuerza determinada va a obtener una aceleración directamente proporcional al sentido y dirección que se le apunte con el taco ).En la tercera ley de Newton de acción y reacción, dice que con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria, quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto ( para cualquier efecto que queramos ejercerle a una bola golpeándola con el taco por cualquier parte de la bola, la acción será el golpe taco-bola y la reacción será el efecto bola-taco ). Esto se puede contemplar de forma más minuciosa en el siguiente vídeo.
Esta experiencia, de extraordinaria sinxeleza, é un grande exemplo de que, ás veces, unha pequena proba que calquera pode facer e que non entraña risco ningún vale máis que cen libros de texto de física.
A montaña rusa é un bo lugar para experimentar efecto da segunda lei de Newton, tanto esa “presión sobre a cabeza” que se sinte ao subir, como a “lixereza” que se sinte ao baixar. Parques de atraccións como o de Madrid fan reclamo a centros educativos para aprender física experimentándoa.
Relacionar la primera ley de Newton (inercia) con el ascensor me hace recordar mis tiempos en el instituto. Recuerdo que el profesor de Física y Química nos había recomendado saltar en un ascensor al final del recorrido en dos situaciones diferentes: al subir y al bajar. De ese modo observaríamos como al subir realizaríamos un salto mayor de lo habitual (cuidado con la cabeza) y al bajar menor. Quizás esta demostración, que no es mucho más compleja, sea interesante mostrársela a los alumnos para que no solo experimenten esas sensaciones en el salto, si no que puedan ver a través de mediciones, con números, este principio esencial de la mecánica.
Otro manera de abordarlo, puede ser preguntándoles por la función del cinturón de seguridad en los coches y lo que sucedería en caso de accidente de no llevarlo puesto (y así de paso trabajamos un poco de educación vial, que no está de más).
Un ejemplo perfecto para estudiar las Leyes de Newton. Cuando tengo que explicar estas leyes y en concreto el caso del ascensor en la academia, me sorprende la gran diferencia entre los alumnos. Les suelo decir que piensen en la fuerza que tienen que hacer en las piernas cuando están en el ascensor y a unos les parece algo normal y que ya se habían fijado y a los que no se dan cuenta les incito a que prueben a ir en el ascensor con las piernas un poco flexionadas para notar mas lo que ocurre. A mi modo de ver la física, resulta muy interesante que puedan experimentar con cosas del día a día.
El experimento de la báscula y el ascensor es muy interesante porque permite analizar las tres leyes de Newton de una forma sencilla y práctica. Las leyes de Newton pueden observarse de forma frecuente en nuestra vida cotidiana, en el golpeo de un balón, en la caída de un objeto, la fuerza que se siente cuando acelera un avión y muchos más. Como curiosidad, en este enlace de la NASA se explican brevemente las tres leyes de Newton y se muestra un vídeo donde un astronauta de la estación espacial internacional explica mediante una serie de demostraciones cómo funcionan estas leyes en microgravedad.
Los experimentos mostrados son absolutamente simples y cotidianos, al alcance de todos. Me pareció bastante interesante el vídeo que aparece en uno de los comentarios, en el que utilizan una partida de billar para ilustrar las 3 leyes de Newton. Sin duda son muchas las situaciones de nuestra vida diaria en las que podríamos explicar las leyes de Newton, desde billares hasta ascensores o montañas rusas, por citar solo algunos de los ejemplos que se sugieren en los comentarios. Como son muchos los estudios que evidencian que los alumnos hoy en día asimilan mejor los conceptos mediante el uso de las TICs, especialmente las Apps, dejo por aquí una interesante aplicación móvil, completamente gratuita que puede ser de utilidad, y que permite ver interesantes ejemplos y explicaciones de las 3 leyes de Newton, utilizando como ejemplos desde los coches de choque de las ferias hasta el simple hecho de martillear un clavo, lo bueno es que la aplicación puede usarse en cualquier parte, desde la sala de espera del médico hasta en el autobús escolar.
Este experimento resulta muy útil para aplicar en 4º de la ESO de física y química, en concreto en el bloque 4 del currículo de Galicia (movimiento y fuerzas). No solo es un ejercicio ideal para explicar y aplicar las leyes de Newton, sino que además permite profundizar en los conceptos de movimiento rectilíneo uniforme y uniformemente acelerado estudiando cada uno de los posibles casos que se dan en el ascensor. En este vídeo se exponen todos los posibles casos y se detalla sus características de velocidad y aceleración. Además permite trabajar con fuerzas de especial interés tales como el peso aparente y la fuerza normal. En este vídeo se ejemplifican los cálculos que se pueden realizar y el equilibrio de las fuerzas que resultan.
Las leyes de Newton son 3 leyes que se tratan en el aula, los alumnos deben dominarlas pero en muchos casos el proceso de enseñanza-aprendizaje se limita a casos teóricos y a la resolución de ejercicios de libro abstractos. Esta actividad es un claro ejemplo de como aplicar la segunda ley de Newton prácticamente, de poder ver como actúa, lo cual reforzará el proceso de aprendizaje del alumnado.
Outra experiencia sinxela e ó alcance de todos, que na nosa infancia realizamos infinidade de veces e que seguramente nunca imaxinamos que servira para explicar a terceira Lei de Newton é o experimento de inflar un globo, agarrar a boca para que o aire non escape e logo soltalo para que faga de “cohete”. No seguinte blog explican o principio de acción – reacción inflando un globo unido a unha palliña cun cordel no interior. Ó soltar a boca do globo inflado, o “cohete” sae disparado (reacción) e percorre a corda en sentido contrario ó da saída do aire (acción).
