¡Datos tan limpios que emocionan! Descubre la relación entre la energía potencial y el trabajo con un riel y una canica
¡Hola! Soy Ken Kuwako, Science Trainer.
«Todo objeto que está en las alturas guarda energía».
Para comprobar la energía potencial, el experimento con el martinete (el aparato que clava estacas) me parece el más intuitivo, claro y brillante. Eso sí, tiene un pequeño inconveniente: el aparato es bastante caro.
Equipo para experimentos de energía mecánica DE-Y2D
Yo mismo me compré uno y, efectivamente, mide con mucha precisión y se entiende de maravilla. Pero reunir ocho para toda la clase (uno por grupo) es otra historia, ¿verdad? Si quieres ahorrar y construirlo tú mismo, lo que necesitas es montar un dispositivo con una barra de cortina o una canaleta para cables. Es este:
El experimento consiste en soltar una canica desde cierta altura para que choque contra una pila (nuestro «blanco») y medir cuánto se desplaza la pila. Lo que lo hace un poco confuso es que parece que estamos midiendo la energía potencial, cuando los alumnos tienen la impresión de que en realidad estamos midiendo la energía cinética. El martinete hace algo parecido, pero hay que admitir que este montaje da todavía más la sensación de medir energía cinética. A cambio, puedes fabricarlo tú mismo y es muy fácil de conseguir en cualquier colegio, y eso es una gran ventaja.
Materiales y montaje del experimento
- Un riel inclinado y liso: se puede hacer con una canaleta para cables, por ejemplo.
- Tres bolas de masas distintas (una canica de vidrio, una bola de aluminio y una esfera de latón, por ejemplo).
- Una pila (tipo D): hará de «carga» que las bolas tienen que empujar.
- Regla, cinta adhesiva y hoja de registro (la hoja de trabajo).
Procedimiento y claves para que salga bien
1. Mide con exactitud la altura de salida
Antes de soltar la bola, mide la altura de su centro.
2. Suelta la bola desde distintas alturas y mide cuánto se desplaza la pila
Puedes usar, por ejemplo, cuatro alturas: 5 cm, 10 cm, 15 cm y 20 cm. Aquí es fundamental que los alumnos «bajen la vista a la altura de la bola», «se agachen» y «suelten la bola con suavidad». ¿Por qué? Porque la energía potencial depende de la altura, y si la altura de salida no es precisa, los datos no son fiables.
Coloca la pila al pie de la rampa para que haga de «carga». La pregunta es: ¿cuánto logra empujarla la energía de la bola? Al medir esa distancia, estamos midiendo el «trabajo» que ha realizado la bola. Es justo el momento en que una energía invisible se convierte en un resultado visible: una distancia.
Mira cómo se desarrolla el experimento en este vídeo:
Un detalle importante: a la hora de calcular la energía potencial, lo que hay que usar no es la altura, sino el desnivel (la diferencia de altura).
Primero, mide desde la superficie de la mesa hasta el centro de la bola. En mi caso fueron 3,7 cm.
Después, suelta la bola desde una altura de, por ejemplo, 20,0 cm.
Entonces, el desnivel que realmente aprovecha la bola para la energía potencial es:
20,0 – 3,7 = 16,3 cm
¡Resultados sorprendentemente limpios! Análisis y conclusiones
Estos son los resultados reales que obtuvieron mis alumnos.
Con estos datos les pedí que dibujaran dos tipos de gráficas.
Gráfica 1: relación entre la altura y la distancia que se mueve la pila (con la masa constante)
De abajo hacia arriba: la canica de vidrio, la bola de aluminio y la bola de latón.
Algunos grupos trazaron una línea de tendencia, como en la imagen de la derecha, pero solo uno de los 16 grupos de las dos clases lo hizo.
Gráfica 2: relación entre la masa de la bola y la distancia que se mueve la pila (con la altura constante)
Por ejemplo, de las líneas de la gráfica anterior tomamos la distancia que se movió la pila cuando la altura era de 12 cm,
y con esos datos construimos la gráfica, que queda así:
Como había pocos datos, algunos alumnos pensaron que la relación era una función cuadrática, como en la imagen de la derecha.
Aun así, la mayoría logró descubrir que la distancia es proporcional tanto a la altura como a la masa. Para que esto se note bien, el truco es usar bolas grandes y pesadas.
Los alumnos se quedaron realmente convencidos al ver que la frase del libro de texto, «la energía potencial es proporcional a la altura y a la masa», aparecía por sí sola en las gráficas que ellos mismos habían construido con sus propias manos.
Hoja de trabajo
También tengo preparada una hoja de trabajo para que los alumnos registren y analicen sus resultados. ¡Úsala sin reservas!
Energía y trabajo: experimento
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