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Descripción de la tarea

Desarrollo de la tarea

A partir de las simulaciones que hemos seleccionado del laboratorio virtual de la web PhET debes completar las siguientes actividades que te proponemos:

Actividad 1: Fuerzas

 Accede al  simulación de arriba, pulsa  en la pestaña de «Movimiento»  y marca las casillas tal como están marcada en la  imagen.

Para aprender su funcionamiento, por ejemplo, aplica la fuerza  de 500 N a la caja de 50 kg hacia la derecha que alcance la velocidad máxima por la caída de la persona que empuja.
Haz el mismo experimento varias veces con distintos valores de la fuerza aplicada cambiando la caja por los distintos objetos que aparecen. Puedes también  cargar la caja con hasta dos objetos más. 

A continuación, responde a las preguntas de los siguientes ejercicios en la plantilla que te ofrecemos al final de la tarea.

Captura de pantalla: movimiento de un cuerpo por una fuerza
Captura de pantalla: movimiento de un cuerpo por una fuerza (CC0)

Ejercicio 1

1.a. ¿Qué le pasa a un cuerpo en reposo si se le aplica una fuerza neta distinta de cero?
1.b. ¿Si sobre un cuerpo que se está moviendo dejan de actuar fuerzas, qué crees que sucederá?

Ejercicio 2

    2. Apunta los resultados obtenidos  al ir cambiando el valor de la fuerza aplicada en la siguiente tabla. Debes calcular aplicando una de las leyes de Newton el valor de la aceleración en cada caso.

    Masa del objeto (Kg) Fuerza (N) Aceleración (m/s2 )
    2
    3
    4
    5
    6
    7

    Ejercicio 3

    3.a Mientras que se estaba aplicando la fuerza, qué ocurría con la rapidez?

    3.b. ¿Por qué la velocidad máxima  no disminuye justo cuando deja de actuar la fuerza?

    3.c. ¿Qué principio de la dinámica se está cumpliendo entonces?

    Ayuda

    Péndulo de Newton
    Wikimediam. Péndulo de Newton (CC0)

    La fuerza es una magnitud física vectorial que mide la interacción entre dos cuerpos.  Siempre van en pareja, ya que son interacciones entre dos cuerpos.
    Son magnitudes vectoriales, que puedes dibujarlas, pues no solo importa lo grandes que son, sino también sobre qué y hacia dónde actúan.

    Tercera Ley de Newton
    Chris Hunkeler. Imagen en Flickr de (CC0)

    Las fuerzas entre cuerpo pueden ser:

    Fuerzas de contacto, como cuando levantamos un mueble, o subimos un cubo con una polea.
    Fuerzas a distancia: los cuerpos pueden estar lejanos y no tienen contacto, como son las fuerzas gravitatorias, magnéticas, etc.

    Las fuerzas provocan cambios en el movimiento de un cuerpo o en su forma.

    La unidad de fuerza del Sistema Internacional es el newton, que se representa por N. Un newton es la fuerza necesaria para producir una aceleración de 1 m/s2 a un cuerpo de 1 kg de masa 

    Fue Newton quien, basándose en los trabajos de Galileo, estableció las propiedades de las fuerzas y la relación de éstas con el movimiento. Todo el trabajo se resumió en tres leyes o principios:

    Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o la suma de todas ellas es nula, el cuerpo se mantendrá en reposo o describirá un movimiento rectilíneo uniforme.

    Primera Ley de Newton o Principio de Inercia

    La suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es igual al producto de la masa del cuerpo por la aceleración que provocan las fuerzas

    Segunda Ley de Newton: Principio Fundamental de la Dinámica

    Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste, a su vez, ejerce una fuerza igual y de sentido contrario sobre el primero

    Tercera Ley de Newton: Principio de Acción  y Reacción

    Recursos de vídeo

    Vídeo sobre fuerzas y sus efectos

    Tu profe en casa. 0:02 / 4:03 LAS FUERZAS. TIPOS Y EFECTOS (Dominio público)



    Actividad 2: Fuerzas gravitatorias

    Laboratorio virtual de fuerza gravitatoria (Dominio público)

    A partir de la simulación para el estudio de la fuerzas gravitatorias entre dos masas que puedes visualizar en nuestro laboratorio virtual, responde a las siguientes preguntas:

    Ejercicio 1

    1.a. Enuncia la Ley de Gravitación Universal y la tercera ley de Newton.

    1.b. Reflexiona  cómo varía el valor de la fuerza de atracción de los cuerpos al cambiar las masas y al cambiar la distancia que los separa.

    1.c. ¿Se cumple la tercera Ley de Newton en los cuerpos celestes? ¿Se puede observar este principio en la simulación?

