Práctica 7

La Tirolina


Trabajo realizado por Irene Salinero y Beatriz Valdés el martes 14 de abril. El lugar de la práctica ha sido el laboratorio del Colegio Base.

-Con esta práctica seguimos viendo la parte de la física que denominamos cinemática: rama de la física que describe los movimientos sin hacer referencia a sus causas. Hemos visto cómo funciona el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado(MRUA) y dónde podemos encontrarlo. La mayoría de las cosas (por no decir todas que estamos viendo en física este año, son situaciones que podemos encontrar en la vida corriente, solo que no sabemos distinguirlas. ¿Quién no ha visto nunca una tirolina y ha notado la sensación de ir deslizandose por una cuerda a una gran velocidad?
Para aquellos que tienen miedo a las alturas y no logran ni acercarse, un vídeo de una chica que tiene el mismo miedo que ellos.



Las características del MRUA son que su trayectoria es una línea recta, por lo que coincide con su desplazamiento, y que su aceleración es fija, lo que conlleva a un cambio constante de velocidad. Para observar este fenómeno, hemos analizado el movimiento de descenso de unas tuercas por una tirolina, y para entender mejor los nuevos conceptos que se nos han presentado, como la aceleración, hemos realizado una gráfica velocidad-tiempo en la que obtenemos una recta cuya pendiente es precisamente la aceleración. Hay que tener en cuenta que en la gráfica, los puntos que nos resulten no van a estar perfectamente alineados debido al error experimental; hemos preparado nosotras la tirolina, el tiempo de reacción que tenemos al darle al botón del cronómetro varía de un momento a otro, las tuercas no siempre salían desde el mismo sitio (se desviaban unos milímetros, el hilo de nailon producía rozamiento y reducía la velocidad...Todos estos pequeños problemas por separado son apenas notables, pero al juntarse varían los resultados.

-Instrumentos usados

Hilo de nailon que estaba graduado en 20 cm, 40 cm, 60 cm, 80 cm y 1 metro (estas medidas las hemos elegido arbitrariamente) que servía como cable de la tirolina

Dos tuercas de diferentes tamaños que eran las que se lanzaban por la tirolina

Un poco de aceite para ayudar a las tuercas a deslizarse

Cronómetro para contar los tiempos

Metro para indicar las medidas deseadas en el hilo de nailon

Rotulador indeleble para evitar que las medidas marcadas se borrasen con el aceite

soporte para sujetar la tirolina

-Trabajo experimental

Como hemos mencionado antes, ha sido la primera práctica en la que hemos tenido que, a partir del guión, montar nuestro propio experimento, aunque contábamos con la ventaja de que era parecido al de la práctica anterior. La tirolina era lo más dificil de montar ya que había que asegurarse de que no se moviesen los extremos y de que el hilo estuviese siempre igual de tenso. Para empezar, utilizamos el soporte para fijar una altura determinada (fuimos probando cual hacía que ambas tuercas no se quedasen paradas. Una vez decidida la altura, atamos un extremo del hilo y el otro lo atamos a una silla de forma que quedase muy tenso, así se parecería mucho a una recta y por lo tanto nos acercariamos más al movimiento buscado. Fuimos marcando el hilo cada 20 cm con el rotulador y más tarde untamos el hilo con un poco de aceite. Una vez preparado el experimento, nos dispusimos a tomar los tiempos. Como teníamos muchas experiencias por hacer, decidimos tomar el tiempo 3 veces en cada una, y si una vez hecho esto no era la hora de acabar, cronometraríamos más veces. Primero probamos con la tuerca grande todas las diferentes longitudes (cm) y los resultados obtenidos fueron estos:

TUERCA GRANDE
1. (20cm) t1-0,69 t2-0,56 t3-0,46 t4-0,59
2. (40 cm) t1-1,03 t2-1,19 t3-1,12 t4-1,03
3. (60 cm) t1-1,29 t2-1,38 t3-1,41 t4-1.34
4. (80 cm) t1-1,47 t2-1,53 t3-1,50 t4-1,47
5. (100 cm) t1-1,56 t2-1,63 t3-1,65 t4-1,62

Al probar con la tuerca pequeña, los tiempos tomados fueron:

