Catapult

a diazUNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE FACULTAD DE CIENCIAS DPTO. DE FÍSICA LIC. EN FÍSICA MEN. ASTRONOMIA

ESTUDIO DE LA FÍSICA EN UNA CATAPULTA

IGNACIO SEBASTIÁN CHINGA DOLAREA

OBJETIVO: El experimento a explicar consiste en un trebuchet que es una especie de catapulta solo que este actúa por efecto de un contrapeso que es el que impulsa el proyectil, generando una velocidad que lepermitirá recorrer una distancia proporcional a la carga del contrapeso, a diferencia de una catapulta que opera por torsión de cuerdas o algún otro mecanismo menos cuantificable físicamente; Pero para evitar confusión le seguiremos llamando catapulta porque finalmente cumple la misma tarea que es arrojar algún proyectil por acción de fuerzas ejercidas por otros objetos. El objetivo de este informe esexplicar todos los efectos físicos que rigen a una catapulta como es la conservación de energía dentro de la cual actúan efectos como momento de inercia, la velocidad angular, energía cinética y energía potencial además de unos conceptos básicos de dinámica que también intervienen en este proyecto. Habiendo conocido todos los efectos físicos que actúan en esta catapulta, se podrán analizar ycuantificar aplicando formulas que permitirá sacar la mayor cantidad de información de esta, para así predecir el lanzamiento. Una vez examinado los datos, se comprobara esto experimentalmente, para ver si existe relación entre lo teórico y empírico.

MATERIALES: Para la construcción de la catapulta de dimensiones reducidas se utilizaron: • • • • listones de madera de dimensiones 15 mm de ancho por15 mm de alto para la estructura de la catapulta clavos y silicona liquida para el ensamblaje de cada listón cuerda para reforzar la unión entre listones que estarán afectados por la acción de fuerzas mayores Una tapa como recipiente del proyectil

PROCEDIMIENTO: Luego de reunir los materiales se construirá una catapulta de dimensiones reducidas, cuyas medidas se dan a continuación: • • • • • •• • Altura de la base al eje (a): 23,4 cm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(0.234 mts) Longitud del brazo más chico (b): 8 cm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . (0.08 mts) Longitud del brazo mas largo (c): 32 cm. . . . . . . . . . . . . . . . . ..(0.32 mts) Masa del brazo completo (µ): 20.2 g. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..(0.0202 kg) Masa del brazo pequeño: 3,4 g. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . (0.0034 kg) Masa del brazo largo: 16.8 g. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (0.0168 kg) Masa del contrapeso(sin carga) (M): 53 g. . . . . . . . . . . . . . . . . (0.053 kg) Masa del proyectil (m): 0.52 g. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (0.00052 kg)

FIGURA 1: diagrama de la catapulta descrita anteriormente

En la figura 1 seobserva el contrapeso de masa M que consiste en una canasta movible en donde se introducirá la carga deseada, tambien se puede ver el proyectil de masa m que será lanzado. Para efectuar un lanzamiento se debe colocar en el contrapeso la carga deseada y en el extremo del brazo algún proyectil a lanzar, después se debe torcer el brazo hacia atrás, como lo muestra la figura 2, de manera que el proyectilsalga despedido con un ángulo de 45º para maximizar el alcance. Se deja el contrapeso libre de caer y el brazo más largo arroja el proyectil con ese ángulo.

FIGURA 2: diagrama reducido de la posición inicial de la catapulta, M es la masa del contrapeso y m es la masa del proyectil.

Cuando el brazo queda a 90º del suelo, se ha puesto un tope en la catapulta para que el contrapeso no sigaoscilando y se detenga bruscamente, así el proyectil saldrá despedido con el mismo ángulo que se torció el brazo, en este caso es 45º en donde se conseguirá una trayectoria optima como lo muestra la figura 3.

FIGURA 3: diagrama reducido de la posición de lanzamiento de la catapulta donde V y v son las velocidades de M y m respectivamente al momento del lanzamiento. El proyectil sale despedido con...