    Ejercicio 2

      2.a. Establece los valores de la masas de  los dos objetos en  m1=4·109 Kg,  m2=6· 109 Kg. Observa cómo varía la fuerza de atracción gravitatoria al cambiar la distancia. Para ello, completa la tabla siguiente:

        Distancia ( km)           1 /distancia2      (km-2)   Fuerza (N)
      2
      3
      4
      5
      6
      7

      Ejercicio 3

      3.a. Representa la gráfica de la fuerza frente al inverso de la distancia al cuadrado

      3.b. ¿Cómo podrías obtener la constante de gravitación universal a partir de la gráfica?

       3.c.  Busca el valor de esta constante y compáralo con el valor obtenido. Ten en cuenta que debes cambiar las unidades del valor experimental en la simulación al Sistema Internacional 

      Ayuda

      La Tierra y la Luna
      Nasa. La Tierra y la Luna desde el espacio (Dominio público)

      Las fuerzas gravitatorias son las fuerzas con las que se atraen dos cuerpos cualesquiera, por el simple hecho de tener masa. Estas fuerzas, como todas, van en parejas y cada una actúa sobre uno de los cuerpos. Su valor depende de la masa de ambos cuerpos y de la distancia a la que se encuentran. Tienen el mismo módulo (valor) y dirección, pero son de sentido contrario. Un tipo de estas fuerzas es el peso, que no es más que la fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo:

      … Newton, mirando al cielo, se dio cuenta de que si la Luna no seguía en línea recta por el espacio era porque una fuerza tiraba de ella en dirección al centro de la Tierra. Y se le ocurrió pensar que esa fuerza era la misma fuerza que hacía caer los cuerpos hacia el suelo, y que la Luna estaba dando vueltas en una órbita en un estado continuo de caída libre. Como resultado de todas estas cavilaciones, y apoyándose en otros descubrimientos científicos, enunció la ley de gravitación universal:

      Dos cuerpos se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa

      Isaac Newton

      Recursos adicionales        

      Herramientas

      Para la realización de la gráfica te aconsejamos que utilices la herramienta de hoja de cálculo disponible en Libre Office o la propia hoja de cálculo de Google asociada a tu cuenta corporativa. Te mostramos un modelo de cómo debe quedarte el gráfico para otros valores de la masa.

      Captura de pantalla para la obtener el gráfico

      Para ayudarte a calcular la constante gravitatoria a partir de la pendiente de la gráfica y de los valores de las masas puedes copiar este archivo de Google en tu Drive y trabajar con los datos que hayas obtenido. Sólo tienes que cambiar las masas y la fuerza de atracción  obtenida para cada cada distancia

      Actividad 3: Ley de Hooke

      Masas y resortes: intro


      Pulsa en «Estiramiento» de la simulación superior para poder responder a los ejercicios que te proponemos a continuación. 

      Cuelga distintas masas para observar como los muelles se estiran. Ahora coloca la regla en la posición adecuada para que puedas medir el estiramiento del muelle.

      Prueba también a cambiar el botón deslizante que controla la "dureza" del muelle y observa qué ocurre.

      Captura de pantalla: Resortes
      Captura de pantalla: Resortes (CC0)

      Ejercicio 1

        Ve colgando diferentes masas en el primer resorte y punta los resultados obtenidos en la siguiente tabla.  
        Masa del objeto (g) Estiramiento del muelle  (cm)    (1 -pequeña , 2-grande)
        1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
        50
        100
        250

        Ejercicio 2

        A partir de los resultados de la tabla anterior, calcula la constante elástica en cada una de las posiciones del tipo de muelle. Exprésala en el Sistema Internacional de unidades.

        Estiramiento del muelle  (cm)    (1 -pequeña , 2-grande)
        1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

        masa/alargamiento

        (m /Δx)

        Constante elástica (N/m)

        Ejercicio 3

        Observa que si colocas  el valor del botón deslizante "Fuerza del resorte 2" en la misma posición que el del resorte 1 ambos resortes se comportan de la misma manera. 

        A partir de la ley de Hooke, averigua el valor de cada una de las tres  masas  desconocidas a partir de sus elongaciones o estiramentos. 

        Color del objeto   masa (g)
        Verde
        Azul
        Rojo

        Ayuda

        Ley de Hooke
        Svjo. Imagen en Wikimedia Commons (CC0)

        Para medir las fuerzas se utilizan los dinamómetros. Los dinamómetros se basan en la ley de Hooke:

        "La deformación que se produce en un muelle es directamente proporcional a la fuerza".

        \( \boxed  {F= K · \Delta x }\)  

        F = "Fuerza aplicada" 

        K  = "Constante elástica del muelle. Su valor depende de lo duro o blando que sea".

        Δx  = "Alargamiento o acortamiento del muelle con respecto a su posición de equilibrio"


        Ver Vídeo   

        Actividad 4: Fuerza de rozamiento

        Activa la simulación de la pestaña «Aceleración» del laboratorio virtual de arriba y marca a continuación las casillas tal como están en la imagen.

