Empujar o tirar
Datos del Proyecto
Descripción de la Experiencia
EMPUJAR O TIRAR?
Tal vez esta pregunta nos resulte familiar cuando tenemos que desplazar un objeto, pues bien, uno de los mejores modos de aprender pasa por resolver interrogantes. En este proyecto educativo se exponen distintas experiencias a nivel de laboratorio y a nivel real que le ayudaran a elegir la acción más eficiente para cada situación.
También trasladamos esta pregunta al campo de las destilaciones donde tirar se asocia con la técnica de hacer vacío y empujar a la de arrastrar uno de los componentes. Tanto en un caso como en otro la agrupación de métodos procedimiento y técnicas se utilizarán para generar conocimientos objetivos. Se podría decir que el premio de aprender a investigar a valorar posibles soluciones o a trabajar en equipo se lo llevaran todos los participantes.
CIENCIA O MAGIA?
A veces después de observar un truco o juego de magia pensamos que la única explicación posible es la sobrenatural, pero en el fondo sabemos que esto no funciona así, que detrás de una incuestionable habilidad y un poco de teatro se esconde un fundamento Físico-Químico o Matemático. Se va a utilizar esta parte del proyecto para fomentar la observación y la creatividad, y por lo general se realizará en la parte final de las sesiones.
SESIÓN Nº 1: ACTIVIDAD DE LABORATORIO.
ACTIVIDAD Nº1: CALIBRADO DEL DINAMÓMETRO.
Con esta actividad nos aseguramos que el instrumental se encuentra en buen estado. Vamos a utilizar dinamómetros de 3 N y 0,06 N/div, 5 N y o,1 N/div, 15 N y 0 ,50 N/div. Para su calibrado utilizamos masas de 50 gr, 100 gr y 150 gr.
ACTIVIDAD Nº2 : COMPOSICIÓN Y DESCOMPOSICIÓN DE FUERZAS.
Esta actividad plantea como objetivo el comprobar experimentalmente como varias fuerzas que actúan en un mismo punto puedan ser sustituidas por una sola denominada resultante a la vez que una única fuerza pueda ser sustituida por sus componentes. Se utilizan tres dinamómetros.
En definitiva, observamos que a medida que la sensibilidad de los dinamómetros cambia los errores cometidos también lo hacen.
SESIÓN Nº 2: ACTIVIDAD DE LABORATORIO
ACTIVIDAD Nº 3 : LA FUERZA DE ROZAMIENTO.
La fuerza de rozamiento es la que hay que vencer para desplazar un objeto, esta fuerza depende de dos factores un coeficiente que en líneas generales depende de la naturaleza de las superficies y la fuerza que el objeto ejerce sobre la superficie de deslizamiento. El coeficiente es distinto cuando el cuerpo empieza a moverse, coeficiente de rozamiento estático, a cuando el cuerpo está en movimiento, coeficiente de rozamiento dinámico.
Es por eso que hemos diseñado dos experiencias distintas, en la primera se mide el ángulo de un plano inclinado hasta que el cuerpo empieza a caer y se ha realizado con el mismo cuerpo al que se le han puesto distintas masas, con esta experiencia se determina el coeficiente de rozamiento estático. En la segunda sobre una superficie totalmente horizontal el sistema se mueve accionado por un motor a velocidad constante, se ha intercalado en la cuerda un dinamómetro sobre el que se mide la fuerza que actúa en el sistema.
Los resultados son los siguientes:
Plano inclinado
Masas……………………Ángulo del plano inclinado.
180 g 15º
Superficie horizontal.
Masas……………………Dinamómetros.
180 g 0,3 N
Fuerza de impulsión = Fuerza de rozamiento.
0,45 = 1,70*u; u = 0,267 coeficiente de rozamiento estático.
Superficie horizontal.
Velocidad constante por tanto fuerza de empuje igual a fuerza de rozamiento.
0,3 = 0,176*u’; u’ = 0,17 coeficiente de rozamiento dinámico.
