Aceleración no constante debida a la gravedad

Question

Hace poco tuve el primer laboratorio de física de mi curso universitario de física. Este laboratorio era bastante sencillo, ya que simplemente utilizábamos un ordenador y un sensor de distancia para representar gráficamente la posición, la velocidad y la aceleración de un carro a medida que se desplazaba por una pista lineal.

Una de las situaciones de las que obtuvimos datos consistió en arrancar el carro en la parte inferior de una rampa inclinada y empujarlo hacia arriba. Como era de esperar, rodó hacia arriba, se detuvo y volvió a bajar por la pista hasta su posición inicial. La gráfica posición-vs-tiempo era esencialmente parabólica, la gráfica velocidad-vs-tiempo era esencialmente lineal y la gráfica aceleración-vs-tiempo era esencialmente lineal. Hasta aquí, todo correcto.

En este punto del laboratorio, el instructor señaló que, si se examinaban los datos detenidamente, la aceleración del carro era mayor mientras el carro se desplazaba hacia arriba que cuando el carro se desplazaba hacia abajo (aproximadamente $0.546\frac{m}{s^2}$ y $0.486\frac{m}{s^2}$ respectivamente), y nos pidió que determináramos por qué en nuestro informe de laboratorio.

Ahora bien, la gravedad era la única fuerza que actuaba sobre el carro y, por tanto, su aceleración debería ser una constante, al menos a la escala a la que se realizó nuestro experimento, así que estos resultados están desconcertando por completo a mi grupo de laboratorio. Hasta ahora, hemos propuesto las siguientes ideas, pero ninguna de ellas parece muy plausible.

• Efecto Doppler en el sensor de distancia ultrasónico

• Fricción

• Resistencia del aire

• Error humano

La primera parece altamente improbable, y las tres últimas son más ofuscación y agitación de manos que teorías reales.

¿Por qué nuestros datos experimentales muestran que la aceleración debida a la gravedad cambia en función de la dirección en que se mueve el objeto?

Answer 1

Que el valor numérico de la aceleración resultante sea mayor hacia arriba que hacia abajo se debe probablemente al rozamiento. La fricción cuesta arriba y la gravedad tiran en la misma dirección, mientras que la fricción cuesta abajo y la gravedad tiran en direcciones opuestas.

Puedes utilizar la diferencia de aceleración para estimar el rozamiento. La media es la aceleración gravitatoria (proyectada), a partir de la cual puedes calcular el ángulo de inclinación (suponiendo una pendiente constante).

Answer 2

El caso ideal debe ser simétrico en el tiempo. Desviarse un 10,7% de la diferencia/media parece significativo. Si el carro no es simétrica en forma, incluidos los soportes de las ruedas, la resistencia del aire es sospechoso re coeficiente balístico, Cd. ¿Tiene el carro un reflector ultrasónico sólo en un extremo? El desplazamiento Doppler puede comprobarse orientando el sensor ultrasónico hacia el otro extremo del carro. ¿Hay una corriente de aire en la habitación procedente de un calefactor? ¿Hay un electroimán debajo de la pista?

Cuando el carro se hundió, ¿podría haber aire bajo su extremo delantero? Algún mgh está alimentando las ruedas giratorias. ¿Están diseñadas de alguna manera que el aire sople de manera diferente dependiendo de su dirección de giro?

Si sólo has hecho el experimento una vez, no tienes estadísticas para los errores sistemáticos y estadísticos. El trabajo de laboratorio comienza con "el universo me odia". Entonces, empieza a afeitar las notas a pie de página. No es paranoia si sucede.