Para hacer más fácil este estudio puedes considerar que el cuerpo es un bloque y que el movimiento va a ser por deslizamiento y no por rodamiento.

ACTIVIDAD 1

En primer lugar, imagina que en un plano inclinado con la horizontal se deja en lo alto un bloque:

1. ¿Qué pasará?

2. ¿Qué variables influyen para que el bloque descienda sin necesidad de empujarlo hacia abajo?

3. Plantea esquemáticamente con lápiz y papel distintos experimentos que se podrían  hacer en el laboratorio de física para comprobar cómo influyen en el movimiento del objeto las variables que haz propuesto en el apartado anterior.

Ve anotando en tu cuaderno de laboratorio las respuestas.

En esta primera aproximación se trata de que determines experimentalmente con la ayuda de un cronómetro virtual  si el bloque:

A la izquierda de la simulación hay un cronómetro y a la derecha varios controles con los que se pueden modificar las variables:
a) masa del bloque,
b) grado de rozamiento, y
c) ángulo de inclinación.

ACTIVIDAD 2

Para comprobar los experimentos que has ideado en la actividad anterior vas a usar el Laboratorio Virtual de Física. 

Descarga el fichero inclinado01r.ip en una carpeta de tu disco duro y ábrelo con IP.

1. ¿Para una masa y un ángulo de inclinación determinados cómo influye en el movimiento el grado de rozamiento entre las dos superficies?

2. ¿Para una masa y un grado de rozamiento determinados cómo influye en el movimiento el ángulo de inclinación entre las dos superficies?

3. ¿Para un grado de rozamiento entre las dos superficies y un ángulo de inclinación determinados cómo influye la masa en el movimiento  ?

4. ¿En qué situación el bloque  se mueve a mayor rapidez y en cuáles a menor?

¿Qué puedes concluir respecto a la influencia de las tres variables (masa-rozamiento-inclinación) en el movimiento del bloque a partir de los experimentos virtuales que has hecho?

Anota tus respuestas e intenta proponer algunas hipótesis que traten de explicar el comportamiento del bloque.

Para esto tienes que analizar el  espacio recorrido en función del tiempo.

En esta simulación podrás caracterizar el tipo de movimiento del bloque utilizando el cronómetro y el medidor del espacio recorrido por el bloque.

En esta actividad y en las siguientes vamos a trabajar suponiendo que el grado de rozamiento entre el bloque y el plano es despreciable. 

Cierra el fichero de la actividad anterior, descarga el fichero inclinado02r.ip y ábrelo con IP.

1. ¿Qué tipo de movimiento realiza el bloque situado en un plano inclinado 30º con la horizontal?

Para poder contestar a esta pregunta podrías hacer en tu cuaderno una tabla espacio-tiempo y después representar gráficamente estos resultados. 

 

Un modo de poder anotar con exactitud los datos e-t es arrancar la simulación y cuando el bloque se haya parado se puede recorrer la simulación fotograma a fotograma pulsando con el ratón en los botones de la barra de desplazamiento.

Observa que en cada fotograma aparece el valor del tiempo y espacio recorrido para esa posición concreta del bloque.

Observa que en la pantalla aparecen, además de los medidores de tiempo y espacio a la izquierda, un control a la derecha con el que puedes variar la masa del bloque.

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

1. Formula una hipótesis sobre la influencia de la masa del bloque sobre el tipo de movimiento.

Descarga el fichero inclinado03r.ip y ábrelo.

2. Utilizando la simulación virtual comprueba la hipótesis que acabas de formular 

Como verás en esta simulación, además de que no existe rozamiento el ángulo de inclinación está fijado y sólo se puede variar la masa del bloque.

A partir de los datos que aparecen en los medidores puedes hacer las representaciones gráficas y los cálculos pertinentes para caracterizar el tipo de movimiento (cálculo de la aceleración) en función de distintas masas.

3. ¿Era correcta tu hipótesis? ¿Qué deduces a partir de los resultados que has obtenido en este experimento?  

En esta simulación, las variables rozamiento y masa del bloque están fijadas (rozamiento nulo y masa 5 kg). Se trata de buscar la relación que existe entre la inclinación del plano y el movimiento del bloque.

Cierra el fichero de la actividad anterior, descarga el fichero inclinado04r.ip y ábrelo con IP.

1. ¿Qué ocurre con el movimiento del bloque para varias inclinaciones?

2. Haz varios experimentos con distintas inclinaciones (por ejemplo: 15º, 30º, 45º, 60º y 90º) y a partir de los datos obtenidos calcula en cada caso la aceleración del bloque.

3. Intenta establecer una ley que ponga de manifiesto los resultados que has obtenido y que relacione la aceleración del bloque con el valor del ángulo de inclinación del plano y con la máxima aceleración.

Para esto tendrás que acudir a tus conocimientos de trigonometría. 

 

Observa que hay dos valores extremos: la máxima aceleración del bloque es de 9'8 m/s² y se obtiene con una inclinación de 90º y la mínima cuando la inclinación es nula (0º). En este caso, lógicamente, el cuerpo no se mueve por lo que su aceleración es 0.

Además del cronómetro hay medidores de espacio recorrido, aceleración del bloque y fuerza peso del mismo.

Con esta última actividad se llegará a establecer la relación que tiene la Fuerza tangencial con la Fuerza peso del bloque y servirá como introducción al concepto de la descomposición de la fuerza peso en dos fuerzas componentes.

Ya has estudiado previamente los principios básicos de la Dinámica y conoces la segunda ley de Newton. Sabes que cuando un cuerpo de masa "m" se mueve con una aceleración constante "a" en un sentido es porque una fuerza "F" está actuando sobre ese cuerpo en ese mismo sentido y se cumple: F=m·a

1. Haz una propuesta sobre el origen de esa fuerza constante (fuerza tangencial) que se está aplicando sobre el bloque hacia abajo y con la inclinación del plano.

2. ¿Podría proponer una hipótesis de cómo esta fuerza tangencial se relaciona con la fuerza peso del bloque?

Cierra el fichero de la actividad anterior, descarga el fichero inclinado05r.ip y ábrelo con IP.

3. Utilizando la simulación virtual comprueba la hipótesis que acabas de formular. ¿Era correcta tu hipótesis? ¿Qué deduces a partir de los resultados que has obtenido en este experimento? 

4. Establece una ley que se plasme con una fórmula matemática  que relacione esta fuerza tangencial con la fuerza peso del bloque. 

Recuerda que en la actividad 4 has establecido una ley en la que se relaciona la aceleración del bloque con el valor del ángulo de inclinación del plano y con la aceleración de la gravedad.