ACTIVIDAD Nº 4 : MEDIDA DE LA FUERZA.
En esta actividad medimos la fuerza aplicada a un objeto cuando tiramos de él y cuando le empujamos en dos situaciones diferentes:
1.- Si el punto de apoyo o agarre lo tiene en una zona lo suficientemente bajo como para que la dirección de la fuerza por tracción forme un ángulo positivo con respecto a la dirección del desplazamiento.
2.- Si el punto de apoyo o agarre se encuentra a una altura en una posición lo suficientemente bajo como para que la fuerza por empuje forme un ángulo negativo con respecto a la dirección del desplazamiento.
Los materiales que se van a utilizar son escuadras, guías de aluminio, taco de madera, pesas, dinamómetros y cuerdas.
El resultado para este ensayo es 0,78 N
El resultado para este ensayo es 1,2 N.
SESIONES Nº 3 Y 4: VISITA AL CENTRO DEPORTIVO UNIFICADO
Comenzamos la visita con una breve explicación de las instalaciones y el instrumental que se va a utilizar, la toma de datos es para todo el alumnado y se van a realizar cuatro actividades. Dinamometría manual, empuje y tracción en el trineo, prueba en el plano inclinado aunque esta solo a nivel cualitativo y por ultimo explicación de la cadena cinética.
ACTIVIDAD Nº 1 DINAMOMETRÍA MANUAL.
Cuando se va a traccionar se necesita sujetar con las manos el elemento sobre el que se va a aplicar la fuerza por lo que es importante saber cual es la fuerza prensil de nuestras manos.
ACTIVIDAD N.º 2: EL TRINEO.
El alumnado desplaza en condiciones límites con vector paralelo y vector ascendente el trineo. Tras las pruebas en las que participan todos los alumnos presentes, los resultados muestran que traccionar favorece la aplicación de fuerzas.
ACTIVIDAD N.º 3 EL PLANO INCLINADO.
Se estudia a nivel cualitativo midiendo la fuerza que el alumnado ejerce para sujetar una cinta elástica con distinta resistencia. Se utiliza una máquina de cinta móvil inclinada 10º, se entiende que el ejercicio termina cuando el alumnado no puede caminar y es arrastrado por la cinta.
Cinta roja……. Resistencia baja
Cinta morada….Resistencia media
Cinta verde……Resistencia alta.
CONCLUSIONES.
1.- Cuando tiramos de un objeto este debe tener un sistema de agarre, si no lo tiene empujar es la opción más recomendada.
2.- El agarre se realiza con las manos por lo que en principio tenemos la limitación que nos viene dada por la fuerza prensil de nuestras manos.
3.- Si el punto de apoyo de la fuerza al objeto, lo tiene en una posición lo suficientemente bajo como para que la dirección de la fuerza con la del desplazamiento formen un ángulo positivo, es más favorable tirar que empujar. La componente de la fuerza contraria al peso hace que disminuya la fuerza de rozamiento. Si empujamos la componente de la fuerza hace que aumente el rozamiento.
4.- Si lo que pretendemos es poner en movimiento rápido un sistema podría compensar el sobre esfuerzo de empujar por la propia naturaleza del cuerpo humano hacia el avance.
5.- Si el punto de apoyo de la fuerza en el objeto tiene una posición que hace que la dirección de la fuerza y la del desplazamiento sean paralelas el esfuerzo es prácticamente el mismo.
6.- Cuando se trata de un plano inclinado, la posición del sistema debe de estar en la parte baja por varias razones. La primera es que el esfuerzo es menor, la segunda que el conjunto es más estable la tercera que nuestro propio peso nos ayuda a compensar el esfuerzo y la cuarta por seguridad.
7.- Estas conclusiones se deducen a partir de utilizar la misma cadena cinética para todos los componentes y tampoco se ha tenido en cuenta la utilización de arneses y que podrían afectar al resultado de las mismas.
