Trabajo De Evaluación Interna De Físic1 4g2i2e

TRABAJO DE EVALUACIÓN INTERNA DE FÍSICA

¿Cómo afecta la superficie (área) de un paracaídas su tiempo de vuelo en el aire? Candidato: Marcelo José Candia Cervantes Código de alumno:

Número de palabras: (…) Setiembre 2016 Lima-Perú

La física se encuentra en toda parte de la vida del ser humano. Todos hemos experimento de manera casi inconsciente lo que son estos fenómenos, ya que se han vuelto cotidianos para nosotros. Esta investigación surgió como un recuerdo de mi niñez, cuando las historias llegaban a mi cabeza de manera sencilla y la imaginación me hacía convertir los materiales a mi alrededor en instrumentos que yo consideraba sofisticados. De esta forma una silla se podía convertir en una casa, un zapato en un bote y (a lo que viene a dar mi investigación) una bolsa en un paracaídas. ¿QUÉ VARIABLES AFECTAN LA RESISTENCIA DEL AIRE EN UN PARACAÍDAS? Llegar a esta pregunta fue bastante complicado, luego de haber pasado por mi cabeza muchas otras ideas pero que en verdad no me llamaron tanto la atención como esta. Pensé que cuando uno es pequeño no se percata de lo que involucra realizar una herramienta como el paracaídas, no escoge los materiales, no se fija en el área de la superficie, ni se percata de la altura de la que está realizando este juego. Es por esto que quise saber qué es lo que produce que el descenso del paracaídas sea satisfactorio o no. Finalmente, para redondear la elección de mi tema, relacioné la situación con el tema de cinemática en física, ya que involucra el movimiento de un cuerpo, el juguete con el paracaídas en este caso. A partir de esta investigación lo que haré será identificar cómo afecta el área de un paracaídas su tiempo de vuelo, buscando la mejor forma de elaborar uno para que se mantenga más tiempo en el aire. Para esto se presenta una parte teórica y de conceptos que nos servirá como marco para generar una hipótesis. Posteriormente, se procederá con la parte experimental elaborando paracaídas diferentes con materiales simples con los que un niño podría jugar pero con un proceso más elaborado. Finalmente se realizará la recopilación de datos y mediciones lanzando los paracaídas, de esta manera se podrá comprobar la veracidad de la hipótesis y evaluar esta mediante gráficas.  CONCEPTOS FUNDAMENTALES: LA CAÍDA LIBRE La caída libre viene a ser dentro de la física un tipo de movimiento uniformemente acelerado. En la antigüedad se consideraba que todo objeto caía a diferentes velocidades dependiendo de su masa. Por ejemplo, era fácilmente apreciable que una piedra y una pluma caían velocidades altamente

distintas. Fue Galileo Galilei quien se encargó de rebatir esta teoría. Galilei postuló que todo objeto cae con una misma aceleración en ausencia de la resistencia del aire. “Galileo utilizó un argumento muy ingenioso: cuando se suelta una piedra pesada desde una altura de 2 metros, clavara una estaca en el suelo mucho más profundamente de lo que lo hará la misma piedra cuando se suelta desde una altura de solo 0.2m.” (Giancoli,p31) La otra sección del postulado de Galileo implica que en nuestro entorno, el aire genera una resistencia sobre ciertos objetos, especialmente aquellos que son muy ligeros. RESISTENCIA DEL AIRE: La caída libre es un tipo de movimiento en la física, que no existe de manera natural en condiciones normales de nuestra atmósfera. ¿Por qué ocurre esto? Pues por la resistencia del aire. En nuestra atmósfera, el aire es una combinación de gases que permiten la vida humana y de otros seres vivos. Este, al encontrarse a todo nuestro alrededor, afecta muchos de los fenómenos físicos que ocurren cerca, siendo uno de los más importantes los de la cinemática; en especial, la caída libre. La resistencia del aire (también conocida como resistencia aerodinámica o fuerza de arrastre) funciona como una fuerza similar a la de fricción, puesto que esta va siempre en sentido contrario al movimiento, provocando una desaceleración.

Fa

mg

En el gráfico podemos ver cómo 2 fuerzas opuestas actúan sobre el objeto: el peso y la resistencia del aire. La teoría nos dice que la resistencia del aire es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad del objeto, bajo la siguiente fórmula: 𝐹𝑎 = −𝑘𝑣 2 Donde el signo negativo representa que esta fuerza es opuesta a la fuerza de gravedad. Además, k es la constante de proporcionalidad que depende de características del objeto, tales como: ρ, la densidad del aire; A, el área transversal del objeto; y δ, un coeficiente que depende de la forma del objeto; todo esto dividido entre 2.

𝜌𝐴𝛿 𝐹𝑎 = − ( ) (𝑣 2 ) 2 Esta es en sí la fórmula extendida de la resistencia del aire. VELOCIDAD TERMINAL El concepto de velocidad terminal viene de la mano con el de resistencia del aire ya que llegará un punto en que los valores de la fuerza de gravedad y la resistencia del aire sean iguales, de tal modo que se eliminen. 𝐹𝑔 = 𝐹𝑎 𝑚𝑔 = 𝑘𝑣𝑡2 𝑚𝑔 𝑘

𝑣𝑡 = √

De acuerdo a la 1era Ley de Newton si la sumatoria de todas las fuerzas da 0 entonces la velocidad es constante; de este modo se cumple que la velocidad terminal será la velocidad máxima que alcanzará un cuerpo cayendo en condiciones normales antes de esta volverse constante. PARACAÍDAS: El paracaídas es un artefacto bastante popular entre las personas, este permite realizar saltos de grandes alturas sin el riesgo de que ocurra una fatalidad. El mecanismo del paracaídas no es muy complicado ya que se basa en los principios que ya se ha visto sobre la resistencia del aire. Consta de las siguientes partes: Arnés: Es la parte que sujeta el paracaídas al cuerpo de la persona que lo esté usando. Líneas: Están las de control, que son las que recaen en las manos del paracaidista y le permite direccionar su vuelo; por otro lado, están las de suspensión que son las que se sujetan directamente al paracaídas. Campana: Se refiere a la parte principal que se extiende en el paracaídas. Esta contiene partes como celdas para que entre el aire. Muchas veces la campana requiere de otro pequeño paracaídas piloto que le permita extenderse mejor. Entonces, ¿Cómo funciona? Es simple, puesto que a la hora de extenderse la campana, la superficie a la que estas sujeto se amplía mucho, aumentando la resistencia del aire. Por ende si la constante de resistencia aumenta, entonces la velocidad terminal va a disminuir.

Utilizaré esta premisa a modo de hipótesis: “A medida que aumente el área del paracaídas, el tiempo de vuelo de este será mayor”  SELECCIÓN DE VARIABLES VARIABLES INDEPENDIENTES

VARIABLES DEPENDIENTES

VARIABLES CONTROLADAS

 EXPERIMENTACIÓN  RECOPILACIÓN DE DATOS

 INTERPRETACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS DATOS  CONCLUSIONES

 MEJORAS EN EL EXPERIMENTO  ESTUDIOS ADICIONALES

 REFERENCIAS

http://www.batanga.com/curiosidades/7393/como-funciona-un-paracaidas https://www.youtube.com/watch?v=38z_FiGCJV8 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/airfri.html http://www2.vernier.com/sample_labs/CMV-35-resistencia_del_aire.pdf http://www.uv.es/~dae/Apunte6.pdf https://seriesdivergentes.wordpress.com/2009/05/31/velocidad-terminal/ https://www.youtube.com/watch?v=GoDOTdnSjnQ