estudio del rozamiento al movimiento en el seno de fluídos

ESTUDIO EXPERIMENTAL Y BREVE ESTUDIO TEÓRICO DE LA CAÍDA DE
OBJETOS EN EL AIRE Y EN EL AGUA
El estudio de movimientos de objetos en el seno de fluidos, como el aíre y el agua, se suele dejar de lado
en la Secundaria y en el Bachillerato. Sin embargo, cuando se estudia experimentalmente la caída libre,
es inevitable notar la importante influencia del rozamiento y apreciar el interés de su estudio. Con los
medios actuales de que disponemos en muchos laboratorios (sensores, simuladores informáticos,..)
interesa ampliar la investigación sobre la caída libre para considerar también el rozamiento.
Aprovechando el esfuerzo, aconsejamos ver también algunos conceptos muy básicos de la dinámica de
fluidos. El programa de actividades que se expone a continuación puede servir para estos propósitos. Se
propone una investigación sencilla, pero a la vez rigurosa, de estos importantes conceptos en el curso de
1º Bachillerato. No requiere excesivo tiempo (no más de una semana de clase) y puede resultar bastante
atractivo a los estudiantes.
En la página Web del Departamento (http://intercentres.edu.gva.es/iesleonardodavinci/Fisica/fisica.htm),
se exponen con detalle los experimentos. Se pueden bajar los archivos originales de las prácticas con
sensores y las animaciones informáticas.
A.1 Mención de ejemplos de movimientos de objetos en el seno de fluidos (aire, agua,..), elegidos porque
convenga eliminar dicho rozamiento o sacar provecho de él.
A.2 Realización de un experimento elemental que pone de manifiesto la enorme influencia que puede
tener el rozamiento del aire sobre movimientos de objetos en su seno.
A.3 Emisión de hipótesis acerca de las fuerzas que se oponen a la caída de un objeto en el seno de un
fluido.
A.4 Emisión de hipótesis acerca de los factores que influyen en la fuerza de empuje. Ley del empuje de
Arquímedes.
A.5 Emisión de hipótesis acerca de los factores que influyen en la fuerza de rozamiento a la penetración
del objeto en través del fluido.
A.6 Revisión del análisis de los resultados obtenidos en los experimentos de caída libre realizados con
sensores, con objeto de comprobar la influencia predicha de la velocidad de penetración en la intensidad
de la fuerza de rozamiento del aire en la caída libre.
A.7 Dibujo, a modo de hipótesis, de una gráfica cualitativa de la evolución de la velocidad en una caída
libre de un cuerpo soltado desde mucha altura (suponiendo una caída rectilínea vertical y el empuje
despreciable)
A.8 Planteamiento de posibles diseños experimentales destinados a estudiar con detalle el movimiento de
caída en el aire con rozamiento, particularmente, intentando obtener la velocidad límite.
A.9 Realización detallada del experimento.
A.10 Manejo de animaciones Modellus elaboradas por el Departamento sobre el movimiento de caída en
el aire y el uso de paracaídas.
A.11 Planteamiento de hipótesis acerca del movimiento de caída de un objeto en el agua. ¿Por qué se
alcanza mucho más rápidamente la velocidad terminal?
A.12 Estudio experimental de la caída de un objeto en el agua, usando cámara digital y el programa
Modellus.
A.13 Breve estudio teórico de la caída en un fluido, expresando la ley del empuje de Arquímedes y la ley
de Stokes del rozamiento. Expresión de la velocidad terminal en diferentes casos y cálculo del coeficiente
de viscosidad.