Astronauta y centrifugadora
Astronauta y centrifugadora
¿Sobreviviría un astronauta en una centrifugadora de ensalada?
En ciertas películas, como Elegidos para la Gloria, los astronautas son sometidos a pruebas agotadoras en centrífugas gigantes. Estas máquinas sirven para verificar si el cuerpo de los astronautas puede soportar las muy fuertes aceleraciones que van a sufrir durante el despegue y el aterrizaje del cohete.
En esta actividad, vas a reproducir una centrífuga miniatura con una centrifugadora de ensalada y medir la aceleración obtenida con la ayuda de un smartphone.
Learning objectives:
El alumno transforma una centrifugadora de ensalada en centrífuga miniatura colocando su smartphone protegido, luego mide la aceleración centrípeta máxima generada durante la rotación, utilizando el acelerómetro de FizziQ. Actividad adaptada al liceo.
FizziQ
Autor:
Duración:
50 minutos
Lo que harán los estudiantes:
'- Comprender el papel de la aceleración centrípeta en un movimiento circular.
- Utilizar un acelerómetro para medir una aceleración real.
- Relacionar medidas experimentales con un modelo matemático.
- Comparar resultados experimentales con límites fisiológicos humanos.
Conceptos científicos:
'- Aceleración centrípeta
- Movimiento circular uniforme
- Velocidad angular
- Fuerza centrífuga aparente
- Aceleración gravitacional
- Fuerzas inerciales
- Fisiología de las aceleraciones elevadas
- Límites del cuerpo humano frente a las fuerzas g
Sensores:
'- Acelerómetro - Giroscopio
What is required:
'- Smartphone con la aplicación FizziQ (o una aplicación equivalente como phyphox que permita la adquisición de los sensores del smartphone)
- Centrifugadora de ensalada,
- Protección para el smartphone,
- Cronómetro (opcional),
- Cinta métrica para medir el radio de la centrifugadora
Procedimiento experimental:
1. En la película Elegidos para la Gloria, los astronautas son sometidos a pruebas de resistencia. Intenta comprender estas pruebas con una centrifugadora de ensalada
2. Para asegurarse de que los astronautas resisten las fuertes aceleraciones, se les somete a la prueba de la centrífuga
3. En esta prueba, una cápsula en la que se encuentra el astronauta gira cada vez más rápido alrededor de un eje, hasta que se desmaya o pide parar
4. Un humano no entrenado soporta una aceleración de 4 a 6 g, es decir, de 4 a 6 veces su peso. Un astronauta puede soportar hasta 12 g
5. Con la ayuda de tu smartphone y una centrifugadora de ensalada, ¿puedes reproducir una centrífuga y medir la aceleración máxima a la que logras someter tu móvil?
6. ¡No olvides envolver bien tu smartphone!
7. ¿Un astronauta habría sobrevivido si estuviera en el lugar de tu smartphone en la cesta?
8. ¿Puedes calcular la velocidad, en revoluciones por minuto, de la cesta de la centrifugadora que genera esta aceleración?
9. Si la cesta es más grande, pero gira a la misma velocidad, ¿la aceleración será mayor o menor?
10. ¿Qué deduces sobre el diseño de las centrífugas?
Resultados esperados:
La aceleración medida aumenta cuando la velocidad de rotación aumenta.
Se pueden obtener valores de aceleración de varios g con una centrifugadora de ensalada.
Para una velocidad de rotación constante, un aumento del radio produce un aumento de la aceleración centrípeta.
La comparación con los límites fisiológicos humanos permite estimar si un astronauta podría soportar la aceleración medida.
Preguntas científicas:
'- ¿Qué aceleración máxima se puede obtener con una centrifugadora de ensalada?
- ¿Podría un astronauta soportar esta aceleración?
- ¿Cómo influye la velocidad de rotación en la aceleración centrípeta?
- ¿Por qué las centrífugas profesionales tienen un radio grande?
Explicaciones científicas:
La aceleración centrípeta es la fuerza que mantiene un objeto en una trayectoria circular. Está dirigida hacia el centro del círculo y se calcula según la fórmula a = v²/r = ω²r, donde v es la velocidad lineal, ω la velocidad angular y r el radio. En una centrifugadora de ensalada, el smartphone colocado en la cesta experimenta esta aceleración. Al medir la aceleración máxima con FizziQ y conocer el radio de la cesta, se puede calcular la velocidad de rotación: ω = √(a/r). La aceleración se expresa a menudo en "g" (múltiplos de la aceleración gravitacional terrestre, 9,81 m/s²). Un humano no entrenado soporta de 4 a 6 g antes de perder el conocimiento, mientras que un astronauta entrenado puede soportar hasta 12 g. Las centrífugas profesionales de entrenamiento tienen un radio grande (varios metros) para poder generar fuerzas g elevadas con velocidades de rotación moderadas. Una centrifugadora de ensalada, con su radio pequeño, debe girar muy rápido para generar aceleraciones comparables.
Actividades de ampliación:
'- Utilizar centrifugadoras de diferentes tamaños para comparar las aceleraciones obtenidas.
- Probar diferentes velocidades de rotación y comparar los valores medidos.
- Realizar el experimento con diferentes masas para observar el efecto sobre la rotación.
Preguntas frecuentes:
Q: ¿Qué es la aceleración centrípeta?
R: La aceleración centrípeta es la fuerza que mantiene un objeto en una trayectoria circular.
Q: ¿Cómo se utiliza el acelerómetro del smartphone en esta actividad?
R: El acelerómetro MEMS del smartphone mide la aceleración según tres ejes (x, y, z). FizziQ muestra estos datos en tiempo real en forma de gráficos, permitiendo registrar y analizar con precisión los movimientos estudiados.
Q: ¿Cómo integrar esta actividad en un curso?
R: Esta actividad puede integrarse en un curso de mecánica sobre el movimiento circular y las fuerzas centrípetas.