3.4. Chuta con fuerza

Glosario

Airbag

Definición:: Sistema de seguridad de los coches que se infla rápidamente con aire en un accidente para proteger a los ocupantes y reducir los golpes.
Ejemplo:: En un choque frontal, el airbag se activa y se infla para evitar que la persona conductora se golpee contra el volante.

Futbolín de experimentación

Imagen del futbolín de experimentación

Ya sabes que el futbolín nació para que el juego nunca se detuviera.

También sabes que las fuerzas mueven el mundo... pero ¿por qué unos objetos aceleran más que otros?

Ahora convertirás tu futbolín en un laboratorio de física.

Reúne a tu equipo para:

Construir vuestro propio futbolín experimental.
Experimentar con el movimiento y la fuerza y
Descubrir las leyes que rigen el juego.

¿Qué necesitas?

1. Materiales

Caja de cartón rígido, como una caja de zapatos.
Varilla de madera tipo brocheta y pajita.
Regla y medidor de ángulos.
Cúter y/o tijera.
Cinta adhesiva.
Cartón para el jugador y para el portero, también valen pinzas o figuras de 5 o 6 cm.
Tres pelotas de distinta masa, como poliespan, bola de papel, canica, bola de ping-pong o canica de acero.
Rotulador, lápiz y cartulina verde (o puedes pintar el suelo).

2. Preparar el campo

Imagen de la caja sin tapa, con la portería hecha y pegada la cartulina en el fondo

Corta la tapa.
Abre una portería rectangular en un extremo (6-8 cm de ancho).
Pega la cartulina o pinta el campo.

3. Construir las figuras

Imagen del campo con la figura que tira y la que para colocadas Figura que tira:

Realiza dos agujeros laterales a 10-12 cm de la portería a una altura de 5 cm.
Introduce la varilla, coloca un trozo de pajita atravesando el cartón para que el eje gire con menos fricción.
Pega la figura que tira (figura, pinza o cartón rígido) en el medio.

Figura que para:

Introduce una varilla a media altura de la portería.
Pega la figura que para (cartón o madera fina).

4. Últimos retoques

Imagen del futbolín con las cuatro zonas pintadas y los ángulos Divide el campo en cuatro zonas.

Zona 1: desde el final de la caja sin portería hasta una cuarta parte del largo del campo.
Zona 2: desde la cuarta parte del largo del campo hasta la mitad.
Zona 3: desde la mitad hasta las tres cuartas partes del largo del campo.
Zona 4: desde las tres cuartas partes del largo del campo hasta donde está la portería.

Ángulo de la figura que tira: marca tres ángulos de 90º, 135º y 180º.

Dibuja las líneas del campo.

Experimenta

1. Punto de partida

Imagen del futbolín de experimentación con la figura que tira orientada hacia el fondo sin portería

Coloca la figura que tira mirando hacia el fondo de la caja que no tiene la portería y realiza las siguientes experiencias. Asegúrate de que la bola siempre parte del mismo sitio.

2. Misma masa, distinta fuerza

Escoge la bola que tenga la masa intermedia.
Dispara la bola con la figura que tira en distintos ángulos: 90º, 135º y 180º (mayor ángulo, mayor es la fuerza que aplicas).
Anota, en cada caso, a qué zona llega la bola después de rebotar con la pared.

Tabla recogida de datos parte A
Bola	Ángulo	Zona
	90º
	135º
	180º

3. Misma fuerza, distinta masa

Emplea siempre el mismo ángulo, 90º.
Dispara las tres bolas.
Anota, en cada caso, a qué zona llega la bola después de rebotar con la pared.

Tabla recogida de datos parte B
Bola	Ángulo	Zona
Bola de menor masa	90º
Bola de masa intermedia	90º
Bola de mayor masa	90º

4. Ahora sí, ¡jugad!

Imagen del futbolín de experimentación con la figura que tira orientada hacía la portería

Dale la vuelta a la figura que tira.
Coloca la figura que para en posición.
Cada persona del grupo puede hacer un solo disparo con cada tipo de pelota.
Observa:

¿Qué pelota es más difícil de parar?

¿Cuál parece “empujar” más al portero?

¿Qué ocurre cuando se aumenta el ángulo?

No se trata de marcar goles.

Se trata de observar el efecto del movimiento sobre otro objeto.

Apoyo visual

Materiales

Imagen con los distintos materiales que se necesitan para construir el futbolín de experimentación

Caja de cartón rígido (tipo zapatos).
Varilla de madera (brocheta) y pajita.
Regla y medidor de ángulos.
Cúter, tijeras y cinta adhesiva.
Figuras de 5-6 cm, pinzas o cartón.
3 pelotas de diferente masa (canica, ping-pong, papel...).
Rotulador, lápiz y cartulina verde.

Preparar el campo

Imagen de la caja sin tapa, con la portería hecha y pegada la cartulina en el fondo

Quitar tapa: Corta la cubierta de la caja.
Portería: Abre un hueco de 6-8 cm en un extremo.
Suelo: Pega la cartulina verde o pinta el fondo.

Construir las figuras

Imagen del campo con la figura que tira y la que para colocadas

Figura lanzadora:

Perfora los laterales (a 5 cm de alto y 10-12 cm de la meta).
Cruza la varilla usando trozos de pajita como cojinetes anti-fricción.
Fija el jugador en el centro del eje.

Figura portera:

Coloca una varilla fija a media altura sobre la portería.
Pega el portero (cartón o madera fina).

Últimos retoques

Imagen del futbolín con las cuatro zonas pintadas y los ángulos

Líneas y medidas:

Divide el terreno en 4 zonas iguales longitudinales.
Dibuja las líneas divisorias en el césped.
Marca los 3 ángulos de tiro: 90º, 135º y 180º junto al jugador.

