Escuchando la gravedad: tiro horizontal

Autores:

Se suelta la pinza que sujeta la bola B del péndulo, ésta empuja a la bola A, situada en el borde de la mesa, que cae describiendo un movimiento parabólico. Un micrófono conectado a un ordenador registra los sonidos producidos por la colisión entre las dos bolas y el choque de la bola A contra el suelo. Se miden, con una regla, la altura H y el recorrido horizontal, x_A, que quedará registrado en la tabla situada en el suelo gracias a la huella que deja un papel de calco [2].

Si  v_A es la velocidad horizontal inicial de la bola A, después de la colisión con la bola B su trayectoria (movimiento bidimensional) en el campo gravitatorio viene dada por las ecuaciones [3]:

siendo g la aceleración de la gravedad y (x₀, y₀) las coordenadas del objeto en el instante t = 0. Tomando x₀ = 0 e y₀ = H, la medida del tiempo de caída, t_A, permite la determinación de la aceleración de la gravedad mediante la expresión:

mientras que la medida del recorrido horizontal, x_A, permite el conocimiento de la velocidad de salida de la bola A:

¿Qué se pretende demostrar?

Se presentan tres experimentos (muelle, péndulo y tiro horizontal) en los que se mide la aceleración g debida a la gravedad haciendo uso de la tarjeta de sonido de un ordenador. En cada caso, un dispositivo se conecta a la entrada de audio del ordenador de manera que la tarjeta de sonido, a través de un software de grabación [1], permite detectar la señal generada por el dispositivo y medir tiempos con una precisión del orden de la cienmilésima de segundo. En el tiro horizontal la señal son los sonidos (captados con un micrófono) generados por una bola de acero empujada por otra desde una altura conocida.

El método propuesto proporciona rapidez y precisión en las medidas, enriqueciéndolas con otros fenómenos físicos que contribuyen al aprendizaje con el apoyo de nuevas tecnologías.

Dirigido a:

• Enseñanza Secundaria
• Enseñanza Universitaria

Materiales necesarios:

• Dos tablas con tornillos de nivelación.
• Dos bolas de acero de masa y radio conocidos, una de ellas formando un péndulo.
• Un ordenador con micrófono y software de grabación de sonido.
• Una regla graduada. Una hoja de papel de calco.

Riesgos:

No

Enlaces:

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Para saber más:

J.A. White, A. Medina, F.L. Román, and S. Velasco, “A measurement of g  listening to falling balls”, The Physics Teacher, vol. 45, pp. 175–177,  (2007)

Observaciones:

Se ha observado que mejora el valor obtenido de g realizando una corrección debido a que la bola A tiene un determinado tiempo de despegue hasta que empieza a efectuar su caída libre. Para más información ver artículo [2]. Se desprecian las correcciones debidas a la fuerzas de empuje y rozamiento asociadas a la caída de la bola A en el aire.

Otros autores

• Juan Antonio White
• Antonio González
• Santiago Velasco