Coche a reacción (con globo)

Coche a reacción (con globo)

Por: Claudia, Regina, Sara y Alejandro 4ºA

Objetivo:

El objetivo de esta actividad es presentar las leyes de Newton de forma cualitativa e intuitiva de tal manera que podamos percibirlas en una experiencia cotidiana. En esta práctica no será necesaria la toma de datos, puesto que lo que prima es la observación experimental. Trataremos de dar un “significado personal” a cada una de las leyes y relacionarlas con experiencias vividas por los alumnos.

1ª Ley (Principio de inercia): “Si no lo tocas no cambia”

2ª Ley (Principio fundamental de la Dinámica): “Si lo tocas cambia. La masa es la proporción del cambio.”

3ª Ley (Principio de acción y reacción): “Yo te hago a ti lo que tú me haces a mí”

Material:

1. Coche a reacción (globo)
2. Pesa
3. Flexómetro
4. Plastilina

Procedimiento:

Hinchar el globo del coche, colocarlo en el punto de salida y soltarlo evitando que choque con ningún obstáculo antes de detenerse, posteriormente observar, anotar lo que ocurre en las distintas fases (1ª reposo con globo hinchado, 2ª aceleración al deshincharse el globo, 3ª fase inercial y 4ª reposo).

Cuestiones

1. ¿En qué fases son aplicables cada una de las Leyes de Newton? ¿Por qué?

Primera fase: Reposo con globo hinchado → La resultante de las fuerzas es nula así que el objeto tiende a seguir en el estado en el que estaba, que en este caso es el de reposo. 1ª Ley de Newton: Principio de inercia.

Segunda fase → Aceleración al deshincharse el globo → La resultante de las fuerzas es mayor que cero, por lo que cambia su estado y se acelera de una forma proporcional a la masa. 2ª Ley de Newton: Principio fundamental de la dinámica. También está relacionado con el principio de acción y reacción: Acción → se deshincha el globo (la fuerza que ejerce el aire que sale del globo) → Reacción → la reacción del aire que se encontraba fuera hace que el coche se ponga en movimiento y avance. 3ª Ley de Newton: Principio de acción y reacción

Tercera fase → Movimiento inercial (globo deshinchado y coche en movimiento) → Como el aire del globo se ha acabado la resultante es igual a la fuerza de rozamiento, por lo que el coche, que tenía una velocidad inicial, se frena (ya que la aceleración es negativa). Si no existiese el  rozamiento, el coche se encontraría en MRU hasta que actuase alguna fuerza. Como el rozamiento está presente y está frenando al coche nos encontramos en un MRUA, cuya resultante es distinta de 0. Por esta razón nos encontramos con la 2ª Ley de Newton: Principio fundamental de la dinámica, donde la resultante es igual al producto de la masa y la aceleración.

Cuarta fase → Reposo y globo deshinchado → Al igual que en la primera fase, la resultante de las fuerzas es nula, por lo que, una vez parado, continuará en este estado dinámico de reposo hasta que se le aplique alguna fuerza → 1ª ley de Newton: Principio de inercia.

2. ¿Piensas que la fase inercial está correctamente nombrada? ¿Podrías describir algún método para que si lo fuera? ¿Qué es el rozamiento? ¿Cómo influyen las diferentes superficies en el frenado del coche?

En nuestra opinión la fase inercial no está correctamente nombrada ya que durante esta fase no está presente el principio de inercia, si no el principio fundamental de la dinámica ya que, al existir el rozamiento con el suelo, el coche no sigue un MRU si no un MRUA, al contar con una aceleración negativa que hace que la resultante sea distinta de cero. Para que si lo fuera durante esta fase el coche debería haber entrado en una superficie en la que no tuviera rozamiento, una pista de hielo, por ejemplo, en la que el coeficiente de rozamiento fuese muy pequeño (aunque en este caso tampoco llevaría un MRU exactamente, es de lo que más se acerca).

El rozamiento es toda fuerza opuesta al rozamiento, la cual se manifiesta en la superficie de contacto de dos cuerpos, siempre que uno de ellos se mueva o tienda a moverse sobre otro.

La mesa es bastante más lisa y está más pulida que el suelo lo que permite un mayor desplazamiento del coche ya que con la misma fuerza motriz (la cantidad de aire que soplamos), avanza más en la mesa, en cambio el suelo no es perfectamente liso, ya que en este hay pequeños desniveles además de ciertas oquedades lo que hace que la superficie no sea regular y produzca una mayor rozamiento sobre el coche, producido por el aumento de coeficiente de rozamiento entre dichos materiales (les ruedas del coche y el suelo)

En la mesa, habiendo soplado más o menos lo mismo en ambos casos, el coche recorre mucha más distancia hasta pararse de lo que lo hace en el suelo, cuyo coeficiente de rozamiento es mayor.

3. ¿Qué ocurre al aumentar la masa del coche con la pesa? A igual cantidad de aire, ¿qué coche se acelera más, el más o el menos cargado?

Al aumentar la masa del coche con la pesa su peso también aumenta, como es evidente; esto hace que la fuerza normal sea también mayor y por lo tanto el rozamiento es mayor (ya que el rozamiento es proporcional a la normal) , por lo que con la misma cantidad de aire, se acelera mucho más el menos cargado, cuya normal es menor y por lo tanto su fuerza rozamiento también lo es.

4. ¿Por qué se trata de un coche a reacción? Pon otros ejemplos de movimientos a reacción.

Hay diversas explicaciones sobre por qué se trata de un coche a reacción pero nosotros hemos llegado a la conclusión de que se trata de un coche a reacción porque un primer sistema (coche con globo) ejerce una fuerza hacia atrás (acción) en forma de aire comprimido y simultáneamente el aire que se encuentra alrededor de la boquilla (sistema 2) por donde sale el aire del globo ejerce una fuerza opuesta (misma dirección, mismo sentido y distinto módulo) que afecta al sistema 1, desplazándolo. Otras interpretaciones eran que el aire comprimido al salir se expandía y éste empujaba al coche pero hemos encontrado una objeción y es que el aire comprimido que sale no puede estar simultáneamente expandiéndose, por lo que no es esta la explicación correcta de cómo funciona nuestro coche a reacción.

Otros casos son un cohete espacial, una nave espacial, una lancha motora, un helicóptero

5. ¿Por qué no se anulan las fuerzas de acción y reacción? Represéntalas en un diagrama de fuerzas para reforzar tu explicación.

Les fuerzas de acción y reacción no se anulan; aun teniendo mismo módulo y misma dirección pero sentido contrario,  porque cada una es aplicada sobre un sistema o cuerpo diferente