En este sistema físico sencillo,  consideraremos, por ahora, que no existe rozamiento con el aire. La cuerda tiene una masa despreciable y es totalmente inelástica.

ACTIVIDAD 1

Descarga el fichero pend1.ip y ábrelo con el programa IP. Pon en marcha la simulación. Describe brevemente lo que sucede.

1. ¿Qué objetos forman el sistema en estudio? Nómbralos.

2. ¿Qué tipo de trayectoria realiza el péndulo? ¿Lineal, circular, elíptica, curvilínea en general?

3. ¿Se mueve siempre con la misma rapidez?

4. ¿En qué posiciones se mueve a mayor rapidez y en cuáles a menor?

5. ¿Qué tipo de movimiento realiza el péndulo?

Anota cuidadosamente todas tus respuestas, tus conclusiones y las hipótesis que vayas formulando a lo largo del experimento.

Una vez comprobado que el programa funciona en tiempo real, podemos utilizar su cronómetro incorporado para hacer las medidas de tiempo.

Como ya sabes, el período (T) del péndulo es el tiempo que tarda en realizar una oscilación completa.

1. Intenta medir dicho período con un cronómetro.

Cierra el fichero de la actividad anterior y descarga el fichero pend2.ip. Ábrelo con IP.

2. Compara el tiempo que mide tu cronómetro real con el que incorpora el programa.

3. En lugar de medir el tiempo de una sola oscilación, mide el de 10 oscilaciones y divide el resultado por 10. ¿Hay mucha diferencia entre ambos resultados? ¿Cuál será más exacto?

4. Para aumentar la precisión de la medida, cuando el péndulo esté cerca del punto final de la oscilación que estás midiendo, detén la simulación y hazla avanzar fotograma a fotograma pulsando con el ratón en los botones de la barra de desplazamiento: Observa que también se detiene y avanza lentamente el medidor de tiempo. ¡Sólo en las simulaciones podemos controlar el tiempo de esta manera!

Esta forma de medir el tiempo fotograma a fotograma será muy útil en cualquier simulación con IP. No la olvides.

Es importante resaltar que siempre se debe modificar el valor de una magnitud cada vez, nunca varias simultáneamente porque sería imposible determinar qué influencia tiene cada una de ellas: es lo que se denomina el control de variables.

Descarga el fichero pend3.ip. Observa que aparece un elemento nuevo: un control que permite variar la masa del péndulo. Puede tomar valores entre 0'5 kg y 5 kg. Arrastra el deslizador o introduce directamente el valor que desees para la masa en el recuadro inferior del control.

1. Formula alguna hipótesis sobre la influencia que ejercerá un cambio de masa sobre la duración del período del péndulo. Recuerda las condiciones en las que estamos realizando el experimento: no hay rozamientos, la cuerda es inextensible y sin masa.

2. Vamos a contrastar esas hipótesis. La masa inicialmente era de 2 kg y el período ya lo has medido en las actividades anteriores. Aumenta la masa y vuelve a calcular el período con ese nuevo valor. Prueba, por ejemplo, con 2'5, 3 o 4 kg y anota el valor de T en cada caso.

3. Realiza ahora varias medidas de T con valores de masa inferiores a 2 kg.

4. ¿A qué conclusión se llega?

5. ¿Era correcta tu hipótesis?

6. Establece una ley sencilla que ponga de manifiesto este resultado que acabas de obtener.

Puede ser muy útil que hagas una tabla con los datos obtenidos. Esta forma de presentar los datos permite observar mejor los cambios.

Hay que observar que estamos controlando las variables: ahora no podemos modificar la masa, sólo la longitud.

El proceso de recogida de datos es similar al de la actividad anterior.

Es importante resaltar la necesidad de utilizar un lenguaje preciso, con un vocabulario adecuado a los objetos y variables que se están manejando, a la hora de expresar leyes cualitativas.

Descarga el fichero pend4.ip. Observa el control que aparece ahora: permite variar fácilmente la longitud del péndulo. Puede tomar valores entre 0'5 m y 5 m (¡un péndulo de casi 2 pisos de altura!). Arrastra el deslizador o introduce directamente el valor que desees para la longitud en el recuadro inferior del control.

1. Formula alguna hipótesis sobre la influencia que ejercerá un cambio de la longitud del péndulo sobre su período.

2. Vamos a contrastar esas hipótesis. La longitud inicialmente era de 2 kg y el período ya lo has medido en las actividades anteriores. Aumenta la longitud y vuelve a calcular el período con ese nuevo valor. Prueba, por ejemplo, con 2'5, 3 o 4 m y anota el valor de T en cada caso.

3. Realiza ahora varias medidas de T con valores de longitud inferiores a 2 m.

4. ¿A qué conclusión se llega?

5. ¿Era correcta tu hipótesis?

6. Establece una ley sencilla que ponga de manifiesto este resultado que acabas de obtener.

No hay que preocuparse, de momento, por establecer leyes cuantitativas. Expresa las leyes de forma verbal y por escrito de forma cualitativa sencilla. Recuerda la conveniencia de anotar los datos que vas recogiendo en una tabla ordenada. Te será muy útil para establecer relaciones entre las variables.

