Experimento de movimiento de proyectiles
Introducción
Objetivo: | Calcular la velocidad inicial de un proyectil lanzado horizontalmente y la distancia recorrida. |
Años: | Secundaria en adelante. Los estudiantes deben tener algunas habilidades básicas de álgebra y conocimientos de física. |
Preocupaciones de seguridad: | Nunca lances un proyectil a ningún ser vivo. Incluso algo pequeño como una bola de mármol puede causar lesiones. |
Tiempo para completar: | Dos horas |
Después de estudiar para tu examen de física durante horas, estás bastante cansado. Al llegar a agarrar su computadora portátil, golpea su teléfono. Se desliza por la mesa y sale del borde. ¿Dónde debería alcanzar para agarrarlo antes de que golpee el suelo para evitar que la pantalla se rompa? Este escenario palpitante es un ejemplo de movimiento de proyectil horizontal. En movimiento de proyectil horizontal, un objeto se lanza a lo largo de una trayectoria curva en la dirección horizontal. Para una revisión del movimiento de proyectiles, puede ver esta lección: Movimiento de proyectiles: definición y ejemplos.
Hoy, usaremos dos ecuaciones de movimiento de proyectiles para calcular la velocidad inicial de la bola cuando sale de la mesa y la distancia que viajará hasta el piso. Para obtener más información sobre las ecuaciones que usaremos, puede consultar esta lección: Movimiento uniformemente acelerado y las cinco grandes ecuaciones cinemáticas.
Materiales
- Mármol
- Tubo de toalla de papel
- Cinta
- Cinco libros
- Pequeño libro
- Mesa
- tijeras
- Temporizador
- gobernante
- Cuaderno y lapiz
Pasos
1. Primero, construya su rampa. Corta el tubo de toallas de papel por la mitad para crear una pista.
2. Apile los libros a unos 3 pies del borde de una mesa. Fije la rampa a la pila de libros con cinta adhesiva.
4. Ahora, mida la distancia desde la parte inferior de la rampa hasta el final de la mesa. Registre esto en su cuaderno.
5. A continuación, coloque un objeto como un libro más pequeño al final de la pista para evitar que la canica se salga de la pista o pida a un amigo que la atrape.
6. Prepara tu cronómetro y coloca tu canica en la parte superior de la rampa. Mide el tiempo que se tarda en llegar desde la parte inferior de la rampa hasta el final de la pista. Registre este valor en su cuaderno.
7. Repita el paso 6 tres veces y tome un promedio para obtener un valor más preciso para el tiempo.
8. Ahora, calcule la velocidad inicial dividiendo la distancia por el tiempo promedio:
v = d / t
9. Ahora que conocemos la velocidad inicial, es posible predecir cuánto tardará la pelota en golpear el suelo.
10. Mida la distancia de la mesa al piso y anótelo en su cuaderno como la altura de la canica.
11. A continuación, calcularemos dónde debe tocar el suelo la canica. Pero primero tenemos que calcular el tiempo.
Dado que la canica cae al suelo, la aceleración es igual a la gravedad. Podemos usar la ecuación:
12. Ahora que sabemos cuánto tiempo le tomará a la canica golpear el piso, podemos usar nuestra velocidad inicial para calcular qué tan lejos llegará: ( x )
x = v * t
Solución de problemas
Si tiene problemas para medir el tiempo porque la pelota rueda demasiado rápido, puede grabarlo usando la función de cámara lenta en su teléfono. Esto le permitirá observar la hora con atención. También puedes pedirle a un amigo que te ayude a mirar la pelota y atraparla al final de la pista.
Preguntas de discusión
¿Cuál es la relación entre la velocidad inicial y la distancia recorrida?
¿Cómo crees que el aumento de la velocidad inicial afectaría la distancia que recorrió la pelota?
¿La velocidad inicial tuvo algún impacto en el tiempo que tarda el objeto en caer? ¿Por qué o por qué no?
Cómo funciona
Para calcular la distancia recorrida, necesitamos conocer la velocidad inicial y el tiempo que tardó la pelota en golpear el suelo. Con base en la ecuación x = v * t , la velocidad y el tiempo tienen una relación directa con la distancia recorrida. Aumentar la velocidad o aumentar el tiempo que la pelota está en el aire aumentará la distancia recorrida. Para obtener más información sobre cómo calcular la velocidad, puede consultar esta lección: Velocidad en matemáticas: definición, ecuación y problemas
Sin embargo, cambiar la velocidad inicial no tendría ningún efecto sobre el tiempo que tarda la pelota en golpear el suelo en este escenario. La velocidad inicial es completamente en dirección horizontal. Dado que la bola cae verticalmente, la velocidad inicial no se considera al calcular el tiempo de suspensión. Si desea obtener más información sobre el cálculo de variables en diferentes planos de movimiento, puede consultar esta lección de movimiento de proyectiles Problemas de práctica de movimiento de proyectiles.
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