Newton
20 Mar, 2012
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PDFWith an egg
PRESENTATION: The throwing of an egg on a rigid surface produces the breaking of its shell, following Newton’s third law. If we allow the collision (interaction) time to be long enough we can reduce the interaction force so that it is not enough to break the shell, according to Newton’s second law.
- I “Saw” Newton’s Three Laws, Mike Shaw, Phys. Teach. 50, 480 (2012)
- Newton’s Apple, Archibald W. Hendry, Phys. Teach. 45, 294 (2007)
INTRODUCTION: The acceleration of a body is directly proportional to, and in the same direction as, the net force acting on the body, and inversely proportional to its mass’. This is Newton’s second law, that explains that a force acting on an object changes its state of movement. If a given object suffers a variation in its linear momentum, the force suffered by the object depends on the time period needed to do this variation.
OBJECTIVE: To verify experimentally Newton’s second law.
MATERIALS: a blanket, several eggs, a glass.
SETUP: Not required. A student will throw two eggs, with approximately the same initial speed. Other two students will hold the blanket in the air, picking up one egg carefully so that it will not break. The experiment can be also conducted by letting two eggs fall freely inside a glass, one empty and another filled with water, which will cushion the movement reducing the force on the egg.
EXPLANATION: Both eggs are thrown with the same initial speed and the linear momentum variation in both cases is the same as the final value is zero. The egg thrown against the blanket changes its momentum over a ‘large’ period of time so that the force experimented is small, while that thrown against the floor is stopped instantaneously producing a very strong force on it.
CONCEPTS: impulse or linear momentum, inertial mass, Newton’s laws of motion.
MORE INFORMATION:
TEXTS:
- T. Moore. Física seis ideas fundamentales, Mc Graw Hill, 2005.
- R. Serway, Física, Mac Graw Hill, 2010.
- P. Tipler, Física para la Ciencia y la tecnología , Reverté, 2012.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
STUDENTS 2011-2012: Rosalía Carrillo, David Camino, Enrique Braña
LINK pdf STUDENTS (in Spanish):
11 responses to "Newton"
Este mismo principio se aplica en los sistemas de seguridad de los coches, tanto en los airbags y cinturones como en las partes deformables de los vehículos. Estos sistemas están diseñados para incrementar el tiempo que el vehículo tardará en detenerse por completo (o nuestra cabeza en su colisión contra el volante en el caso del cinturón y el airbag), reduciendo así la fuerza del impacto. En este vídeo se puede observar su funcionamiento durante una colisión.
En las colisiones de vehículos el tiempo se traduce en vida. En el vídeo se observa claramente que aumentando la duración del impacto se reduce el daño causado sobre el objeto en movimiento. Para ello es necesario que los vehículos sufran una deformación progresiva en caso de impacto; esto se traduce en el siniestro total. En la industria de la automoción se lucha desde hace muchos años en el ligero equilibro que supone salvar la vida a cambio de que el automóvil quede inservible, o realizar coches más indeformables para velocidades bajas, pero realmente mortales para velocidades más altas.
En éste vídeo se compara un Chevrolet Bel Air de 1959 con un Chevrolet Malibu de 2009, donde se comprueba perfectamente que los vehículos deben deformarse en un choque de forma progresiva hasta la cabina donde se encuentra el conductor y que ésta debe ser lo más resistente posible para proteger su vida.
Me gustaría aportar un documento informativo de la DGT sobre el uso del cinturón y el airbag, donde no sólo se explica cómo funcionan por separado y en conjunto, si no también presentan estadísticas de su uso, presentan sus efectos secundarios (siempre menores que los daños por no utilizarlos). Destaca también porque el cinturón sujeta firmemente pero posee cierta elasticidad.
Particularmente me resulta interesante la explicación del efecto submarino, quizás lo menos conocido por el público general. Este se produce por un mal uso del cinturón (ej. si llevamos ropa muy gruesa) o porque el asiento está ya viejo y blando, de manera que el cuerpo se desliza y es el vientre (más débil que la pelvis) el que sufre el impacto.
En este proyecto se explica un principio del cual, en general, conocemos los efectos en base a la experiencia, pero los alumnos desconocen la explicación física. Detener un objeto en movimiento implica un cambio en el momento, lo cual implica una fuerza. En este caso esa fuerza provoca la rotura de la cáscara del huevo. En cambio, si alargamos el tiempo de ese cambio de momento la fuerza disminuye en gran medida resultando, en el caso del vídeo, en que el huevo se mantiene íntegro. Tal y como se ha comentado previamente, se aprovecha este principio para reducir la fuerza del impacto en un accidente de tráfico: el coche se fabrica para que se plegue durante un impacto, aumentando el tiempo de choque y reduciendo así la fuerza. Existen otras situaciones donde también se aplica este principio. Cuando saltamos desde una altura y al tocar el suelo doblamos las rodillas disminuimos la fuerza del choque al extender el tiempo de choque, de hecho rodar es una manera recomendada de disminuir la fuerza del impacto y evitar lesionarse; lo mismo cuando nos lanzan algo con fuerza, si lo paramos sin más recibiremos el impacto con fuerza, pero si alejamos el punto de recepción en el momento del impacto se reduce la fuerza de recepción (y seguramente no nos haremos daño); etc. El poder darle una explicación física a este tipo de situaciones ampliamente conocidas posiblemente motive a la comprensión de este fenómeno que, por otra parte, el vídeo explica claramente.
Ademáis da seguridade nos automóbiles, este fenómeno tamén se utiliza nos colchóns inflables que usan os bombeiros para salvar a xente das caídas.
Con este experimento podemos lograr comprender de una forma más sencilla como afecta el tiempo en la segunda ley de Newton, además de resultar una experiencia divertida para el alumnado.
Os dejo un enlace que muestra un experimento sencillo con el que poder explicar también la Segunda Ley de Newton con la ayuda de un recipiente con agua u otro líquido poco denso, una vela, mechero y una botella o un vaso.
Me parece un muy buen experimento para aplicar en el Bloque 6. “Las fuerzas que nos mueven” en la asignatura de Ciencias Generales en el 2º curso de educación secundaria.
Este principio se usaba con las las zapatillas de moda de los años 90, aquellas con la famosa cámara de aire. La publicidad de estas indicaban que amortiguaban el impacto bajo la misa idea que se indica en el vídeo: la energía del golpe se distribuía en un mayor tiempo, lo que restaba dureza al impactar sobre el suelo. Lo malo de este sistema es que se perdía control sobre la pisada y debilitaba la musculatura del pie.
Este experimento lo realizamos en clase y fue muy interesante y visual. Muy práctico para utilizar en clase con los alumnos.
Me atrevería a decir que este proyecto va a ser un recurso muy utilizado por los profesores de Física y Química de 2º E. S. O. a partir de ahora, ya que les proporciona las herramientas necesarias para impartir de modo satisfactorio una parte de los contenidos del currículo de este curso, concretamente la que dice “Aplicación de las leyes de Newton: observación de situaciones cotidianas o de laboratorio que permiten entender cómo se comportan los sistemas materiales ante la acción de las fuerzas y predecir los efectos de estas en situaciones cotidianas y de seguridad viaria.”, la cual podemos encontrar en el bloque 4, titulado “La interacción”.