803. La montaña rusa y su fuerza de gravitación

XXVI CONGRESONDE INVESTIGACION CUAM-ACMor
La Montaña Rusa y su Fuerza de Gravitación
Integrantes: Cabrera Cruz, Ramsés; López Velázquez, Luis Enrique; Macías Figueroa, Eddie Manuel
Asesor: Ing. Martha Elva Cruz Fuentes
Centro Educativo Cruz Azul
Escuela Secundaria “Patria”
Área Ciencias Físico Matemáticas
I1 De campo o demostración.
Antecedentes.
La montaña rusa es una de las atracciones más preferidas en ferias y parques de diversión consistente en un
invento creado para producir emociones extremas, aplicando las leyes y fuerzas de la física, su
funcionamiento se basa en la ley de conservación de la energía en un sistema de rieles que forman una o
varias pistas o vías que suben y bajan en circuitos diseñados específicamente La montaña rusa debe su
nombre a las diversiones desarrolladas durante el invierno en Rusia, donde existían toboganes de madera
que descendían con trineos deslizables sobre la nieve. En América, todo comenzó cuando la gente empezó a
ir a la feria del pueblo para subirse a las atracciones y divertirse. Con la inmigración de la población a las
grandes ciudades, la gente ya no quería realizar las actividades comunes de una feria de pueblo o de campo.
Para 1919 ya existían entre 1500 y 2000 parques de diversiones, la mayoría de ellos pertenecían a las
compañías de tranvías que proporcionaban transporte directo de las ciudades a los parques. La primera
montaña rusa, como la conocemos hoy, se construyó en Coney Island en 1890 (aunque el año es
discutible).Los primeros prototipos de montañas rusas eran trenes por gravedad con muchos cambios de
rasante en la década de 1880. Estas montañas rusas primitivas fueron usadas por las compañías ferroviarias
para ofrecer diversión los fines de semana, cuando había menos pasajeros.
Objetivo
Demostrar por medio de la elaboración de una maqueta el funcionamiento de la montaña rusa se debe a la
energía cinética y potencial, así como las leyes de la Física aplicadas.
Hipótesis
La montaña rusa es un invento creado para producir emociones extremas, aplicando las leyes y fuerzas de la
física, su funcionamiento se basa en la ley de conservación de la energía.
Metodología
Para la realización de este proyecto, se utilizó la técnica de investigación de campo, la cual incluye la revisión
documental que consiste en observar documentos analizando sus contenidos. Es un instrumento de
observación de documentación escrita, ya que no se observan personas. En esta primera parte se recabó
información relacionada con la definición de la montaña rusa, como funciona y principalmente las leyes de la
física que participan en su funcionamiento. Posteriormente se utiliza la investigación experimental, en donde
el investigador manipula una variable y controla el resto de las variables, en la cual se realiza o diseña un
experimento. Para fines de esta investigación, la variable a manipular es la energía cinética y potencial, las
cuales se pretende a través de una maqueta demostrar su aplicación y comprobar así la ley de conservación
de la energía.
Desarrollo
Las montañas rusas utilizan sólo un motor en el inicio de su recorrido: para poder llegar hasta la altura
indicada para luego iniciar la aventura. En lo que sigue del recorrido no se utiliza ningún mecanismo mecánico
para ayudar a completar la trayectoria. Esto se debe a que el principio del funcionamiento de las montañas
rusas se basa en la ley de la conservación de la energía. En este caso, dichas energías son la energía
cinética y la energía potencial. La energía cinética es aquella que está presente en todo movimiento, es la
energía del movimiento. Mientras mayor sea la velocidad, mayor será la energía cinética que ese cuerpo
posea. Por otro lado, la energía potencial refiere la energía de posicionamiento. Así, la energía potencial
gravitatoria, y como bien dice su nombre, refiere a la energía en torno a la posición de un cuerpo en relación a
la gravedad. Primero tenemos que remitirnos a una de las leyes fundamentales de la física: la conservación
de la energía. Ésta dice que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma. Es decir, la cantidad
total de energía siempre se mantiene constante. Si se retoma esto a las energías cinéticas y potenciales,
vemos algo muy peculiar. El cuerpo que se encuentra a 1 metro de altura tiene cierta energía potencial.
Cuando se lo suelta, adquiere energía cinética. La misma que la energía potencial que tenía antes de soltarlo.
La energía siempre se mantiene constante. Así, si el cuerpo lo soltase desde 2 metros, la energía cinética que
adquiriría seria el doble que si se lo soltase de 1 metro. Este fundamento usan las montañas rusas. Una vez
que ascienden para luego dejarse caer e iniciar su recorrido, utilizan la conservación de la energía para
funcionar.
