Experimento del cráter para la segunda ley del movimiento de Newton

Question

Estoy buscando experimentos interesantes y fáciles de hacer sobre la segunda ley del movimiento de Newton. Esto es para una escuela secundaria, por lo que no se sabe nada sobre el momento y la ley es sólo $\mathbf{F}=m~\mathbf{a}$ .

He descubierto que algunas personas hacen experimentos de "cráteres" dejando caer objetos en la harina (ver por ejemplo ici ), pero todavía estoy tratando de entender cómo se relaciona exactamente con la ley de Newton.

Según tengo entendido, todos los objetos que se dejan caer desde la misma altura llegan con la misma velocidad a la harina. La harina proporciona una fuerza sobre el objeto que lo desacelera desde su velocidad hasta una velocidad cero.

Si asumo que la fuerza es constante durante el impacto ( ¿Tiene esto algún sentido? ), obtengo de la ley de Newton que la desaceleración (valor absoluto) es menor para los objetos más pesados, por lo que dejan un cráter de impacto más profundo.

¿Te parece una buena interpretación del experimento?

También mencionan la medición de la anchura del cráter. ¿Cómo se puede utilizar?

¿Existen otros experimentos (fáciles de hacer) relacionados con la segunda ley de Newton?

Answer 1

La profundidad del cráter dependerá principalmente de tres cosas:

1. La altura desde la que se deja caer la canica.
2. El diámetro de la canica.
3. La masa del mármol.

Para investigar la 2ª ley de Newton, vas a tener que mantener 1. y 2. constantes. Esto significa encontrar canicas de diferente masa pero del mismo tamaño, lo que no es fácil. Asumiendo que el tamaño de la canica es fijo, entonces está bien asumir una fuerza constante de la harina. No estoy seguro de lo que están tratando de sugerir con el ancho del cráter -- no te preocupes por ello.

Vea este vídeo de Bruce Yeany sobre la 2ª y 3ª ley de Newton . Su canal de YouTube es muy bueno, así que quizá quieras volver a él en algún momento para ver futuros experimentos y demostraciones.

Answer 2

... algunas personas hacen experimentos de "cráteres" dejando caer objetos en la harina ... sin embargo, todavía estoy tratando de entender cómo se relaciona esto exactamente con la ley de Newton.

No hay una forma sencilla de explicar el tamaño del cráter de impacto utilizando la 2ª Ley de Newton. Como muestran los enlaces proporcionados por Kyle Kanos, para los cráteres astronómicos el diámetro al cubo es proporcional al energía cinética del meteorito que impacta. Esta relación es experimental (no derivada de la teoría) y supone que el cráter es mucho mayor que las dimensiones del objeto que impacta. No es un experimento adecuado para demostrar $F=ma$ .

Answer 3

Suspende dos péndulos pesados idénticos A, B desde el mismo punto. Que B esté inmóvil. Retire A y déjelo ir para golpear B. El resultado es que se intercambian. A se detiene y B comienza a moverse.

Galileo lo explicó de forma muy sencilla utilizando planos inclinados con el mismo ángulo.

De aquí se deduce fácilmente el principio de inercia suponiendo que el ángulo del segundo plano inclinado es cero.

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Answer 4

Coloca una cuerda elástica sobre una mesa y lanza canicas rodantes hacia ella. Vuelve a hacer el experimento tejiendo dos cuerdas y luego tres. Observa que el tiempo de parada se acorta con más cuerdas, y que más cuerdas significan una mayor fuerza. Es necesario afinar un poco para conseguir una diferencia de distancia de parada (tiempo) lo suficientemente grande.