Péndulo de Newton
Péndulo de Newton
Energía mecánica y ley de conservación de la energía para un péndulo de Newton
Desde el siglo XVII, los científicos buscan comprender cómo los objetos intercambian energía cuando entran en colisión. Investigadores como John Wallis, Christopher Wren y Christiaan Huygens estudiaron las leyes que gobiernan estas colisiones. En esta actividad, vas a utilizar el análisis cinemático de FizziQ para estudiar el péndulo de Newton y verificar la conservación de la energía.
Descripción de la actividad:
El alumno utiliza el módulo de análisis cinemático de FizziQ para estudiar el movimiento de las bolas de un péndulo de Newton antes y después del impacto. Actividad adaptada al Colegio, Liceo.
FizziQ
Autor:
Duración:
20 minutos
Lo que harán los estudiantes:
'- Estudiar la transferencia de energía durante un choque entre dos objetos.
- Calcular la energía cinética y la energía potencial a partir de medidas experimentales.
- Verificar experimentalmente la conservación de la energía mecánica.
- Estimar el coeficiente de restitución de una colisión.
Conceptos científicos:
Conservación de la energía; Colisión elástica e inelástica; Transferencia de energía; Coeficiente de restitución; Dinámica de los choques
Sensores:
'- Cámara
Material necesario:
Smartphone con la aplicación FizziQ; Vídeo 'Péndulo de Newton' disponible en los recursos FizziQ; Cuaderno de experiencias FizziQ
Procedimiento experimental:
Les élèves vont d'abord charger un vídeo de pendule de Newton en le module d'analyse Cinématique de FizziQ. Si c'est votre première utilisation du module cinématique, vous pouvez suivre cette vidéo tutoriel : https://www.youtube.com/watch?v=sZdndmHefH8
El vídeo se trouve en les vidéos cinématique du site FizziQ. Les élèves peuvent y accéder depuis l'application : en la pestaña Herramientas, ouvrir Etude Cinématique, puis seleccionar Vidéo, puis Ressources FizziQ y copie le lien de el vídeo Pendule de Newton. Pour l'ajouter on revient en FizziQ, puis on selecciona l'icône Internet, y pulsa en l'icône Copier.
Les élèves peuvent également créer leur propre vidéo, ce que nous recommandons d'ailleurs, y la télécharger simplement en FizziQ.
Une fois que el vídeo es chargée el alumno calcula l'energía mecánica du système avant y après le choc. Pour cela, el alumno pointe 5 positions de la bille avant l'impact, puis en Résultats, il ajoute à son cahier les énergies cinétiques y potentielles du système. Puis el alumno revient en Pointage, efface les données précédentes con la poubelle, y pointe 5 positions de la bille après l'impact puis ajoute à son cahier les énergies cinétiques y potentielles.
La comparaison en le cahier de l'energía mecánica avant y après le choc permet d'étudier le principe de conservación de la energía lors de un choc élastique, y de calculer le coefficient de restitution.
Resultados esperados:
Antes del choque, la bola inicialmente separada posee una energía potencial ligada a su altura así como una energía cinética cuando comienza a descender. Durante el impacto, la energía se transfiere a las bolas vecinas. Después del choque, una bola se eleva del lado opuesto a una altura ligeramente inferior.
Preguntas científicas:
'- ¿Por qué la bola opuesta sube cuando se suelta la primera bola?
- ¿Por qué la energía mecánica medida después del choque es inferior a la medida antes?
- ¿Qué fenómenos físicos provocan las pérdidas de energía observadas?
- ¿Cómo se puede estimar el coeficiente de restitución?
Explicaciones científicas:
Le péndulo de Newton, nommé d'après Isaac Newton bien qu'il n'en soit pas el inventeur, es un dispositif qui illustre parfaitement les principes de conservation de la quantité de mouvement y de el energía mecánica. Il se compose généralement de cinq billes métalliques identiques suspendues côte à côte. Lorsqu'on écarte une bille y qu'on la relâche, elle heurte les autres et, de façon surprenante, seule la bille à el extrémité opposée se soulève, y à la même hauteur que la première. Physiquement, deux principes son à el œuvre: 1) La conservation de la quantité de mouvement: mv₁ = mv₂ (où m es la masa des billes y v₁, v₂ les velocidads avant y après collision); 2) La conservation de el energía mecánica: ½mv₁² = ½mv₂² (en négligeant les pertes). Pour un choc parfaitement élastique, ces deux leys imposent que en un système de deux masas identiques, la totalité de el energía cinética soit transférée de la première masa à la seconde. Dans un péndulo réel, les chocs ne son jamais parfaitement élastiques: une partie de el énergie es convertie en chaleur, en vibrations o en ondes sonores. Le coefficient de restitution e caractérise esta perte d'énergie: e = √(E₂/E₁), où E₁ y E₂ son les énergies mécaniques avant y après collision. Pour un choc parfaitement élastique, e = 1; para un choc totalement inélastique, e = 0. El analyse cinématique de FizziQ permet de medidar précisément les énergies à différents instants y de calculer ce coefficient. Les péndulos de Newton commerciaux ont typiquement un coefficient e entre 0,9 y 0,95. Esta experimento permet de comprendre visuellement des concepts abstraits comme la conservation de el énergie y de la quantité de mouvement, y illustre la différence entre modèles théoriques (conservation parfaite) y réalité physique (pertes inévitables).
Actividades de ampliación:
'- Realizar un vídeo con un péndulo de Newton real para comparar los resultados con un vídeo proporcionado.
- Estudiar el movimiento liberando dos bolas en lugar de una sola para observar la transferencia de energía múltiple.
- Comparar péndulos de diferentes materiales.
Preguntas frecuentes:
Q: ¿Qué es la conservación de la energía?
R: El péndulo de Newton, nombrado así por Isaac Newton aunque no fue su inventor, es un dispositivo que ilustra perfectamente los principios de conservación de la cantidad de movimiento y de la energía.