SESIONES Nº 5 Y 6: RECTIFICACIÓN
El objetivo de esta sesión es separar los componentes de una mezcla preparada a volúmenes iguales de alcohol de 96º y agua destilada. Se realizan dos experimentos simultáneamente en el mismo foco de calor para así asegurarnos que la temperatura es la misma en las dos situaciones. Los materiales utilizados son exactamente los mismos para ambos experimentos solo que en una de ellos se utiliza impulsión de aire de forma periódica. Al final de la actividad se puede ver la cantidad de destilado obtenido y cual es la densidad del mismo y a partir de este dato mirar la concentración de alcohol.
Materiales utilizados:
- Hornilla de campo
- Recipiente lleno de agua para controlar la temperatura
- Termómetro
- Matraces de destilación con tres bocas
- Columna de rectificación Vigreux de 32 cm
- Pieza acodada en 75º
- Refrigerador liso de 25 cm
- Terminal en forma de pipa
- Tapones uno de ellos horadado para manguito de aire
- Manguitos para agua del refrigerador
- Embudos
- Matraces aforados
- Vasos de precipitado
- Cronometro
- Varillas soporte, pinzas y nueces.
- Jeringa
- Trompa de vacío
- Balanza
Con una rectificación normal para obtener un volumen de destilado similar la temperatura de la prueba se aumentó hasta los 95º.
En el ensayo a presión reducida se utilizo una trompa de vacío que utilizaba como fluido el aire de una bomba por lo que no podemos medir el volumen de aire utilizado.
De estos tres ensayos se pone de manifiesto que el primer procedimiento es el más indicado por los valores de densidad economía energética y complejidad en el montaje.
SESIÓN Nº 7: OBTENCIÓN DE ACEITES ESENCIALES
La destilación por arrastre de vapor es el método más utilizado para extraer aceites esenciales de materias primas naturales como flores, frutas y resinas. El vapor se mezcla con las sustancias insolubles en agua las que separa y arrastra al recipiente colector de la destilación. Se han utilizado dos técnicas distintas la del alambique tradicional solo que con materiales de vidrio y el extractor tipo soxhlet aunque este ultimo para aceites muy resistentes a la hidrólisis y la temperatura. Los productos naturales que se han utilizado son pétalos de rosa, menta y romero.
SESIÓN Nº 8: PARTICIPACIÓN EN LA FERIA DE LA CIENCIA
El grupo de alumnos del Proyecto Andalucía Profundiza participa en la 22 edición de la Feria de Ciencia en Granada en horario ininterrumpido desde las 10 h hasta las 19 h.
La valoración ha sido muy positiva tanto para los visitantes de nuestro trabajo como para los alumnos participantes ya que es una oportunidad muy buena para compartir conocimientos y experiencias. El alumnado realizó algunas experiencias a la vista de los visitantes a la vez visitó los puestos de compañeros de otros Centros.
La atención por parte del personal encargado de la organización fue muy considerada y después de explicar nuestro proyecto a distintos responsables nos dieron un enlace para participar en el Programa de Investigación en el Aula del Departamento de Educación y Formación del Parque de las Ciencias.
ANEXO 1: Juegos y trucos de magia.
- Adivinar la carta elegida por un participante cuyo fundamento está basado en el cálculo de probabilidades, para un número de cartas impares y múltiplo de tres. El final utiliza el rozamiento para adivinar la carta elegida
- Juego de cartas basado en una frecuencia cíclica que previamente el mago ha preparado y va deshaciendo a medida que se desarrolla el juego.
- Adivinar una carta con la colaboración de un ayudante basado en un código matemático
- Cartas trucadas, biseladas, recortadas………..
- Cortar una cuerda y restituirla
- Hacer un nudo en una cuerda sujetándola por los extremos sin soltarla
- El pulgar de Harry Houdini.
- Sacar un aro de una cuerda
- La cuerda que atraviesa el dedo
- El hilo invisible, obtenido de un cordón
- El espejo en 45º
- La levitación de la mesita
- La moneda que desaparece
- Doblar una moneda.
Photo by Clem Onojeghuo on Unsplash
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