Vigileu amb els cops

Introducció

Un senzill experiment serveix per donar resposta a les preguntes més simples dels xocs: quant dura un cop? Com és i quant val la força que hi intervé? I també per estudiar aspectes més complexos: la mesura de l’impuls, l’efecte de materials diversos en la força i en la durada del xoc...
Si deixem caure un sensor de força (MultiLog ⁽¹⁾ ) des d’una petita alçària, podem enregistrar les mesures i, amb el programari MultiLab, es pot monitorar el cop. Posteriorment podem deixar-lo caure sobre diferents materials per estudiar-ne l’efecte sobre les característiques del xoc.

Full per al professorat L’experiment consisteix simplement a deixar caure un sensor de força (vegeu la figura 1) des d’uns quants centímetres sobre una superfície, la taula, que posteriorment canviarem (plàstic tou, porexpan i esponja). Durant la caiguda tindrem connectat el sensor de força a la consola d’enregistrament del MultiLog i l’anàlisi de les dades i l’elaboració de les gràfiques les podem dur a terme amb el programari MultiLab.

En l’arxiu adjunt, xocs.mlp, hi podeu trobar els resultats del xoc amb els quatre materials, les dades retallades als intervals que ens interessen i les integrals de les quatre gràfiques.
En les dades capturades podem observar que hi ha els rebots successius del sensor, que també es podrien utilitzar per fer altres càlculs: velocitats, energia perduda en el xoc... En aquesta proposta, com que l’objectiu bàsic és relacionar la intensitat de la força amb la durada del xoc, ens centrarem únicament en el primer rebot.
Si l’alumnat no coneix el programari MultiLab, podem fer una exportació de les dades a un full de càlcul (Excel, Calc...) per elaborar les gràfiques i fer els càlculs.
Aquesta experiència pot ser útil per treballar i aprofundir el concepte d’integral (àrea sota una gràfica) i els mètodes numèrics per calcular-la. En el nostre cas, des del MultiLab podem exportar fàcilment les dades experimentals i fer el càlcul de la integral (impuls de la força) mitjançant la suma de rectangles; en l’arxiu integral.xls podeu veure’n l’aplicació a les dades amb el xoc amb el porexpan. És important fer observar a l’alumnat que el resultat obtingut coincideix exactament amb el valor que ens ofereix el programari MultiLab, fet que ens fa concloure que el programari duu a terme el mateix procés de càlcul.
Alguns detalls que cal tenir en compte són:

• El límit d’alçària depèn de la força màxima que pugui enregistrar el sensor; 5 cm serà un bon punt de partida per al cas del sensor de 50 N.
• Per poder comparar les diferents gràfiques, sempre cal deixar anar el sensor des de la mateixa alçària.
• Si el sensor té una protecció plàstica per amortir els cops, s’ha de retirar per eliminar l’amortiment.
• La freqüència d’enregistrament ha de ser de 1000 Hz.
  

⁽¹⁾Els instituts públics de Catalunya disposen de diferents sensors MultiLog (incloent-hi el de força 0-50 N) així com la consola MultiLog de captació de dades i el programari MultiLab de tractament de dades. Trobareu la informació necessària sobre l'equip en aquest document .

Autor d'aquesta pàgina: Jordi Servat és professor de Física i Química de l'IES Terra Roja.

Aquesta obra està subjecta a una
Llicència de Creative Commons