¿Qué regla se esconde?

Construiste tu futbolín de experimentación y observaste qué ocurre cuando cambias la fuerza y cuando cambias la masa.

Ahora toca pensar como científico o científica.

¿Qué patrón se repite?

Relaciona cada situación con la conclusión correcta.

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La regla oculta

2.ª ley de Newton

Pictograma de una chica empujando una caja en la que se representa la fuerza y la aceleración mediante una flecha cada una, con dirección y sentido igual al empuje Con tu futbolín comprobaste dos cosas.

Si aumentas la fuerza, la aceleración aumenta. (↑F ⇔ ↑a)
- La aceleración es directamente proporcional a la fuerza.
Si aumentas la masa, la aceleración disminuye. (↑m ⇔ ↓a)
- La aceleración es inversamente proporcional a la masa.

Si unes ambas relaciones obtienes:

a = F m o, de forma equivalente, F = m·a

Esta relación se conoce como la segunda ley de Newton.

Como viste, la unidad de fuerza en el SI es el newton (N). Como la unidad de masa es el kilogramo y la unidad de aceleración es el metro por segundo al cuadrado, resulta que:

1 N = 1 kg·m/s²

¿Cómo aplicarla?

Pictograma de un pie chutando una pelota. En pleno partido de futbolín realizas un tiro con una fuerza de $6 \text{ N}$ .

La pelota del futbolín tiene una masa de $0,5 \text{ kg}$

¿Con qué aceleración saldrá disparada hacia la portería rival?

a = F m = 6 0,5 = 12 m/s²

Pictograma de una portería de campo de fútbol Si quieres que la jugada sea imparable.

Para que una pelota de 1 kg salga disparada con una aceleración de 8 m/s², ¿qué fuerza debes aplicar sobre ella?

F = m·a = 1·8 = 8 N

Pictograma de una persona empujando una pelota. Golpeas la bola con una figura aplicando una fuerza constante de 15 N.

Al medir el movimiento con un sensor, observas que la bola sale disparada con una aceleración de 300 m/s².

¿Cuál es la masa de la bola?

m = F a = 15 300 = 0,05 kg

Lectura facilitada

Con tu futbolín descubriste dos ideas importantes.

Más fuerza = más aceleración.
Más masa = menos aceleración.

Si unes las dos ideas, obtiene esta relación:

a = F m

También puede expresarse así:

F = m·a

Esta relación se llama segunda ley de Newton.

La unidad de fuerza en el sistema internacional es el newton (N).

La masa se mide en kilogramos (kg).
La aceleración se mide en metros por segundo al cuadrado (m/s²).

Por eso:

1 N = 1 kg·m/s²

Ponlo en práctica

Elige la respuesta correcta.

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Más que un juego

Imagen en la que se ve el desplazamiento de la figura que para. Cuando disparabas en el futbolín, observaste algo curioso: la pelota ligera apenas movía a la figura que para, mientras que la más pesada sí lo hacía.

¿Por qué ocurre esto?

¿Qué ocurre en un choque?

Pictograma de un coche chocando contra un muro. Cuando un coche choca, su velocidad cambia bruscamente.

Ese cambio rápido de velocidad implica una gran aceleración (en sentido contrario al movimiento).

Y según la segunda ley de Newton: F=m⋅a

Si la masa es grande y la aceleración también es grande, la fuerza que aparece en el impacto será muy grande.

¿Para qué sirven los sistemas de seguridad?

Imagen de un test de choque con airbag y cinturón de seguridad.

En un coche real, no puedes reducir la masa del vehículo en un instante. Pero sí puedes actuar sobre la aceleración.

Los sistemas de seguridad (airbag y zonas deformables):

No eliminan la fuerza.
Hacen que el cuerpo se detenga en más tiempo.
Al aumentar el tiempo de frenado, la aceleración es menor.
Y si la aceleración disminuye, la fuerza también disminuye.

Es como si el portero del futbolín estuviera acolchado en lugar de ser rígido, el choque sería más suave.

Piensa y conecta

¿Por qué es más peligroso chocar a mayor velocidad?
¿Por qué un camión necesita más distancia para frenar que un coche pequeño?
¿Qué relación tiene todo esto con lo que observaste en tu futbolín?

La física no se queda en el laboratorio, ayuda a entender y mejorar la seguridad en la vida real.

Lectura facilitada

Cuando disparabas en el futbolín, ocurrió algo curioso:

La pelota ligera casi no movía al portero.
La pelota más pesada sí lo movía.

¿Qué ocurre en un choque?

Cuando dos objetos chocan, su movimiento cambia muy rápido.

Por ejemplo:

Cuando un coche choca, su velocidad cambia de golpe.
Ese cambio rápido produce una gran aceleración.

Según la segunda ley de Newton:

F = m⋅a

Esto significa:

Si la masa es grande y la aceleración también es grande, la fuerza del choque será muy grande.

Los sistemas de seguridad

En un coche no puedes hacer que la masa desaparezca.

Pero sí puedes reducir la aceleración del choque.

Para eso sirven sistemas como:

el airbag,
y las zonas deformables del coche.

Estos sistemas:

no eliminan la fuerza,
pero hacen que el cuerpo tarde más tiempo en detenerse.

Si el tiempo para frenar es mayor:

la aceleración disminuye,
y la fuerza del impacto también disminuye.

Piensa y relaciona

¿Por qué es más peligroso chocar a gran velocidad?
¿Por qué un camión necesita más distancia para frenar que un coche pequeño?
¿Qué relación tiene esto con lo que viste en el futbolín?

La física no solo sirve para hacer experimentos.

También ayuda a comprender cómo funciona el mundo y cómo mejorar la seguridad de las personas.

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