Cuando se encuentra a una cierta altura, tiene energía potencial. Cuando desciende, ésta se transforma en
energía cinética, la cual le permite volver ascender para luego descender, así se forma un ciclo de
transformación de la energía en potencial y cinética sucesivamente. Esto permite que las montañas rusas
puedan funcionar sin ninguna ayudar mecánica externa, sino hacerlo solo con la utilización de las leyes de la
física. De todos modos, hay que tener en cuenta la fricción producida por los rieles. Ésta desacelera la
velocidad de la montaña rusa, produciendo que la energía total neta no sea totalmente mecánica. Es decir,
parte de la energía se pierde en calor por la fricción. De todos modos, la energía total sí permanece
constante, dado que si se sumasen la energía potencial y cinética más el calor perdido por fricción, el
resultado siempre sería mismo, constante. De este modo, a la hora de diseñar las montañas rusas, los
ingenieros siempre tienen que dejar un margen para la pérdida de energía por la fricción. Aceleración: los
objetos que cambian su velocidad o su dirección se dice que aceleran.
Los objetos en la superficie de la Tierra experimentan una notable atracción debido a la enorme masa del
planeta. Primera Ley de Newton sobre el movimiento: los objetos siempre permanecen en reposo o en
movimiento rectilíneo uniforme a menos que una fuerza cambie su estado de movimiento. A la tendencia que
tienen los objetos de mantener su estado de movimiento se la llama inercia. Ley de conservación de
energía: es una de las leyes básicas de la física, y dice que la energía no se crea ni se destruye, solo se
transforma. Las montañas rusas funcionan convirtiendo la energía potencial gravitatoria (que aumenta al
alejar un cuerpo de la tierra, es decir, ganando altura) en energía cinética, velocidad. Segunda Ley de
Newton sobre el movimiento: el cambio en el estado de movimiento de un cuerpo se debe a la acción de
una fuerza la cual es directamente proporcional a la aceleración (la medida del cambio en su estado de
movimiento) del cuerpo. Tercera Ley de Newton sobre el movimiento: si un cuerpo "A" ejerce una fuerza
sobre otro cuerpo "B", el cuerpo "B" ejerce una fuerza de igual magnitud y en sentido contrario hacia el cuerpo
"A". Esta Ley es conocida como La Ley de la Interacción o Principio de Acción-Reacción.
Resultados
De acuerdo a la investigación realizada en este proyecto obtuvimos lo siguientes resultados: La montaña
rusa es una atracción de feria consistente en un sistema de rieles, que forman una o varias pistas o vías que
suben y bajan en circuitos diseñados específicamente. Por esos rieles se deslizan carros o coches, en los
cuales viajan los pasajeros convenientemente sujetos. Los vagones ascienden las cuestas impulsados por un
motor, y luego descienden por efecto de la gravedad provocando una aceleración con el objetivo de divertir y
asustar a los pasajeros. Las leyes de la física y la mecánica son las más importantes para que las montañas
rusas puedan funcionar sin ninguna ayuda mecánica externa, sino hacerlo solo con la utilización de las leyes
de la física. No se ha podido demostrar estas leyes debido a que la elaboración de la maqueta todavía se
encuentra en proceso de construcción.
Conclusiones
Al hacer la presente investigación nos dimos cuenta que la montaña rusa ofrece unos minutos de aventura,
emoción, diversión y adrenalina. El funcionamiento de una montaña rusa se basa principalmente en los
conocimientos de las leyes de la Física y la mecánica, las cuales trabajan con la Ley de Conservación de la
Energía, este funcionamiento tan complejo pero a la vez tan fácil hacen de esta atracción una de las más
solicitadas en los parques de atracciones.
Bibliografía
(s.f.). Obtenido de Aplicación de las Física, las montañas rusas:
http://aplicaciones.colombiaaprende.edu.co/red_privada/sites/default/files/Aplicacion_de_la_fisica_las_montan
as_rusas.pdf
Enciclopedia del saber. (s.f.). Obtenido de Leyes y fuerzas de las montañas rusas:
http://www.electricalfacts.com/Neca/Technology_sp/rollercoaster/lawsforces_sp.shtml
Física diaria. (s.f.). Obtenido de La Física en la vida cotidiana:
https://fisicadiaria.wordpress.com/2010/12/07/%C2%BFcomo-funcionan-las-montanas-rusas/