Investigando el péndulo físico
Descripción de la situación de aprendizaje
Se propone utilizar el sensor de aceleración integrado en micro:bit para transmitir o registrar los datos del movimiento de un péndulo físico. Se medirán la velocidad máxima del péndulo, el ángulo máximo y el periodo de oscilación a través del tiempo.
El péndulo puede construirse con un listón de madera, de longitud suficiente, con la placa y la caja portapilas unidas al extremo mediante cinta adhesiva de doble cara y tornillos.
La longitud reducida, λ, del péndulo puede ser calculada fácilmente por el profesor a partir de la geometría del listón y suponiendo que la placa y el portapilas sean masas puntuales. De esta forma, la expresión del periodo T de oscilación del péndulo se simplifica:
Para desarrollar el código, hay que tener en cuenta que el acelerómetro indicará una aceleración total igual a la de la gravedad en el punto más alto del recorrido del péndulo. Además, las componentes de la aceleración permitirán calcular el ángulo.
En el punto más bajo, la aceleración será vertical y hará posble calcular a partir de ella la velocidad angular del péndulo.
Conociendo el tiempo transcurrido entre los eventos anteriores será posible obtener el periodo de oscilación.
Con el dispositivo así construido y con listones de varias longitudes puede realizarse una secuencia didáctica de investigación en grupos sobre el péndulo. El alumnado puede investigar y exponer sus conclusiones sobre las siguientes cuestiones:
- ¿Cómo es la gráfica del ángulo recorrido en función del tiempo?
- ¿Por qué reduce el péndulo la amplitud de sus movimientos a medida que pasa el tiempo?
- ¿Cambia el periodo de oscilación a medida que el péndulo se frena?
- ¿Se cumple la expresión matemática del periodo de oscilación?
- ¿Cuál es el error entre la medida dada por micro:bit y el periodo teórico obtenido de la expresión matemática?
- ¿A qué puede deberse dicho error?
- ¿Cómo afecta la longitud reducida del péndulo al periodo?
- ¿Cambia el periodo de oscilación si el péndulo cae desde otras alturas?
- ¿Qué ocurre si añadimos más masa al péndulo?
- ¿Qué aplicaciones prácticas puede tener el péndulo?