Ascensor del cielo
Ascensor del cielo
¿Un avión asciende más rápido que un ascensor?
En las grandes ciudades modernas, ciertos ascensores alcanzan velocidades impresionantes. Por ejemplo, el ascensor de la Shanghai Tower puede subir a más de 20 m/s, es decir más de 70 km/h. Sin embargo, los aviones de línea también suben rápidamente después del despegue para alcanzar su altitud de crucero. Resulta entonces interesante comparar estos dos medios de transporte vertical. Gracias a los sensores integrados en un smartphone, es posible medir la altitud a lo largo del tiempo y deducir una velocidad vertical. Esta actividad propone aprovechar un vuelo en avión para registrar la evolución de la altitud durante la fase de ascenso. El alumno analiza después estos datos para calcular una velocidad media y compararla con la de un ascensor muy rápido. Este experimento ilustra cómo las medidas reales permiten confrontar ideas intuitivas con resultados cuantitativos.
Visão geral da atividade:
Durante un vuelo en avión, el alumno utiliza el GPS de FizziQ para medir y registrar la altitud durante la fase de ascenso. Analiza los datos para calcular la velocidad vertical media del avión y la compara con la del ascensor más rápido del mundo (Shanghai Tower, 20,5 m/s). Este experimento ilustra cómo las medidas reales permiten confrontar ideas intuitivas con resultados cuantitativos.
FizziQ
Autor:
Duração (minutos):
20-40
O que os alunos farão:
- Medir la altitud en función del tiempo con un sensor GPS.
- Calcular una velocidad vertical media a partir de datos experimentales.
- Comparar dos velocidades reales procedentes de sistemas diferentes.
- Comprender los factores físicos que influyen en el ascenso de un avión.
- Interpretar gráficos de altitud en función del tiempo.
Conceitos científicos:
Velocidad vertical
Variación de altitud
Cálculo de velocidad media
Movimiento vertical
Presión atmosférica
Sustentación aerodinámica
Presurización de cabina
Conversión de unidades (m/s, km/h)
Sensores:
- GPS
- Altímetro (deducido del GPS o de la presión atmosférica según el dispositivo)
Materiais necessários:
- Smartphone o tableta con FizziQ
- Un vuelo en avión
Procedimento experimental:
1. Antes de embarcar en el avión, abrir la aplicación FizziQ y seleccionar el instrumento Altitud GPS.
2. Activar el modo avión en el smartphone. En la mayoría de los dispositivos, el GPS sigue funcionando en modo avión.
3. Colocarse cerca de la ventanilla para mejorar la recepción de la señal GPS.
4. Una vez que el avión comience la fase de despegue y ascenso, iniciar el registro (REC) de la altitud en función del tiempo.
5. Registrar los datos durante al menos 30 segundos a 1 minuto de fase de ascenso estable.
6. Si es posible, registrar también la aceleración vertical durante el mismo periodo.
7. Detener el registro una vez alcanzada la altitud de crucero o cuando se disponga de datos suficientes.
8. En el cuaderno de experiencias de FizziQ, analizar el gráfico altitud en función del tiempo.
9. Calcular la velocidad vertical media del avión: v = Δh / Δt, donde Δh es la variación de altitud y Δt el tiempo transcurrido.
10. Convertir la velocidad obtenida en m/s y en km/h.
11. Comparar con la velocidad del ascensor de la Shanghai Tower (20,5 m/s, es decir 74 km/h).
12. Documentar los resultados, gráficos y conclusiones en el cuaderno de experiencias FizziQ.
Resultados esperados:
El gráfico de altitud en función del tiempo muestra un aumento progresivo de la altitud durante la fase de ascenso. La pendiente del gráfico corresponde a la velocidad vertical media del avión. Los valores obtenidos se sitúan generalmente entre 7 y 10 m/s para un avión de línea, con a veces valores cercanos a 15 m/s. La comparación muestra que ciertos ascensores muy rápidos pueden alcanzar velocidades verticales comparables o superiores a las de un avión. Pueden aparecer fluctuaciones en las medidas debido a la precisión limitada del GPS o a las variaciones de señal.
Questões científicas:
- ¿Por qué la velocidad vertical de un avión no es constante durante todo el ascenso?
- ¿Qué parámetros influyen en la velocidad de ascenso de un avión?
- ¿Por qué un ascensor puede a veces subir más rápido que un avión?
- ¿Cómo influye la precisión del GPS en la calidad de las medidas?
- ¿Qué diferencia existe entre velocidad instantánea y velocidad media?
Explicações científicas:
La velocidad ascensional de un avión de línea en fase de ascenso inicial está generalmente comprendida entre 7 y 10 m/s (aproximadamente 1500-2000 pies/minuto), pudiendo a veces alcanzar 15-18 m/s. Esta velocidad está determinada por factores como el empuje de los motores, la sustentación de las alas, la masa del aparato y las condiciones atmosféricas.
A título de comparación, el ascensor de la Shanghai Tower alcanza 20,5 m/s (74 km/h), lo que lo convierte en el más rápido del mundo. La diferencia fundamental entre estos dos sistemas reside en su funcionamiento: el ascensor utiliza motores eléctricos y contrapesos, mientras que el avión aprovecha la sustentación aerodinámica y el empuje de sus reactores.
Un aspecto crucial concierne a la presurización: en un ascensor, la presión permanece constante porque el sistema está abierto a la atmósfera, mientras que los aviones mantienen una presión de cabina artificial, ya que la presión atmosférica disminuye con la altitud (aproximadamente -1 hPa cada 8,5 m).
La velocidad vertical del avión se calcula como v = Δh / Δt. En la práctica, esta velocidad no es constante durante todo el ascenso: es máxima justo después del despegue y disminuye progresivamente a medida que el avión se acerca a su altitud de crucero, donde el aire menos denso reduce la sustentación y el empuje.
Es interesante observar que, aunque un avión se desplaza a velocidades horizontales muy superiores a las de un ascensor (800-900 km/h), su componente vertical es a menudo inferior. Esto se debe a que el ángulo de ascenso de un avión de línea es típicamente de solo 3 a 6 grados respecto a la horizontal.
Atividades de extensão:
- Realizar la misma experiencia en un ascensor de edificio para comparar los resultados.
- Estudiar el descenso del avión y comparar la velocidad de descenso con la de ascenso.
- Utilizar un altímetro basado en la presión atmosférica si está disponible.
- Comparar varios vuelos realizados en condiciones diferentes.
- Convertir las velocidades obtenidas en km/h o en pies por minuto.
Perguntas frequentes:
Q: ¿Qué es la velocidad vertical?
R: La velocidad vertical (o velocidad ascensional) es la componente vertical de la velocidad de un móvil. Para un avión de línea en fase de ascenso, está generalmente comprendida entre 7 y 10 m/s (1500-2000 pies/minuto), pudiendo a veces alcanzar 15-18 m/s.
Q: ¿Cómo utiliza FizziQ el GPS del smartphone?
R: FizziQ utiliza el GPS para medir la posición, la velocidad y la altitud en tiempo real. Estos datos se registran y se muestran en forma de gráficos temporales o de trayectorias, ideales para estudiar movimientos sobre grandes distancias.
Q: ¿Cómo integrar esta actividad en un curso de física?
R: Esta actividad se inscribe en el programa de mecánica del bachillerato. Puede realizarse como trabajo práctico (1h), en clase invertida o en casa. FizziQ permite un trabajo autónomo con un simple smartphone.