Hacer un experimento de física en el que se nos requiere calcular la aceleración de la gravedad, para una tarea simple de la escuela secundaria. Y como parte de una discusión extensa, también me gustaría tener en cuenta la resistencia del aire. Pero mirando la fórmula, noto que hay muchas variables incluidas en ella. Tales como coeficiente de arrastre, rho, velocidad y área.
¿Cuáles son los mejores valores a asumir para estas variables si quiero obtener un valor promedio para el efecto de la resistencia del aire sobre la gravedad?
Contexto: Dejar caer una canica de 1,5 cm de diámetro desde el techo al suelo, en una habitación con unos 20 grados centígrados. Y el objetivo principal es calcular la gravedad de la tierra utilizando la fórmula de aceleración constante. Todo lo que necesito para este valor de resistencia del aire es manipular la ecuación de aceleración para acercarla al valor de 10 m/s^2, constante de gravedad. Fórmula de la que estoy hablando: Cd * .5 * rho * V^2 * A
Además, ¿qué significa la parte de la velocidad en la fórmula? ¿La velocidad inicial, la velocidad final de la canica?
Dado que se trataba de una "tarea escolar simple", probablemente no sea apropiado tener en cuenta la resistencia del aire. Si la altura de caída fue de solo unos pocos metros, es poco probable que el efecto de la resistencia del aire en una canica tenga un impacto significativo en los resultados. (Si el objeto fuera una pelota de ping pong, la resistencia del aire sería significativa en unos pocos metros). Es probable que otros errores en su método sean mucho mayores. No tiene sentido hacer una corrección por ello. Puede parecer inteligente, pero solo es inteligente cuando la corrección es significativa.
Es mucho más útil investigar los errores reales en su experimento, que probablemente se deban al tiempo.
El artículo ¿ Cuándo se vuelve significativa la resistencia del aire en caída libre? ( The Physics Teacher , AAPT 2011) concluye:
... Culpar a la resistencia del aire por los errores en los experimentos de caída libre en los laboratorios de física introductoria casi nunca está justificado.
En lugar de tratar de aplicar una corrección (que no es sencilla; consulte a continuación), podría hacer un cálculo para mostrar que la resistencia del aire es mucho menor que la fuerza de la gravedad sobre la canica. Tienes la fórmula correcta. Puede medir el área de la sección transversal . Puede estimar la velocidad final cuando la resistencia del aire es máxima. Y puede buscar valores para la densidad del aire a 20C y coeficiente de arrastre para una esfera.
La velocidad utilizada en la fórmula es la velocidad instantánea. En su experimento, la velocidad aumenta continuamente, por lo que la resistencia del aire aumenta continuamente, por lo tanto, también la desaceleración que causa. Peor aún, si la resistencia del aire es significativa, entonces no puede saber cuál será la velocidad hasta que haya tenido en cuenta la resistencia del aire, una especie de situación Catch 22 . Necesitaría resolver una ecuación diferencial, quizás numéricamente, para encontrar cuál sería el tiempo de caída con la resistencia del aire. Sin embargo, puede obtener una sobreestimación del efecto utilizando la velocidad final.
JMLCarter
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