Causas del movimiento

Taller de Enseñanza de la Física ­ 2009
en su XXV aniversario
Causas del movimiento
Ya hemos visto que, de acuerdo a la primera ley de Newton (versión provisoria) la velocidad sólo puede detectarse respecto de un marco de referencia, mientras que la aceleración puede detectarse sin acudir a un marco de referencia. Como veremos, eso tiene importantísimas consecuencias si queremos saber qué cosas determinan el movimiento.
Actividad 1:
¿Qué hace falta para que un meteorito que vaga en medio de la nada mantenga una velocidad constante? Para responder tengan en cuenta lo siguiente:
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¿Qué significa que el meteorito está a velocidad constante?
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¿Hay diferencia entre un meteorito que se mueve a velocidad constante y uno "quieto"?
¿Qué hace falta para que un carrito de supermercado se mantenga a velocidad constante? Tengan en cuenta lo siguiente:
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¿Qué significa que el carrito se mueve a velocidad constante?
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¿Qué ocurre si un carrito en movimiento se deja librado a sí mismo, sin que nada ni nadie lo empuje? ¿Qué diferencia hay con el meteorito?
Ejercicio 1:
Decidan en cada caso si hay o no una acción neta del entorno sobre el objeto mencionado. Para eso, para cada caso analicen lo siguiente:
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¿Cuál es el objeto de estudio? ¿Cuál es el entorno?
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¿Pueden identificar un marco de referencia al que puedan considerar como inercial?
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¿Cómo es la flecha velocidad respecto de ese marco de referencia durante el movimiento? ¿Varía?
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Si hay acción neta: ¿Pueden identificar qué objeto(s) del entorno están accionando sobre el objeto de estudio para cambiar su velocidad? ¿Hacia dónde apunta la acción neta?
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Si NO hay acción neta: ¿Ningún objeto del entorno acciona sobre el objeto de estudio o las acciones están compensadas?
A) Un florero apoyado sobre una mesa (supongan que no está habiendo ningún terremoto)
B) La pelota de la suerte de Anastasio antes de soltarla, ese día que iba en la caja de la Fiorino a 120 por la ruta y le agarró la curiosidad.
C) La misma pelota después de que Anastasio la suelta.
D) El Fiat Fiorino que lleva a Anastasio con su pelota.
E) Un satélite en órbita. Actividad 2:
Anastasio Weinberg no vió caer manzanas, pero ciertas experiencias lo inspiraron en su camino por la física. Cierto día, llevando en su changuito la compra al auto, se dejó llevar y lo echó a andar en línea recta a 20 km/h (¡respecto del piso!). Todo era muy divertido hasta que una señora de avanzada edad se cruzó muy lentamente, así que tuvo que, en un par de segundos, bajarle la rapidez (al carrito, no a la señora) hasta 10 km/h. De esa manera la mujer pasó con lo justo. Ya con las bolsas del super en su citronave, y todavía alterado por el incidente, decidió ir a su casa con doble prudencia. Pero se ve que no era su día: mientras avanzaba por la Avenida Güemes, derecho y con una rapidez de 20 km/h, se le cruzó un señor que avanzaba trabajosamente con un bastón. Anastasio clavó los frenos y comprobó que no funcionaban, así que con coraje se bajó al trote del auto en movimiento, se puso adelante, y en un par de segundos redujo la rapidez a 10 km/h, justo como para que zafe el viejito, y se tiró a un lado. El citroen de Anastasio terminó incrustado contra el seto vivo de su vecino, y si bien no hubo que lamentar víctimas, sí hubo que tirar a la basura una docena de huevos de pollo de campo, de esos amarillos alimentados a maíz.
A) Consideren como objetos de estudio al carrito primero, al citroen después. ¿Respecto de qué marco de referencia estudian el movimiento? ¿Es un sistema inercial? ¿Cómo los modelan para poder hablar de su velocidad?
B) Para los mismos objetos de estudio: ¿Cómo es su aceleración mientras se mantienen a 20 km/h en línea recta? ¿Cómo es mientras pasan de 20 km/h a 10 km/h? (o sea: digan qué intensidad y orientación en el espacio tiene la aceleración de cada objeto de estudio y cada situación).
C) Aplíquenles la segunda ley de Newton (versión provisoria) a cada objeto de estudio. ¿Cuál es en cada caso el entorno? ¿Qué objetos accionan sobre el objeto de estudio?
D) ¿Cuál es la acción neta del entorno mientras cada objeto de estudio se mantiene a 20 km/h en línea recta? ¿Hacia dónde apunta la acción neta del entorno mientras el objeto frena?
