PROYECTO DE TECNOLOGÍA Y FISICA: LEYES DE NEWTON

 

problema: demostración de primera y segunda ley de Newton

Hola que tal chicos, ha sido un tiempo ya desde la ultima publicación de nuestro blog, hemos vuelto con un nuevo proyecto de física y tecnología que hace parte la semana cultural de nuestra institución, en su defecto, este tratará de demostrar de forma sencilla y entendible para todos, algunas de las leyes de Newton, así que vamos a ello.

¿Qué se quiere demostrar?

En el experimento se planea demostrar las dos primeras leyes de newton, la del equilibrio y la de la fuerza, esto, a través de un carrito y ciertos mecanismos para simular ciertas condiciones del movimiento.

¿Qué son las leyes de Newton?

Las leyes de Newton de manera no poco profunda se pueden definir con los tres principios físicos  que describen el comportamiento de los objetos en movimiento y las razones fundamentadas del porqué del movimiento, postulados por Sir Isaac Newton en su obra "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" en el año 1687.

La primera ley, también conocida como ley de la inercia, establece que un objeto en reposo tiende a permanecer en reposo, y un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento a una velocidad constante en línea recta, a menos que una fuerza externa actúe sobre él.

Donde; ΣF=0

La segunda ley establece que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.

Donde; F=m*a

Además, también se habla un poco del momento o momentum que en palabras más palabras menos consiste en la tendencia de un objeto en movimiento a seguir moviéndose en la misma dirección y a la misma velocidad a menos que algo más lo frene o cambie su dirección. Si algo tiene mucho momentum, puede ser difícil detenerlo o cambiar su curso.

 

Por último, pero no menos importante, la tercera ley (ley de acción reacción) establece que por cada acción hay una reacción igual y opuesta. Esto significa que, si un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza igual, pero en dirección opuesta sobre el primero. Por ejemplo, cuando una persona camina sobre el suelo, la persona ejerce una fuerza hacia abajo y el suelo ejerce una fuerza igual, pero en dirección opuesta hacia arriba, permitiendo así el movimiento.

Una vez ya conocemos y entendemos estos principios fundamentales, ya podemos irnos directo al proyecto, así que vamos allá.

El carrito de Newton

El carrito de Newton consiste en un vehículo motorizado que con ayuda de ciertos mecanismos simulará la primera y segunda ley newton.

Video demostración: 

Tomado de la pontificia universidad católica de Chile

Diseño

Planificación

Objetivo

Construir un carrito motorizado que demuestre la primera y segunda ley de Newton

tiempo estipulado: 20 horas de trabajo

presupuesto: aprox 45000 Pesos colombianos

Cronograma

-investigación del tema: Dinámica, leyes de newton

-presentación del problema

-diseño del proyecto

-materialización del proyecto

-Ensayos

-Sustentación del proyecto.

 

Recursos

Blog: Paint 3D

Personas: 

Profesor Carlos Romero (asesoramiento)

Carpintero (auxiliar)

Osvaldo Cepeda (bloguero y "artista digital")

Yuliana Jaraba (prestadora de materiales)

Luz Angélica Escorcia (prestadora de materiales)

Materiales:

-3 ruedas firmes y de poca rugosidad (con sus respectivos ensambles, tornillos y tuercas)

-tablita de madera (ligera) rectangular o pedazo de triple.

-porta baterías (con sus respectivas pilas)

-motor reductor

-soporte de material ligero para el motor reductor.

-adicionales menores: regla, cinta, silicona

Construcción

Bueno, una vez ya tenemos todos los materiales a la mano, ¿Qué tal si nos ponemos las manos a la obra?

1. Toma las ruedas que conseguiste e instálalas  a la tablita de madero o triple (para este paso probablemente necesites ayuda), verifica que el carrito puede mantener el equilibrio y las ruedas no presenten problemas al rodar. Nota: la tabla de la imagen es demasiado gruesa, para menos problemas te recomendamos un triple o madera más delgada
   
   
   
   
   
   
   
2. Agrega un soporte para el motor reductor al carro y posiciona al porta pilas. El soporte puede ser una pieza de madera o plástico que se ajuste a la parte superior del carro, no olvides dejar espacio para la vela.
   

   
   
   
   
   
   
   
   
3. Elige un motor reductor que sea lo suficientemente potente para girar la hélice a la velocidad deseada y procede a instalarlo en su respectivo soporte.
   
4. Agrega un soporte para la hélice al motor reductor. El soporte puede ser una pieza de madera o plástico que se ajuste al eje del motor reductor.
5. Instala la hélice 
   

   
   
   
   
   
6. Prueba que el motor reductor tenga la suficiente potencia para hacer mover rápidamente a las hélices y hacer mover al carrito
7. Corta la vela al tamaño deseado. La vela debe ser lo suficientemente grande para que cubra la parte posterior del carrito.
   
   
   
8. Fija la vela al carrito. La vela puede ser fijada al carrito con cinta adhesiva o con tornillos.
   
   
   

Evaluación

Primera parte: sin vela

En la primera parte del experimento, la hélice gira y empuja el aire hacia atrás. Esto crea una fuerza que actúa sobre el carrito en la dirección opuesta al movimiento del aire. Según la segunda ley de Newton, esta fuerza, llamada empuje, provoca una aceleración del carrito en la dirección del empuje.

Segunda parte: con vela

En la segunda parte del experimento, la vela se coloca detrás del carrito. La vela captura el viento que empuja el carrito hacia adelante y lo redirige hacia atrás. Esto crea una fuerza que actúa sobre el carrito en la dirección opuesta al movimiento del aire.

Análisis

La fuerza que la vela ejerce sobre el carrito es igual y opuesta a la fuerza que la hélice ejerce sobre el carrito. Esto se debe a que ambas fuerzas son causadas por el mismo cambio en el momentum del aire.

Según la segunda ley de Newton, la suma de las fuerzas que actúan sobre un objeto es igual a la masa del objeto multiplicada por su aceleración. En este caso, la suma de las fuerzas que actúan sobre el carrito es cero. Esto significa que el carrito no tiene aceleración y, por lo tanto, no se mueve.

El experimento del carrito de Newton es similar  a tratar uno mismo de levantarse jalando de su propio cinturón. En ambos casos, la fuerza que se aplica es igual y opuesta a la fuerza que se recibe. Esto significa que la suma de las fuerzas es cero y, por lo tanto, no hay movimiento.

Conclusiones de nuestro trabajo

-El experimento del carrito con hélice y vela es una demostración de la segunda ley de Newton. También es una analogía útil para comprender el concepto de fuerza y equilibrio.

-La velocidad del viento afecta la fuerza del empuje que genera la hélice. A medida que aumenta la velocidad del viento, también aumenta la fuerza del empuje.

-Sin los recursos necesarios, aún si parece fácil, es muy complicado la construcción de un prototipo como este, el tener orden y responsabilidad para tener un magnifico desempeño.

-La masa del carrito afecta la aceleración del carrito. A medida que aumenta la masa del carrito, disminuye la aceleración.

Webgrafía

Experimento original: https://experimentosfisicauc.wixsite.com/experimentos/carrito-ventilador

Información: https://www.abc.com.py/edicion-impresa/suplementos/escolar/leyes-de-newton-1691599.html