Movimiento de proyectiles
El movimiento centrípeto uniforme es el movimiento de un objeto que se mueve en un círculo a una velocidad constante. Esto sucede debido a una fuerza apuntada hacia el centro del círculo, llamada fuerza centrípeta. La naturaleza exacta de esta fuerza depende de las circunstancias. Por ejemplo, si hace girar una pelota sobre su cabeza con una cuerda, la tensión en la cuerda proporciona la fuerza centrípeta. O para el transbordador espacial en órbita, la gravedad proporciona la fuerza centrípeta.
En otras lecciones, presentamos la ecuación para la fuerza centrípeta, que es:
mv ^ 2 / r
Donde m es la masa del objeto que se mueve en un círculo, medida en kilogramos, v es la velocidad del objeto que se mueve en un círculo, medida en metros por segundo, y r es el radio del círculo, medido en metros. Pero ahora es el momento de ensuciarnos las manos e investigar ese movimiento con un experimento.
Pasos del laboratorio de física
Para este laboratorio de física, necesitará:
- Un vaso de plástico lleno de agua.
- Una especie de plataforma cuadrada o circular; cuanto más resistente, mejor. Pero debes poder hacer agujeros en las esquinas. Si tiene acceso a un taladro, puede usar plástico o acrílico. De lo contrario, un trozo de cartón realmente resistente podría ser suficiente.
- Una gran cantidad de hilo
- Un cronómetro
- Y una cinta métrica o una regla
Paso 1: crea tu plataforma. Debes tener varios agujeros en los bordes para sujetar las cuerdas. Si la plataforma es cuadrada, un agujero en cada esquina está bien. La plataforma debe ser lo suficientemente resistente para contener un vaso de plástico lleno de agua sin deformarse notablemente.
Paso 2: adjunta cuerdas a tu plataforma. Se debe atar una cuerda a cada agujero de forma segura, de modo que pueda sostener la plataforma en el aire con las cuerdas, como una marioneta. La longitud de cada cuerda debe ser un poco más corta que la distancia entre el brazo extendido y el piso, aunque pueden funcionar muchas longitudes diferentes.
Paso 3: coloque el vaso de plástico con agua en la plataforma y sostenga el vaso de la plataforma por las cuerdas. La taza de agua debe sostenerse tal vez a un pie sobre el piso, sentado en la plataforma. Si esto es difícil de hacer, es posible que su plataforma no sea lo suficientemente resistente.
Paso 4: Empezando con cuidado, balancea la taza de agua hacia adelante y hacia atrás como un péndulo. A medida que gane confianza, intente girarlo en un círculo completo, de modo que la taza quede boca abajo. Si lo hace lo suficientemente rápido, ¡el agua no se derramará! Bien hecho, ¡aparentemente has desafiado la gravedad! Pero todo se debe al poder del movimiento circular.
Resulta que el agua no se cae de la taza, porque para cuando comienza a caer ya has movido la taza hacia un lado (y hacia abajo). Es como si estuvieras atrapando el agua antes de que tenga la oportunidad de moverse.
Paso 5: Juega de esta manera todo el tiempo que quieras.
Paso 6: Una vez que esté listo para tomar algunas medidas, mida la masa de su taza de agua casi llena. Además, mida la masa de la plataforma y agréguela a esta cifra:
 |
Este es tu valor de m.
Paso 7: Pídale a un amigo que use el cronómetro y mida cuánto tiempo le toma a la plataforma hacer un círculo completo. La mejor manera de hacer esto es medir el tiempo de diez giros y luego dividir su número por diez para obtener un promedio.
Paso 8: Sin ajustar su agarre, mida la longitud de la cuerda desde el borde de agarre de sus dedos hasta la plataforma.
Paso 9: Usa ecuaciones de círculos básicos para calcular la circunferencia del círculo. Haga esto tomando dos veces la longitud de las cuerdas y multiplicándola por pi (3.14). Luego, calcula la velocidad promedio de tu taza de agua tomando esta distancia y dividiéndola por tu tiempo promedio del paso 7. La respuesta que obtienes es tu valor de v, la velocidad de la taza y la plataforma.
Paso 10: Utilice la ecuación de la fuerza centrípeta para estimar la tensión total en las cuerdas (la fuerza centrípeta). Tome su valor de m, multiplíquelo por su valor de v al cuadrado y divídalo por su radio, que es solo la longitud de las cuerdas nuevamente (mv ^ 2 / r).
Y eso es; ha calculado la fuerza centrípeta en esta situación particular. Entonces, si aún no lo ha hecho, es hora de pausar el video y comenzar.
Resumen de la lección
El movimiento centrípeto uniforme es el movimiento de un objeto que se mueve en un círculo a una velocidad constante. Esto sucede debido a una fuerza apuntada hacia el centro del círculo, llamada fuerza centrípeta.
FC = mv ^ 2 / r
- donde m es la masa del objeto que se mueve en un círculo, medida en kilogramos
- v es la velocidad del objeto que se mueve en un círculo, medida en metros por segundo
- Y r es el radio del círculo, medido en metros
En el experimento de física de hoy, logramos desafiar la gravedad usando el poder del movimiento circular, haciendo girar una taza de agua en un círculo vertical. También pudimos calcular la fuerza centrípeta promedio, en este caso la tensión, usando la ecuación de la fuerza centrípeta.
Los resultados del aprendizaje
Después de ver esta lección sobre el movimiento centrípeto, determine si puede:
- Recitar el significado del movimiento centrípeto uniforme
- Identificar la ecuación de la fuerza centrípeta
- Calcula la tensión en una cuerda usando esta ecuación
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