FUERZA RESULTANTE Y TIPO DE MOVIMIENTO

PROPÓSITO DEL EXPERIMENTO Y DISEÑO EXPERIMENTAL     Se quiere comprobar el cumplimiento de la relación que establecen los principios de la Dinámica de Newton entre la fuerza resultante y el tipo de movimiento. De forma más precisa, se tratará de poner en evidencia el concepto fundamental de la inercia (introducido antes por Galileo), según el cual mientras sobre un cuerpo no se ejerza ninguna fuerza o la suma de fuerzas ejercidas sea cero, éste permanecerá en reposo o mantendrá un movimiento rectilíneo y uniforme. En cambio, si la fuerza resultante no es nula, el cuerpo tendrá un movimiento acelerado y, si esa fuerza resultante es constante, el movimiento será uniformemente acelerado.     El montaje experimental utiliza un carro rodante sobre un carril de rozamiento despreciable. Se dispone también de un ventilador que se puede acoplar al carro como se observa en la foto adjunta. Cuando el ventilador está funcionando a un ritmo constante, el aire que levanta impulsa al carro con una fuerza prácticamente constante, mientras que si el ventilador está apagado, la fuerza resultante sobre el carro es prácticamente nula (a una velocidad típica, el rozamiento con el carril y con la atmósfera se puede considerar despreciable) También se dispone de porta-pesas, hilo y polea, y se piensa realizar con ellos otro montaje adecuado para impulsar al carro con una fuerza constante y dejar de impulsarlo en un momento determinado. En ambos casos, el experimento consistirá en impulsar al carro y dejar de hacerlo a voluntad, estudiando el tipo de movimiento en cada situación. Para verificar el tipo de movimiento usaremos un sensor de posición.

RESULTADOS OBTENIDOS USANDO EL VENTILADOR

El ventilador está provisto de un temporizador que lo enciende 2 segundos después de ser pulsado, y durante un tiempo variable, que se puede ajustar a voluntad. Después de pulsar el temporizador, se estudió el movimiento del carro mientras está funcionando el ventilador (mientras eso ocurre el carro debería arrancar con movimiento uniformemente acelerado) y después de que dicho ventilador deje de funcionar (entonces, la fuerza resultante sobre el carro ha de ser cero y, por tanto, éste debería mantener un movimiento uniforme) Para comprobar estas predicciones, se analizó la gráfica experimental tiempo-posición del movimiento del carro, obtenida utilizando un sensor de movimiento que se colocó tal como se observa en la imagen adjunta.   Las gráfica de la derecha corresponde a un tiempo de funcionamiento del temporizador de 2,3s. Se observa con total claridad que desde el momento que el ventilador se apaga el movimiento es uniforme, como se ve en la recta ajustada a la segunda parte del movimiento, con un valor del error cuadrático medio muy bajo.  También se confirma que el movimiento es uniformemente acelerado durante el intervalo de tiempo inicial, cuando funciona el ventilador. Lógicamente, el tiempo de funcionamiento del ventilador no influye en el valor de la aceleración. En el ejemplo mostrado se obtiene, después de realizar a ese tramo de gráfica un ajuste definido por el usuario, una aceleración de 0,328 m/s2, el doble de la constante de la ecuación del movimiento. El experimento se repitió tres veces probando periodos de tiempo de funcionamiento del ventilador diferentes. En todas se obtuvo prácticamente el mismo resultado.     Conviene hacer notar a los alumnos que la velocidad final observada en la pendiente de la recta ajustada (es decir, cuando el ventilador está parado y el movimiento es uniforme) concuerda con gran exactitud con el valor que se puede obtener multiplicando para ese tramo la aceleración por el intervalo de tiempo. En el caso que se muestra, esta operación es 0,328m/s2 • 2.3s = 0,754m/s , y, como se observa, el valor experimental de la pendiente es 0,758.

RESULTADOS OBTENIDOS CON EL PORTA-PESOS.
	La figura de la izquierda muestra la forma de montar el porta-pesos que cuelga del extremo de un hilo que recorre una polea. El otro extremo de la cuerda es el que tira del carro. Así, mientras se produce la caída del porta-pesos, la fuerza aplicada sobre el carro ha de permanecer constante y, lógicamente se espera que la gráfica tiempo-posición corresponda a la de un movimiento uniformemente acelerado. Pero desde el momento en que el porta-pesos toque el suelo, el hilo dejará de tirar del carro y el movimiento de éste debería ser uniforme (la fuerza resultante sobre él será cero dado que, tal como acabamos de comprobar en el experimento realizado con el ventilador, es aceptable considerar despreciable el rozamiento por rodadura del carro).   Obsérvese a la derecha la gráfica obtenida del movimiento del carro tirado por el porta-pesos. Es evidente el paralelismo entre esta gráfica y la obtenida cuando utilizamos el ventilador, aunque la naturaleza de las fuerzas que en cada caso impulsan al carro sea diferente. En este experimento que usa el porta-pesos, la gráfica también se ajusta perfectamente a la de un movimiento uniformemente acelerado en el primer tramo que aquí se corresponde con la caída del porta-pesos hasta el suelo. Una vez que el porta-pesos llega al suelo el carro continua libremente y la gráfica se ajusta a la de un movimiento uniforme.