Aunque en el Sistema Internacional de Unidades se debe tomar el radián como unidad para la medida de ángulos planos, por comodidad usaremos los grados sexagesimales ya que proporcionan valores más intuitivos y cotidianos. Pero se debe hacer esta aclaración.

Como se puede ver, la longitud y la masa permanecerán fijas en toda esta actividad.

Descarga el fichero pend5.ip. Observa el control que aparece ahora: permite variar fácilmente el ángulo que forma la cuerda del péndulo con la vertical. Puede tomar valores entre 0º  y 90º, es decir, desde completamente vertical a completamente horizontal.

1. Formula alguna hipótesis sobre la influencia que ejercerá un cambio de dicho ángulo sobre el período del péndulo.

2. Vamos a contrastar esas hipótesis. El ángulo era inicialmente de 30º y el período ya lo has medido en las actividades anteriores. Disminuye el ángulo hasta, por ejemplo, 25º, 20º, 15º y 10º. Anota en la tabla correspondiente los resultados del período del péndulo frente al ángulo con la vertical.

3. Realiza ahora varias medidas de T con valores superiores a los 30º.

4. ¿A qué conclusión se llega? Observa bien los datos. Si algo es extraño, no dudes en repetir el experimento: eso es muy normal y habitual.

5. ¿Era correcta tu hipótesis? Corrígela, amplíala, modifícala como creas conveniente para adecuarse a los resultados que has obtenido.

6. Establece una ley sencilla que ponga de manifiesto este resultado que acabas de obtener. Quizás esta ley sea un poco más larga que las anteriores.

Tal vez sea necesario hacer precisiones, establecer límites o divisiones en la expresión de la ley cualitativa que relacione el período del péndulo con el ángulo que forma con la vertical. No te preocupes: eso es normal, puede que incluso no la veas clara al principio. Si es así, coméntalo con otros compañeros o con el profesor. Es la forma habitual de actuar de un científico.

Aquí nos situamos en un ambiente imposible de reflejar en un laboratorio puesto que podemos modificar el valor de la aceleración de la gravedad, desde encontrarnos en una total ingravidez hasta situarnos sobre la superficie del planeta Júpiter, por ejemplo.

La formulación de hipótesis para casos extremos puede ser muy interesante. Los resultados que se obtengan pueden servir para dar más amplitud al campo de validez de la hipótesis o para limitarla a casos más restrictivos.

Vamos a hacer un viaje a otro planeta. Descarga el fichero pend6.ip. Ahora dispones de un botón que te permite modificar el valor de la aceleración de la gravedad en el lugar donde se encuentra el péndulo. Cuando lo pulses, aparecerá una ventana donde podrás usar un deslizador o introducir el valor directamente desde el teclado.

1. Formula alguna hipótesis sobre la influencia que ejercerá un cambio en el valor de la aceleración de la gravedad sobre el período del péndulo.

2. Hasta ahora, la aceleración de la gravedad era el valor estándar sobre la Tierra: 9'8 m/s². Modifica dicho valor. Empieza situándote en la Luna. Anota los resultados.

3. Realiza ahora varias medidas de T con valores superiores a los 9'8 m/s².

4. ¿A qué conclusión puedes llegar? ¿Era correcta tu hipótesis?

5. Engloba en la hipótesis ahora casos extremos: gravedad cero, gravedad infinita y gravedad negativa. Para la gravedad infinita puede servir un valor muy grande como 1 millón, por ejemplo.

6. Establece una ley sencilla que ponga de manifiesto estos resultados que acabas de obtener.

Quizás hayas obtenido algún resultado que te ha sorprendido. Si es así, indícalo en tus comentarios y señala porqué.

Ahora se tiene la posibilidad de controlar todas las variables simultáneamente. Es fundamental seguir los mismos principios metodológicos que se han venido observando en las actividades anteriores, pero ahora por propia iniciativa, no de manera impuesta como antes.

Las leyes sencillas que se han establecido antes puede que no sean válidas ahora en presencia del rozamiento con el aire, pero esto no las invalida ni las hace incorrectas, sino que se hace necesario acotar claramente su campo de validez.

Estamos de vuelta en la Tierra. Pero ahora nuestro laboratorio virtual se acerca más a la realidad: tenemos todas las variables a nuestra disposición, incluyendo la existencia de aire (no viento) en nuestro laboratorio. Descarga el fichero pend7.ip.

1. Siguiendo los mismos métodos que en las actividades anteriores intenta comparar la diferencia entre su comportamiento en ausencia de aire y ahora en presencia del mismo.

2. ¿Ha cambiado la relación entre alguna variable y el período del péndulo?

3. ¿Cómo reformularías ahora las hipótesis que propusiste antes?

4. ¿Qué procedimiento habrá que seguir para diseñar unos experimentos científicamente aceptables para contrastarlas? Exprésalos claramente.

5. Modifica las leyes que has establecido para abarcar ese nuevo elemento en el sistema físico.

6. ¿Qué variable se ha visto más "afectada" por la presencia del aire?

7. ¿Se puede decir que las leyes anteriores son incorrectas?

Es posible perderse ante tanta "libertad" manejando variables, pero el diseño debe ser muy similar al seguido antes. Propón hipótesis, controla qué se cambia y qué queda fijo, anota los resultados en tablas, repite lo que no sea lógico a priori, etc. Resalta las diferencias entre ambos sistemas.