Actividad integradora: fase 2. “Diseño de una práctica de laboratorio para demostrar las leyes de Newton”

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“Universidad Autónoma de Nuevo León”

Preparatoria Nº1  “Colegio Civil”

Actividad integradora: fase 2. “Diseño de una práctica de laboratorio para demostrar las leyes de Newton”.

Primera Ley de Newton. “La inercia de los cuerpos”

• Objetivo: Identificar la inercia como una propiedad de la masa de los cuerpos.
• Materiales: Un vaso de  vidrio, un folio, una moneda de 100 pesetas, una botella de vidrio cuya boca tenga un diámetro mayor que la moneda.

Procedimiento.

1. Coloca un folio casi en su extremo, encima del vaso.
2. Con el folio en esta posición, sitúa y centra la moneda sobre él, en la parte apoyada sobre el vaso.
3. Golpea rápido el folio.
4. Para hacer esto un poco más difícil, repite lo anterior, pero cambia el vaso por la botella. Ten la precaución de que la moneda quede bien centrada en el orificio, al colocarla sobre el papel.
5. Si no hay suerte la primera vez, repítelo tirando más fuerte el papel.

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Observaciones.

1. Al tirar del papel, la botella permanece en el mismo lugar, mientas que la moneda cambia de lugar cayendo verticalmente, pero manteniendo prácticamente su posición respecto a la horizontal. Si el tirón al papel es rápido cae siempre dentro del vaso, pero al experimentar con la botella que tiene el agujero más pequeño, la moneda puede salir fuera, si la fuerza se aplica lentamente.

Interpretación.

1. Al tirar del papel, la fuerza que aplica la mano, a su vez, se transmite a la moneda y a la botella. Si el tirón es rápido la fuerza actúa solo durante un instante de tiempo, y tanto la moneda como la botella, debido a su inercia, tienden a mantener su posición inicial y velocidad nula. Por eso no hay cambio en la situación de uno respecto de la otra, y al retirar la hoja, la moneda cae en el agujero.

Cuanto más lento sea el tirón, la fuerza actúa más tiempo sobre los cuerpos, pero la botella, debido a su masa tiene más inercia que la moneda. Esta experimenta un desplazamiento mayor de su colocación inicial, y por eso puede caer fuera.

¿Por qué experimentar con una moneda de 100 pesetas y materiales de vidrio?

1. Porque se trata de mostrar la inercia. Esta es una propiedad característica de la masa de los cuerpos, por lo cual, presentan una oposición a cambiar su velocidad. La inercia de los cuerpos es tanto mayor, cuanto mayor es su masa. Por eso bajo la acción de una misma fuerza, un cuerpo con poca masa cambia más su velocidad que otro de mayor masa. Un vaso o una botella tienen más masa, y por tanto más inercia que otro de la misma forma y tamaño, pero de plástico, y lo mismo ocurre con la moneda de 100 pesetas comparada con una de una peseta.

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Segunda ley de Newton: Aceleración.

• Objetivo: Identificar los factores que influyen en la aceleración de los cuerpos al aplicar fuerzas sobre ellos.

• Material necesario: Dos cajas de cerillos, un poco de lentejas o arroz, cinta adhesiva, y lápiz.

• Preparación del experimento:

• Vacía dos cajas de cerillos y una de ellas llénala con lentejas o arroz.
• Pégalas con cinta adhesiva para que no se derramen, pero con cuidado para que la cinta no afecte la parte de la caja que está en contacto con la superficie.

• Procedimiento:

1. Coloca una caja de cerillos en el suelo, haciendo con el lápiz una señal de donde será la partida.
2. Golpéala suavemente, con los dedos como si fueras a jugar canicas.
3. Haz otra marca hasta donde llego la caja.
4. Coloca nuevamente la caja en el punto de partida, y golpéala más fuerte, procurando aplicarle una fuerza mayor, en el mismo lugar donde llego en el momento anterior.
5. Registra la nueva posición.  
6. Sitúa las dos cajas, una vacía y otra llena, en el suelo una a lado de la otra sin tocarse.
7. Golpea una a continuación de otra con la misma fuerza (intenta que sea aproximadamente igual).
8. Observa cual llego más lejos.

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Observaciones:

• En el primer caso se comprueba que la variación de posición de la caja mayor, cuanta mayor es la intensidad de la fuerza aplicada en ella.
• En el segundo se observa que el actuar sobre ellas una fuerza, la que esta vacía tiene una mayor velocidad.

Interpretación:

• En el caso 1, la fuerza aplicada actúa durante un instante, sin embargo cuanto mayor es la fuerza, mayor es la aceleración. Cuanto mayor es esta, mayor la variación de velocidad, y la velocidad con que la caja inicia su movimiento por el suelo, por eso recorre mayor distancia hasta pararse.
• En el caso 2 muestra que una misma fuerza provoca distintos efectos en los cuerpos si tienen diferente masa. Cuanto mayor es esta, es menor la aceleración, lo que pone de manifiesto que masa y aceleración son magnitudes inversamente proporcionales. Por esta razón la caja que está llena, que es la de mayor masa, bajo la acción de una misma fuerza adquiere una aceleración menor; así inicia el movimiento con menor velocidad y se para primero.

¿Por qué se paran las cajas si se aplico una fuerza, que las puso en movimiento?

• Porque respecto a la fuerza hay que distinguir dos fases, la primera es que al momento de que la caja esta en reposo se pone en movimiento, por acción de la fuerza aplicada.
• La segunda fase corresponde a la caja desplazándose por el suelo. En ella la fuerza que actúa es la de fricción, con el suelo, por ser de movimiento contrario al suelo, provoca una discriminación de movimiento.

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Tercera Ley de Newton: Principio de acción y reacción.

• Objetivo: Conocer el significado de la tercera ley de Newton, o principio de acción y reacción.
• Material necesario: un banco; un cojín o una almohada, una cama o un sofá.

Procedimiento:

1. Siéntate en el banco después de haberlo acercado lo más posible a la cama, y de modo que des la espalda a ella.
2. Toma la almohada o cojín y lánzala fuerte hacia adelante.
3. Comprueba el efecto que esta acción produce en ti.

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Observaciones.

• Lanzar el cojín hacia adelante, en ti aparece una fuerza hacia atrás. Si lo has lanzado con mucha fuerza, la de retroceso puede provocar tu caída de espaldas en la cama.
• Si por el contrario lanzas la almohada hacia atrás, sales lanzado para adelante, aunque, en ambos casos, el desplazamiento del objeto es mucho mayor que es experimentado por ti.

Interpretación.

• Al lanzar la almohada o cojín, le aplicas una fuerza que se llama aceleración, pero al mismo tiempo, el aplica otra fuerza sobre ti llamada de reacción, de igual intensidad pero de sentido contrario. Esa es la razón por la que sales lanzado en sentido opuesto al que lo has lanzado y puede llegar a caer, si la fuerza que ha aplicado al lanzamiento es suficientemente grande.

• Sin embargo el desplazamiento del cojín es mayor que el tuyo, porque aunque la fuerza sobre ambos es la misma, tu masa es mayor y en consecuencia, según la 2da ley de Newton, la aceleración que adquiere es menor. Por ello la velocidad con la que inicias tu retroceso es más pequeña que la del cojín y en el mismo tiempo recorres menos espacio.

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