Juegos para la ley de movimiento de Newton
Escrito por Paul Dohrman ; última actualización: February 01, 2018
Prublicado en 1687, el "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" de Isaac Newton estableció las bases de gran parte de la mecánica clásica. En este trabajo se incluyó la ley de la gravedad y las tres leyes del movimiento. Estas son las tres leyes que se conocen como la ley de la inercia, la ley de la aceleración y la de la interacción. Se pueden usar varios juegos para demostrar las leyes de Newton a estudiantes de ciencia jóvenes.
La ley del movimiento de Newton
Las tres leyes de movimiento se pueden poner de forma sucinta. La primera: Las masas en movimiento permanecen en movimiento, las que están en reposo, en reposo. Esta es la ley de la inercia. La segunda: El cambio del momento en un cuerpo es proporcional a la fuerza que se aplica en él. Esta es la ley de la aceleración. La tercera: Para cada acción, hay una reacción igual y opuesta. Esta es la ley de la interacción.
En la pista de esquí sobre hielo
Si tienes acceso a una pista de hielo, haz un juego en el que los patinadores se empujen entre sí. El objetivo del juego, la demostración de las leyes segunda y tercera simultáneamente, es ver quién empuja más lejos a los demás. Los dos patinadores deben empezar sin movimiento, en contacto y enfrentados. Después se empujan entre sí, tal vez deban empezar con los brazos, para evitar movimientos sorpresa que terminen con una caída. Los patinadores después calculan quién se alejó más. Algunos patinadores pueden acelerar hacia atrás, así que se necesitará un juez que mire el movimiento de los patinadores para asegurarse que ninguno haga trampa. Si no se hace ninguna aceleración, el patinador más liviano debería ganar. Esto es porque la misma fuerza que se aplica a cada uno, sólo en la dirección opuesta, por la aplicación de la tercera ley. El cambio del momento es igual, pero opuesto según la segunda ley. Debido a que el momento es el producto de velocidad y masa, el patinador más liviano va a adquirir velocidad más grande. Es preferible la ley del más alejado como ganador y no la que establece que gana el que está más cerca, porque la mayoría de los patinadores puede frenar mientras retrocede y así harán trampa.
Objetos en movimiento resisten los esfuerzos de pararlos
Cada equipo deja caer balones de tennis en un papel de carbón encima de un papel vacío desde una altura corta. La distancia debería ser lo suficientemente corta para hacer una marca pequeña, pero no demasiado corta porque los estudiantes no van a poder atrapar el balón después que rebote para dejar sólo una marca. Mide la anchura de la marca dejada El desafío es arrojar el balón en el papel de carbón –desde cualquier distancia encima del papel- en vez de dejarla caer de forma pasiva en una distancia específica. El objetivo es hacer una segunda marca en una hoja nueva que sea lo más grande posible. El equipo ganador es el que tiene la marca más grande. Esto demuestra la primera ley porque el balón se resiste a los esfuerzos del piso de pararlo y aumenta demostrando que el centro de masa sigue después del contacto inical con el piso. Esta demostración también sirve para tener una idea falsa entre los estudiantes de que la velocidad de un proyectil sobre el suelo es cero.
Propulsión de un misil
Un niño sentado que mueva los pies para adelante hará que la silla se mueva hacia atrás. Esto demuestra la tercera ley y la razón por la que los misiles se proyectan solos en el espacio donde no hay nada para presionar en su contra. Esto se puede convertir en un juego de algunas formas. El que puede mover su silla lo más lejos posible en un golpe es el ganador. O se puede medir una distancia –por ejemplo, una yarda o dos- que puedan llegar los alumnos. Para guardar espacio y para demostrar la segunda ley, los alumnos pueden poner sus sillas unas contra otras para ver quien patea a las otras a una distancia determinada (corta). La competición de este último juego tal vez le dé miedo a muchos alumnos al reducir el tiempo de demanda para tener una revancha. Tal vez se necesiten algunas barras para proteger las sillas. Se demuestra la segunda ley en que es más duro acelerar objetos con más masa. Se les puede pedir a los alumnos -basado en la segunda ley- que predigan quién ganará y discutir la forma en que la fricción entre las sillas y el piso puede impedir que los alumnos más pesados se muevan. En todos los casos, los alumnos se pueden juzgar para asegurar que no empujen el piso.
La tercera ley y los mármoles
Se puede demostrar la tercera ley por la simetría de ingreso y salida de mármoles en dirección entre un camino hecho con dos reglas. Esta es básicamente la cuna de Newton sin la necesidad de los péndulos. Un mármol se pone en una cueva, en el camino golpea dos mármoles estáticos. El primero va a uno detenido y el tercero se libera con la misma energía. El objetivo del juego es ver qué equipo envía la mayor cantidad de mármoles que se quedan juntos al controlar el envoltorio y concentrarse en este objetivo. El resultado es simétrico. También es la única solución de la conservación del momento y las leyes de la energía que no se necesitan abordar salvo que sea en un clase avanzada.
