Vigileu amb els cops

Solucions

Ara deixeu caure el sensor. Amb el programa MultiLab podeu fer la captura de les dades de força i de temps.

La gràfica F-t obtinguda és la següent:

Compareu i comenteu els resultats obtinguts (durada del xoc, força sobre l’objecte i forma de la gràfica F-t) amb les vostres prediccions.
La durada del xoc és d’aproximadament de 5 ms, la força màxima és d’uns 50 N i...
És destacable la curta durada del cop i la intensitat de la força màxima de 50 N, 50 vegades més gran que el pes del sensor. Recordem que l’hem deixat caure des de només uns 5 cm d'alçària.

Què creieu que passarà amb la durada del cop, la intensitat de la força i la gràfica F-t, si interposeu entre el sensor i la taula materials cada cop més tous?
La durada del xoc augmentarà i, en canvi, disminuirà la força màxima.

Torneu a fer l’experiment interposant-hi un plàstic tou, un tros de porexpan i un tros d’esponja.

Amb les dades obtingudes ompliu el quadre següent:

Les dades poden variar en funció del tipus de materials utilitzats i de les condicions inicials de la caiguda. Les dades de la taula estan extretes de les gràfiques següents:

Escriviu a continuació la conclusió que podeu extreure de l’experiment.
Com més tou és el material, més petita és la força màxima que experimenta l’objecte en el xoc, malgrat que la durada del xoc s’allarga.

Expliqueu dues o tres aplicacions pràctiques a partir d'aquests resultats.
Proteccions toves contra xocs: paraxocs dels cotxes, casc de ciclista, amortidors d’una moto... Cordes d’escalada dinàmiques (elàstiques)...

Segurament heu observat que, tot i que la durada del xoc arriba a multiplicar-se per deu i la força màxima es redueix fins a una cinquena part, sembla que l’àrea sota les corbes F-t no varia gaire en les diferents gràfiques.

Descriviu un mètode per calcular l’àrea sota la gràfica F-t.

• Mètode gràfic aproximat: comptar els quadrets de la gràfica.
• Mètode geomètric: aproximar les gràfiques a un triangle i calcular-ne analíticament l’àrea.
• Utilitzar l’opció Integral del programari MultiLab (menú Anàlisi, opció Integral).
• Càlcular-la amb un full de càlcul pel mètode aproximat de suma de rectangles.
  

Calculeu aquesta àrea per a les quatre gràfiques obtingudes.

Les àrees de la primera columna estan calculades pel mètode d’aproximació a un triangle i les de la segona columna amb l’opció Integral del MultiLab (o calculant l’àrea amb un full de càlcul).
Els vuit valors haurien de sortir aproximadament igual.

A quina magnitud correspon aquesta àrea?
Impuls (I).

Amb quina altra magnitud del moviment de l’objecte està relacionada?
Variació de la quantitat de moviment ().

Escriviu a continuació la conclusió que n’extraieu de les àrees calculades.
Com que l’àrea sota la gràfica correspon a l’impuls que rep l’objecte (el sensor de força) durant el xoc i, per tant, a la variació de la quantitat de moviment, si sempre deixem caure el sensor des de la mateixa alçària i suposem el xoc elàstic, les velocitats abans i després del xoc sempre seran les mateixes, per la qual cosa la variació de la quantitat de moviment, i l’impuls, en tots els casos ha de tenir el mateix valor.

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