TUERCA PEQUEÑA
1. (20 cm) t1-1,06 t2-1,00 t3-1,03 t4-o,97 t5-1,09
2. (40 cm) t1-1,22 t2-1,16 t3-1,40 t4-1,35 t5-1,41
3. (60 cm) t1-1,66 t2-1,56 t3-1,53 t4-1,63 t5-1,66
4. (80 cm) t1-1,90 t2-2,22 t3-2,22 t4-2 ,00 t5-2,19
5. (100 cm) t1-2,15 t2-2,22 t3-2,12 t4-2,16 t5-2,22

La práctica también pedía averiguar el tiempo medio(s) de cada experiencia y la velocidad(m/s) media; -Para conseguir saber el tiempo medio (s) hay que dividir la suma de todos los tiempos tomados en cada experiencia, entre el número de tiempos tomados.
Con la tuerca grande, en la experiencia 1 hay que (o,69+0,56+0,46+0,59) /4 =0,57 segundos
Se sigue este procedimiento en todas las demas experiencias de forma que en la exp.2 el tiempo medio es de 1,09 segundos. En la exp.3 el resultado es 1,35 s, en la exp.4 de 1,50 s y por último, en la exp.5 el tiempo medio es de 1,62 segundos
Con la tuerca pequeña los resultados varían y son: en la exp.1 el tiempo medio es de 1,03 s, en la exp.2 de 1,31 s, en la 3 de 1,61, en la experiencia 4 de 2,11 s y en la última experiencia, la 5, el resultado es 2,16 segundos.
-La velocidad media es el cociente entre el espacio recorrido por el móvil y el tiempo que utiliza en recorrerlo. Como ya hemos hallado el tiempo medio de cada experiencia, ya sabemos el delta de tiempo en cada una y el espacio recorrido es tan fácil de ver como restar a la posición final (m) de cada experiencia, la posición inicial que siempre es (0,0).
Con la tuerca grande, la velocidad media de la experiencia 1 es Vm=0,2 m/o,57 s =o,35 m/s, en la exp.2 la Vm=0,37 m/s, en la 3 la Vm= 0,44 m/s, en la experiencia 4 la Vm=o,53 m/s y en la 5, la Vm=0,62 m/s
Con la tuerca pequeña la Vm de la exp.1 es Vm=0,2 m/1,03 s=0,20 m/s , en la exp.2 la Vm=0.4 m/1,31s=0.31 m/s , en la 3 la Vm=0,6 m/1.66 s=0,37 m/s , en la experiencia 4 Vm=0,8 m/2,11 s = 0,38 m/s, y en la 5 Vm= 1 m/2,16 s= 0,46 m/s


