EXPERIMENTO DE LA MANGUERA

Con este experimento bastante sencillo pretendemos ayudar a introducir fenómenos que pueden llegar a ser muy complicados sin las herramientas adecuadas. Así, nuestra idea es poder presentar temas avanzados de física y cálculo elemental de una manera dinámica, entretenida y sobre todo muy sencilla para todo aquel que pretenda iniciarse en el maravilloso mundo de la física.
Materiales:

Unamanguera que funcione.
Un pliego de cartulina o cualquier otro papel perfectamente cuadriculado con medidas conocidas.
Un móvil o celular con cámara.
Comprensión de la gravedad, vectores y aceleración, así como funciones parabólicas al menos a nivel básico
Procedimiento

Colocaremos una manguera de manera tal que quede descansando en una superficie lisa, como una silla del jardín o una barda(debe estar suficientemente elevada como para que podamos observar lo que queremos, un metro y medio o dos debería bastar). Detrás de la manguera y perfectamente paralelo a esta colocaremos el pliego con las medidas que nosotros hicimos. Esto servirá como referencia para calcular aproximadamente a qué velocidad viaja el agua. diseño de experimentoCon el teléfono con cámara haremos un video quemuestre perfectamente cómo el agua avanza y describe una parábola al caer. Ahora, esta es la parte más engañosa del experimento. Debemos ser capaces de distinguir, preferentemente cuando el agua comienza a fluir o cuando se detiene, qué tantos cuadros avanza en un intervalo de tiempo. Así, podremos calcular la velocidad del agua que consideraremos constante (ya que no estamos haciendo nada paramodificar su velocidad) con la siguiente ecuación: ecuación velocidad promedioDonde “s” es la distancia que recorre en el intervalo t, que es el tiempo. La idea es ajustar la ecuación hasta lograr determinar, aproximadamente, cuál es la distancia s que recorre el agua en un segundo. Velocidad promedio e inicialCon ese dato, proseguimos: dado que marcamos con distancias conocidas el pliego,procuraremos determinar por qué puntos pasa el agua. La idea es que justo en la boca de la manguera colocamos nuestro eje de referencia, es decir, será el punto (0,0) o el origen. De ahí, contaremos cada cuadro dependiendo la distancia de la que se trate e iremos asignando coordenadas a cada punto. Al final debemos de tener una parábola con todos los puntos seleccionados. Esto se puede hacer fácilmente conel programa Paint por ejemplo, con una imagen estática del video que hicimos. Una vez obtenidas nuestras coordenadas, pasamos al punto siguiente. Eje de referencia

Las matemáticas

Si es cierto que este tipo de movimientos se llaman parabólicos, entonces deberíamos ser capaces de utilizar las ecuaciones de una parábola para conocer los datos que buscamos. La ecuación general de unaparábola es: ax2 + bx + c = 0. Ahora bien, se trata de un movimiento parabólico, lo que quiere decir que tendremos movimiento tanto en el eje “x” como en el eje “y”. Esto implica que necesitaremos las ecuaciones que describan ambos movimientos. Las ecuaciones generales para estos movimientos, sin tratamiento alguno, se agregarán a continuación con su respectiva explicación: Tras haber obtenido ciertavelocidad en la primera parte del experimento y manteniéndola relativamente constante en la segunda parte, el agua comienza su vuelo fuera de la maguera con cierta velocidad inicial V0 que además resulta ser la velocidad promedio obtenida anteriormente, o bien la velocidad de salida obtenida mediante el video. En esta parte, el experimento vuelve a tomar la forma de un tiro parabólico, por lo quese tiene una componente de la velocidad tanto en “x” como en “y”. Nótese entonces que para esta parte del experimento, se tiene un vector con cierta magnitud y dirección. La dirección en este caso, en el momento justo en el que abandona la manguera, es de q = 0°. Entonces, tenemos que: ecuación magnitud vector En donde V = la magnitud de la velocidad inicial, Vx y Vy los componentes de la...