Experimento La naturaleza de los tiros parabólicos

La rama de la física que se encarga de estudiar el movimiento de los objetos aquí en la Tierra recibe el nombre de cinemática y dinámica. En ocasiones resulta complicado visualizar algunos de estos conceptos que en principio pueden resultar muy abstractos, pero en realidad no lo son tanto.

La mayoría de los conceptos reciben un nombre muy descriptivo: caída libre, movimiento uniformemente variado, tiro parabólico, etc. Sin embargo, la dificultad radica en que no siempre son del todo comprendidos los conceptos y, por ende, se puede fallar al momento de apropiarse de estos aparentemente abstractos conceptos. En este caso estudiaremos los tiros parabólicos en un sencillísimo experimento.

Con este experimento visualizaremos en qué consisten los tiros parabólicos, que dependen, en la Tierra, exclusivamente de la fuerza que ejerce la gravedad en los objetos que caen con cierto ángulo. Estos objetos, al caer, describen una parábola con la concavidad hacia abajo.

Materiales:

  • Una bola de acero que se deslice fácilmente.
  • Un electro-imán casero (ya explicaremos su función).
  • Un riel metálico por el cual se deslice la bola de acero.
  • Una tabla lisa.
  • Papel milimétrico y papel carbón.

Experimento naturaleza tiro parabólico (1)

 Procedimiento:

Lo primero será colocar el riel en una superficie elevada, como una mesa para que la bola de acero o balín pueda salir disparada desde el riel. El riel debe quedar justo en la orilla de la mesa para que la bola de acero no ruede por la mese y modifique la velocidad del balín.



Una vez colocado el riel, armaremos el electro-imán casero. Como no es el objeto de este experimento, lo describiremos muy brevemente: se necesita un clavo con núcleo de hierro, alambre de cobre galvanizado y una batería de 9 voltios. Para armarlo, simplemente debemos enredar el alambre al clavo, cuidando que todas las vueltas que le demos al alambre sean en la misma dirección y una vez que recorramos todo el clavo, volvemos al inicio y comenzamos a enrollar de nuevo. Con los dos extremos del cable conectaremos cada uno a los polos de la batería o pila y listo, tenemos un electro-imán casero. Sujetaremos la bola de acero al clavo enrollado con el alambre y cuando soltemos uno de los polos, la bola comenzará su recorrido. Fijaremos el alambre y el clavo al extremo superior del riel para que la bola siempre comience su viaje en el mismo punto, lo que asegura también que siempre adquirirá la misma velocidad. Así, nuestra parábola quedará mucho más detallada y mejor dibujada.

papel milimétrico y parábola

Después colocaremos el papel milimétrico sobre la tabla y enseguida el papel carbón. El papel carbón debe quedar con la parte oscura pegada al papel milimétrico, así cuando el balín golpee la tabla dejará una marca en donde impactó. La tabla ya armada será colocada delante de la trayectoria del balín, es decir, en frente de la mesa de donde éste saldrá disparado. Para generar el patrón que buscamos, lo que haremos será deslizar la tabla la misma cantidad tanto en x como en y. Para esto, podemos colocar papel milimétrico en el suelo como referencia para asegurarnos que siempre avancemos en 45 grados, es decir, si nos movemos un 1 cm hacia atrás, también moveremos la tabla 1 cm hacia la derecha o izquierda.

Observaremos:

Al golpear el balín la tabla con el papel carbón, observaremos cómo se va produciendo al recorrer la tabla una media parábola. Es decir, dado que las parábolas son funciones matemáticas con forma de “U”, observaremos que se va formando esa misma forma pero invertida., es decir, algo similar a “∩” Como solamente estamos dejando caer el balín y no lo estamos lanzando hacia arriba, solamente se formará la mitad de la parábola. Al retirar el papel carbón, deberíamos ser capaces de trazar la trayectoria del balín, lo que producirá una media parábola “hacia abajo”. Entre más cuidado tengamos al colocar el balín, en riel y la tabla, mejor forma irá obteniendo nuestra parábola. Justamente la forma que describe este movimiento es la que permitió que a este tipo de movimiento, en el cual la única aceleración es la fuerza de gravedad, se le llamase “tiro parabólico”.

parábola y tiro parabólico

Explicación:

En la Tierra, todo movimiento se encontrará afectado por la fuerza gravitacional. Es decir, un campo de fuerza invisible que “atrae” a los objetos hacia el núcleo del planeta. Sin entrar en teorías relativistas en las que se argumenta la gravedad no atrae directamente hacia el núcleo sino que “gira” en torno a un objeto de densidad mayor hasta que colisionan, el argumento de que los objetos caen sigue siendo válido para estudiar estos fenómenos de movimiento en nuestro planeta.

La gravedad siempre afectará los movimientos en el mismo sentido, ya que la fuerza atractiva siempre funciona hacia el centro de gravedad y siempre en la misma intensidad, ya que esta fuerza es casi constante en todos los puntos de la Tierra (sí hay variaciones, pero muy pequeñas). Este punto es importante porque si un objeto es “lanzado” hacia el frente, no importa cuán rápido viaje, la gravedad siempre le impulsará hacia abajo. Este sistema de fuerzas en el que uno tira hacia adelante y otro hacia abajo es el que produce la forma característica de los tiros parabólicos.

El ejemplo más claro de un tiro parabólico es cuando se lanza una pelota al aire a una persona que se encuentra delante de nosotros. La pelota siempre intentará describir una parábola y mientras más alto se lance, más clara será la parábola dado que daremos suficiente tiempo a la gravedad para disminuir la altura del objeto al caer y formar el patrón de ∩.

La explicación del imán es muy sencilla, a toda corriente eléctrica se encuentra asociada una función de onda magnética. Al dar vueltas al cobre estamos reduciendo la velocidad de la electricidad pero aumentando la cantidad de ondas magnéticas todas ordenadas en un mismo sentido, lo que forma un campo magnético. Dado que el acero es ferromagnético, el imán, si es lo suficientemente intenso su campo, detendrá el balín. Este fenómeno ya es en sí muy interesante, ya que una pequeñísima pila de apenas 9 voltios y un poco de alambre son suficientes como para crear un campo magnético que puede vencer al campo de gravedad ejercido por toda la Tierra.

Creando el imán aseguramos que el balín comience siempre con la misma velocidad inicial igual a cero y al fijarlo en el mismo punto nos aseguramos de que siempre salga disparado con la misma velocidad. Así, logramos que todo el viaje del balín, aunque repitamos el experimento tantas veces como queramos, pueda ser considerado como el mismo viaje. Esto es porque siempre comienza en el mismo punto, a la misma velocidad de cero y recorre la misma distancia cada vez.

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  1. fer, comentó hace 4 años:

    Exactamente como se coloca el electro imán ?