-Conclusiones
Como cuando nuestro grupo subió a laboratorio, en clase todavía no habíamos visto el MRUA, esta práctica nos ha ayudado mucho a entender mejor el concepto de aceleración (que es una magnitud vectorial) y todos los cambios que puede sufrir, y así estar mejor preparados para empezar el nuevo tema. Antes que nada hay que dar una definición de lo que es el MRUA, es un movimiento de un móvil que se desplaza por una trayectoria en línea recta con una aceleración fija lo que provoca un cambio constante en su velocidad. Al hacer esta práctica y luego investigar un poco en casa nos hemos dado cuenta de que mucha gente (incluidas nosotras al principio) se confunden y piensan que cuando un cuerpo se mueve a gran velocidad, su aceleración también es grande pero que, si por el contrario, la velocidad del cuerpo es pequeña, la aceleración tambien debe de serlo y por último que cuando la velocidad es nula, entonces no hay aceleración. ¡Pero, la aceleración lo que mide es cómo de rápidos son los cambios de velocidad, es decir, relaciona los cambios de velocidad con el tiempo!
Que un móvil tenga una aceleración grande quiere decir que su velocidad cambia rápidamente; que un móvil tenga una aceleración pequeña indica que su velocidad cambia despacio, y por último, que un móvil no tenga aceleración quiere decir que su velocidad no cambia. Como hemos visto antes, al ser una magnitud vectorial, la aceleración poseerá siempre una direccion y ésta varía dependiendo de si la rapidez del cuerpo aumenta o disminuye o de si el cuerpo se mueve en dirección + ó -. Para entenderlo mejor, si un móvil disminuye su rápidez, es decir que está frenando, su aceleración va en sentido contrario al movimiento pero si el móvil aumenta su rapidez, entonces la aceleración va en el mismo sentido que la velocidad. Por ejemplo, cuando la velocidad de un cuerpo es negativa y su aceleración también lo es, ¿el móvil estará aumentando o disminuyendo su velocidad? La respuesta correcta es que está aumentando ya que ambas van en el mismo sentido.
La aceleración se puede hallar de forma gráfica en una que represente V-t en un MRUA. La ecuación de dicha recta será V(t)=Vo + a(t-to). En esta ecuación a y Vo son constantes y la pendiente de esta recta es la aceleración.
Para hallar la aceleración media, hay que resolver una sencilla operación. Como ya hemos dicho que la aceleración es el cociente entre la variación de velocidad experimentada por el movil en un determinado intervalo de tiempo, Am= (Vf-Vo)/(Tf-To)
Por último, la ecuación de movimiento del MRUA, es X(t)=Xo+V0(t-t0)+(1/2)a (t-t0)^2 pero ¿como demostrar esta ecuación?
Antes que nada hay que tener claro que la Vm se puede hallar de forma física y de forma matemática y saberse la ecuación de velocidad del MRUA que acabamos de ver. De forma física Vm= (X-X0)/(t-to) y de forma matemática Vm=(V+Vo)/2 que corresponde a la media aritmética que tantas veces hemos utilizado para hallar la nota de nuestros exámenes. AUNQUE hay que tener en cuenta que la media aritmética sólo se puede utilizar cuando es una recta!
Teniendo claro esas tres cosillas, podemos igualar Vm de forma que nos queda: (V+V0)/2=(X-X0) /(t-to) --> [Vo+ a(t-t0) + Vo] /2=(X-Xo)/(t-to) -->
[2Vo+ a(t-to)] /2=(X-X0)/(t-to) --> Vo+ (1/2) a(t-to)=(X-Xo)/(t-to) -->
X=Xo+ [V0+ (1/2) a (t-to)] (t-to) -->X=Xo+ Vo(t-to) + (1/2)a (t-to)^2




Vídeo que muestra los pasos que hay que seguir para resolver un problema con aceleracion :) es gracioso...

-CUESTIONES

1.


2. Creiamos que si repetiamos la experiencia con una tuerca de diferente tamaño y peso pasaria lo siguiente:

- Si la tuerca es más grande y de mayor peso la aceleración será mayor.
- Y si la tuerca es de menor tamaño y peso la aceleración que sufre es menor.

Primero realizamos la experiencia con la tuerca grande (como ya hemos dicho antes) y nos salieron unos resultados y cuando lo realizamos con la pequeña observamos que nuestras hipótesis sobre lo que sucedería eran ciertas, al realizar la experiencia con una tuerca menor la aceleración que sufre es menor que la obtenida con la tuerca mayor.

Cuanto mayor es el tamaño de la tuerca mayor es la aceleración de la tuerca y viceversa.


3. La aceleración de la tuerca aumenta cuanto más inclinado está el plano. Esto lo comprobamos cuando al ir a realizar el experimento la tuerca apenas se moviá y probamos inclinando más el plano para que la fuerza de la gravedad actuara más.En conclusión, cuanto más inclinado está el plano mayor es la aceleración de la tuerca.
- El movimiento sigue siendo un MRUA lo unico que con mayor o menor aceleración (depende del cambio de inclinación que se haga.)


4.Si el hilo está totalmente vertical se trata de caida libre.La caida libre es un tipo de MRUA en el que el objeto parte con una velocidad V0=0 y adquiere una aceleración que se representa como g(vector)=(0,-9.8). La aceleración en la caida libre se llama especificamente g porque es la fuerza de gravedad la que actúa y siempre es la misma.

5. Creemos que si el hilo no está totalmente tenso no se trata de MRUA porque:
- la tuerca al no descender por un plano totalmente recto ya no se sigue un movimiento rectilineo
- y menos uniforme porque las ondulaciones que se producen en el hilo al no estar totalmente tenso frenan a la tuerca, con lo cual la aceleración no se producira de manera constante.


-Bibliografía
Para realizar este trabajo hemos tenido que consultar el libro de física que utilizamos en clase, que es el correspondiente a 4ºESO de la editorial McGraw Hill, los apuntes que hemos ido tomando mientras veíamos este tema y el blog de física y química http://cbasefisqui4eso.wikispaces.com/ donde aparecen muchos apuntes complementarios.