Otro ejemplo cotidiano en el que se puede comprobar la segunda ley de Newton es cuando empujamos un carro en el supermercado. Si le aplicamos una fuerza al carro, este se mueve con una determinada aceleración. Sin embargo, si le aplicamos el doble de fuerza que en el caso anterior, la aceleración con la que se moverá será el doble de la aceleración anterior. Con esto demostramos que para cada cuerpo la fuerza aplicada y la aceleración obtenida son proporcionales. El cociente entre la fuerza y la aceleración es un valor constante y depende del cuerpo con el que estamos experimentando. Newton descubrió esta proporcionalidad y a la constante de proporcionalidad la llamó “masa” del cuerpo. Así la masa de un cuerpo mide la inercia que tiene ese cuerpo.
Si empujamos un carro de supermercado que esté vacío, éste se mueve con una determinada aceleración. A continuación, empujamos un carro lleno con la misma fuerza y la aceleración que produces será menor. Esto se debe a que la aceleración depende de la masa del cuerpo que empujas. A mayor masa, menor será la aceleración. Para una misma fuerza, si duplicas la masa, la aceleración resultante será de solo la mitad; si triplicas la masa, la aceleración se reducirá a la tercera parte, y así sucesivamente. Por lo tanto se comprueba que dada una fuerza, la aceleración que produce es inversamente proporcional a la masa.
Me parece una experiencia muy divertida para interesar a los alumnos por el estudio de la física. Después de realizar este experimento en sus casas, y relacionarlo con la teoría y ejercicios de las leyes de Newton, creo que se podría aprovechar para pedir al alumnado que realice una búsqueda sobre las aplicaciones de las leyes, ya que es un aspecto que se suele tratar en menor profundidad y les resultará interesante comprobar que sus aplicaciones son innumerables.
Coincido con las opiniones anteriormente expuestas, experimento muy sencillo y práctico que puede dar lugar a reflexión por parte del alumnado e, incluso, generar interés por el tema. Siendo una de las bases de la mecánica considero muy interesante motivar al alumnado lo máximo posible en la introducción de las Leyes de Newton y con esta experiencia/experimento seguido de una reflexión en clase o incluso una búsqueda y presentación de conclusiones por parte del alumnado, será mucho más fácil hacerlo.
Este experimento muestra la diferencia entre masa y peso, dos conceptos que habitualmente se mezclan debido al lenguaje que usamos todos los días. Además, también permite realizar una explicación sencilla de la primera y tercera ley de Newton, por lo que es un experimento muy interesante para que realicen los alumnos.
Acabo de ver por primeira vez esta experiencia e a verdade e que coñecía ese feito, pero nunca me percatara en que se podería facer unha demostración así de simple é visual. Como futuro profesor de Física e Química que pretendo ser, creo que sen dúbida esta experiencia me pode resultar útil nun futuro. Pode empregarse para explicar a diferenza entre masa, peso e forza, así como a 1ª e 2ª das Leis de Newton polo que resulta ser moi completo.
Un efecto muy interesante, ¡con este tipo de experimentos hubiera cogido la asignatura con más ganas cuando la estudié en la ESO!
Este vídeo creo que replica muy bien los efectos de las fuerzas
Lo cierto es que coincido con la mayoría de las opiniones anteriormente expuestas. Es un experimento muy sencillo de realizar, que no entraña riesgos y que no solo permite diferenciar entre los conceptos de masa y peso, términos que habitualmente empleamos indistintamente, sino que también nos permite explicar la 1ª y la 2ª ley de Newton. Además, se trata de un experimento que seguramente creará curiosidad en nuestros alumnos y hará que estén más interesados y motivados en aprender más acerca de dicho tema.
Al igual que Pablo, este experimento me ha traído a la mente cuando de pequeña mis tíos me decían que saltase justo antes de que finalizase el recorrido del ascensor, pero lo cierto es que nunca nadie me dijo que, el hecho de que saltase más cuando el recorrido del ascensor era ascendente, era debido a las leyes de Newton. Una lástima que en el instituto se limitasen a darnos teoría sin animarnos a probar estas cosas y que, a mi parecer, ayudan tanto a comprender conceptos y leyes que resultan complejos a edades tempranas.
Experimento que permite comprobar de una manera muy curiosa las leyes de Newton, donde los alumnos en sus casas podrán observar cómo varía el comportamiento de las fuerzas que intervienen en un sistema dependiendo de las condiciones. Esta actividad les permitirá iniciarse en el mundo físico y comprender de forma visual las leyes de Newton. El siguiente enlace complementa la explicación de las leyes de newton y contiene otros experimentos creativos relacionados con esta temática.
Me gustaría resaltar de esta experiencia la capacidad de introducir al alumnado a las tres leyes de Newton simultáneamente con un único experimento y de forma muy sencilla alejándose de los métodos tradicionales de aprendizaje. En un inicio y considerando la primera ley de Newton, se puede verificar que un cuerpo mantiene su velocidad constante si sobre él no actúa ninguna fuerza y la tercera ley de Newton de acción-reacción (Resultante de fuerzas igual a 0). Una vez se pone en marcha, la segunda ley (F=m·a) entra en acción provocando los drásticos cambios numéricos en la salida de datos de la báscula.
Aunque sí que es verdad que esto es parte de las Leyes de Newton, nuestro querido Einstein también desarrollo cosas muy interesantes a partir del pensamiento de qué ocurriría si estuviera en un ascensor con aceleración infinita. No hace mucho vi uno de los capítulos de una serie de National Geographic llamada Genius, en dónde se dan unas pinceladas al respecto.