        Ve subiendo el valor de la fuerza aplicada hacia la derecha y observa cómo aparece otra fuerza igual y de sentido contrario que impide que se mueva. Sigue subiendo hasta que empiece a moverse. Ahora observarás que la fuerza en sentido contrario disminuye de valor. 

        Captura de pantalla: Movimiento de un cuerpo bajo la acción de una fuerza con rozamiento
        Captura de pantalla: Movimiento de un cuerpo bajo la acción de una fuerza con rozamiento (CC0)

        De nuevo, haz el mismo experimento varias veces con distintos valores de la fuerza aplicada cambiando la caja por los distintos objetos que aparecen o cargando la caja con hasta dos objetos más. Como habrás adivinado se trata de la fuerza de rozamiento.

        En esta actividad vas a tener que grabar un vídeo sobre una serie de experiencias para el estudio de la fuerza de rozamiento por deslizamiento que actúa sobre un cuerpo antes y después de comenzar a moverse. Estas experiencias estarán acompañadas de una grabación de la pantalla del ordenador con una duración  no superior a 5 minutos.

        Recuerda que tienes que  instalar el programa ScreenPal  y  familiarizarte con su funcionamiento. Para ello, encontrarás un videotutorial en la ayuda que te puede venir bien para manejarlo.

        Es necesario que sigas el pequeño guion que te indicamos a continuación:

          1. Introducción a la fuerza de Rozamiento

        • Breve explicación de la fuerza de rozamiento por deslizamiento.
        • Escenarios en el simulador donde el objeto se detiene al dejar de aplicarse la fuerza.
        • Explicación de que el objeto se detiene porque la fuerza de rozamiento se opone al movimiento, actuando como una fuerza de frenado.

        2. Variables de las que depende el rozamiento

        • Variables que afectan la fuerza de rozamiento, como la naturaleza de las superficies y la  masa.
        • Demostración en el simulador de cómo varía el rozamiento aumentando la masa del objeto.
        • Explicación de por qué el rozamiento aumenta con la masa: mayor masa implica mayor contacto entre las superficies y, por lo tanto, más fuerza de rozamiento.

        3. Rozamiento estático y dinámico

        • Ejemplos en el simulador donde se observe el mayor rozamiento estático antes de que el objeto comience a moverse.
        • Explicación de que el rozamiento estático es mayor debido a la resistencia inicial para superar la fuerza de adhesión entre las superficies.
        • Uso del simulador para ilustrar el cambio en el comportamiento al ajustar estos coeficientes.

        4. Conclusiones:

        • Recapitulación de los hallazgos y conclusiones obtenidas durante la simulación.

        ¿Cómo adjuntar el archivo de vídeo a la tarea?

        Sólo tienes que indicar  el enlace de Drive  al archivo de vídeo en el documento de entrega de la tarea.

        Ayuda

        Las fuerzas de rozamiento surgen cuando un cuerpo trata de deslizar sobre un plano. Parece que son debidas a interacciones entre las moléculas de ambos cuerpos en los lugares en los que las superficies están en contacto. Por tanto, a nivel macroscópico, depende de la naturaleza y estado de las superficies en contacto 

        De mediciones experimentales se deduce que la fuerza de rozamiento:

        • Siempre se opone al deslizamiento del objeto.
        • Es paralela al plano. 
        • Depende da la naturaleza y estado de las superficies en contacto. 
        • Es proporcional a la fuerza normal.

        Matemáticamente:    FRoz = μ · N

         μ  es el coeficiente de rozamiento. Número sin unidades.  Hay que distinguir entre el coeficiente de rozamiento estático que es cuando el objeto no ha empezado a moverse del coeficiente de rozamiento dinámico que es cuando el objeto no ha empezado a moverse 

        N es la fuerza normal o acción del plano

        La fuerza de rozamiento es ejercida por el plano sobre los cuerpos y es la responsable de que estos disminuyan su velocidad si se dejan deslizar libremente. De aquí (primera ley de Newton) que si queremos que un cuerpo que desliza sobre un plano no disminuya su velocidad, sino que la mantenga constante, hemos de empujarlo (aplicarle una fuerza) que anule la fuerza de rozamiento.


        Recursos adicionales      

        Vídeo sobre el rozamiento

        Entrega

        Puedes utilizar la siguiente plantilla para realizar la tarea o descargarla y hacer una copia en tu Drive para trabajar desde Google Docs. Recuerda nombrar el archivo  así: 

        Apellido1_Apellido2_Nombre_Tarea_F1

        donde Apellido1Apellido2 y Nombre se sustituirán respectivamente por el primer apellido, segundo apellido y el nombre del alumno SIN TILDES. 

        Creado con eXeLearning (Ventana nueva)