¿Por qué este dispositivo se comercializa como un "Aparato de segunda ley"?
Dr. Sheldon
Cuando se suelta el pestillo, este dispositivo deja caer una bola verticalmente y proyecta otra bola horizontalmente. Los estudiantes pueden ver y escuchar que ambas pelotas tocan el suelo al mismo tiempo.
¿Por qué este dispositivo se comercializa como un "aparato de segunda ley"?
- CENCO, una división de Sargent Welch
- EduLab
- Versión EISCO en Fischer Scientific
- Flinn
- Wards / ScienceKit
- Winsco (tiene liberación eléctrica)
(Ni Pasco ni Vernier ofrecen tal dispositivo; en cambio, cada uno tiene un laboratorio basado en sensores para la Segunda Ley).
En mi humilde opinión, es un gran dispositivo para iniciar una unidad de cinemática 2-D, para demostrar la independencia del movimiento horizontal y vertical. Pero no encuentro ninguna buena razón por la que demuestre la 2da Ley:
Para mostrar la 2da Ley, debes usar diferentes masas. ¿Perciben los estudiantes que estas dos bolas tienen la misma masa? Se "ven" iguales en tamaño y material. La pelota que se deja caer suele tener un agujero; a veces el otro tiene un agujero, a veces no. Incluso si las masas son técnicamente diferentes, no es tan convincente como decir 2x o 10x the mass.
Supongamos que asumimos que las masas son diferentes. El experimento tiene dos variables independientes: masa y método de liberación. No es un experimento controlado.
Presumiblemente, recientemente les has enseñado que la masa no importa para la aceleración de la gravedad. Este dispositivo confirma que la masa no importa . Pero para enseñar la segunda ley, debes mostrarles que la masa sí importa .
Los resultados de este dispositivo pueden explicarse sin introducir ningún concepto de fuerza; solo estás refinando la cinemática de la caída libre. Sin embargo, la fuerza es esencial para la segunda ley. ¿Por qué hacer esta demostración más complicada de lo que debe ser?
Muchos estudiantes van a pensar que la fuerza fue el empujón que recibió la pelota cuando se disparó, no la fuerza de la gravedad cuando estaba en el aire.
¿Cómo establece esto que la fuerza es la causa de la aceleración? ¿Por qué no alguna otra explicación (incorrecta)?
Bien, supongamos que acepta esto como una demostración de la 2da Ley. Genial, tienes 2 puntos de datos. No es tan convincente como los laboratorios de Pasco o Vernier, que pueden recopilar muchos datos.
No hay medidas en esta demostración que establezcan la fórmula de la 2da Ley, o para establecer la unidad de Newton. (Pero los laboratorios de Pasco y Vernier hacen esto).
¿Alguien puede darme un argumento convincente de que esta es una buena manera de demostrar la segunda ley?
Respuestas (1)
Dr. Sheldon
En los Principia , Newton atribuye a Galileo un experimento similar:
Por las dos primeras Leyes y los dos primeros Corolarios, Galileo descubrió que el descenso de los cuerpos observaba la razón duplicada del tiempo, y que el movimiento de los proyectiles era en la curva de una parábola; la experiencia está de acuerdo con ambos, a menos que estos movimientos sean un poco retardados por la resistencia del aire.
Newton luego explica los resultados del experimento de Galileo usando las dos primeras leyes (2) . Es plausible que la explicación de Newton de este experimento condujera al nombre del dispositivo.
El aparato en cuestión también se asemeja a uno de los experimentos mentales de Newton. Esto ocurrió en la definición de fuerza centrípeta de Newton, y no hace referencia a ninguna de las leyes del movimiento. Ahora llamamos a este experimento mental "bala de cañón de Newton":
Si una bola de plomo, lanzada desde la cima de una montaña por la fuerza de la pólvora con una velocidad dada y en una dirección paralela al horizonte, se lleva en una línea curva a una distancia de dos millas antes de caer al suelo; lo mismo, si se quitara la resistencia del aire, con una velocidad doble o decupla, volaría dos o diez veces más lejos. Y al aumentar la velocidad, podemos aumentar a placer la distancia a la que podría proyectarse y disminuir la curvatura de la línea que podría describir, hasta que finalmente caiga a una distancia de 10, 30 o 90 grados. , o incluso podría dar la vuelta a toda la tierra antes de caer; o, por último, para que nunca caiga a la tierra, sino que avance hacia los espacios celestes y prosiga en su movimiento in infinitum .
Entonces, ¿deberíamos llamar a este dispositivo un "aparato de segunda ley"? De hecho, Newton usó tal experimento para defender la segunda ley. Pero fue el experimento de Galileo, así que tal vez deberíamos ponerle su nombre. Todavía mantengo las afirmaciones que planteé en la pregunta; en particular, que es un gran dispositivo para introducir la cinemática 2-D, pero no es la mejor práctica de enseñanza para convencer a los estudiantes de la 2.ª ley.
(1) Los Principia se escribieron originalmente en latín. Las citas que proporciono aquí son de una traducción de 1846 al inglés.
(2) Curiosamente, esto es seguido por la descripción y explicación de Newton de los experimentos con péndulo en colisión, que Newton atribuye a Christopher Huygens y otros. Ahora (incorrectamente) llamamos a tal dispositivo "Cuna de Newton".
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