E) ¿Qué objeto creen que le costó más a Anastasio frenar? ¿Qué dice eso sobre la acción que Anastasio hizo sobre cada uno de ellos? ¿A qué creen que se debe la diferencia?
Ejercicio 2:
Remítanse al ejercicio de la guía sobre movimiento acelerado. Pascasio Rodriguez, peatón oficial del Taller de −3
−3 3
Física 2009, se mueve de acuerdo a cierta función del tiempo ( Y t=2,310 ms t 2m ) cuando el marco de referencia es la costanera, el sistema de coordenadas (unidimensional) es positivo en la dirección del movimiento con origen al comienzo de la vereda de la carnicería "El Bife Jugoso", y el cero de tiempo se elige en el instante en que Pascasio pisa la quinta baldosa. Lo que entonces no se dijo es que Pascasio, muchacho poco dado a lo atlético, había salido a correr alarmado por su estado: la última vez que se había pesado la balanza le espetó un "97.4 kg".
A) Para el marco de referencia y sistema de coordenadas ya enunciado, determinen la cantidad de movimiento de Pascasio como función del tiempo, y la variación de esa cantidad respecto del tiempo como función del tiempo.
B) Tomen ahora como marco de referencia al carrito que acompaña a Pascasio e invéntense un sistema de coordenadas ligado a él. En ese sistema de coordenadas determinen la cantidad de movimiento como función del tiempo y su variación en el tiempo.
C) Usando la Primera Ley de Newton (versión provisoria) y la Segunda Ley de Newton (versión no tan provisoria) determinen la acción neta del entorno sobre Pascasio como función del tiempo.
D) El carrito que lleva Anastasio y acompaña el movimiento de Pascasio tiene una masa de 5 kg. ¿Cómo es la acción neta del entorno sobre él?
Actividad 3:
Sostengan un libro o un cuaderno un momento (uno más o menos pesadito. Un libro pesadito, no un momento pesadito). ¿Qué sienten en la mano?
Suban bruscamente el mismo libro­cuaderno. ¿Qué sienten en la mano? (Comparen con lo que sentían cuando sólo lo sostenían).
Bajen bruscamente el mismo libro­cuaderno. ¿Qué sienten en la mano? (Comparen con las dos experiencias anteriores).
Apliquen ahora a aquella situación las herramientas de física que hemos venido trabajando:
A) Consideren al libro como objeto de estudio y elijan algún marco de referencia inercial para estudiar su movimiento. ¿Qué pueden decir sobre la variación de su cantidad de movimiento? Aplicandole ahora la segunda ley de Newton (versión no tan provisoria) ¿Qué pueden decir sobre la acción neta del entorno? Identifiquen los objetos del entorno que accionan sobre el objeto de estudio. ¿Qué pueden decir sobre la acción de cada uno sobre el objeto de estudio? B) Hagan lo mismo que en el ítem anterior para los casos de subida y bajada bruscas. ¿Para dónde apunta el cambio de la cantidad de movimiento? ¿Cómo son ahora las acciones de cada objeto del entorno sobre el de estudio?
C) Consideren ahora sus propias manos como objetos de estudio. Identifiquen los objetos de su entorno que accionan sobre ellas.
D) De todas las acciones que identificaron en los ítems anteriores, ¿Cuáles piensan que corresponden a lo que sentían en sus manos al sostener/subir/bajar el libro?
Ejercicio 3:
Ya narramos el terrible incidente que terminó con el citroen de Anastasio incrustado contra un seto. Anastasio, con sus propias manos, movió su auto hasta su vereda. Para eso lo empujó (al principio ni lo movía), lo tuvo moviéndose a velocidad constante un ratito y después empezó a maniobrarlo con el volante.
A) Consideren como objeto de estudio al citroen mientras aún Anastasio no logra moverlo. ¿Con qué objetos de su entorno interacciona? ¿Cómo es la acción neta del entorno sobre el auto? ¿Cómo lo saben? ¿Cómo acciona Anastasio con el citroen comparado con cómo acciona el resto de los objetos del entorno? Consideren ahora a Anastasio como el objeto de estudio. ¿Cómo acciona el citroen sobre Anastasio? B) Ahora consideren al citroen mientras el auto pasa de estar quieto respecto del piso hasta su velocidad final. ¿Cómo es la acción neta del entorno sobre él? ¿Cómo lo saben? ¿Cómo será la acción de Anastasio? Si en ese mismo momento consideran a Anastasio como objeto de estudio ¿Cómo acciona el auto sobre él?
C) Finalmente consideren lo que ocurre mientras el auto se mantiene a velocidad constante. ¿Cómo acciona el entorno del auto? ¿Cómo lo saben? ¿Cómo acciona Anastasio sobre el auto? ¿Cómo acciona el auto sobre Anastasio?