Resumen

La física es una de las ciencias fundamentales presentes en la naturaleza, y muchos de los fenómenos que en ella se producen, han sido resueltos gracias a la aplicación de uno o varios principios físicos básicos. El parque de diversiones es un espacio que además de la recreación ofrece una opción de tratamiento conceptual en la enseñanza de física mecánica, ya que son los principios que sustentan su funcionamiento. En el presente trabajo se pretenden diseñar diversos modelos lúdicos para explicar los fenómenos físicos con la finalidad de facilitar su entendimiento y fomentar la divulgación científica.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Un parque de diversiones es un lugar exploratorio de sensaciones y desafíos personales: emoción, temor, alegría; y también un laboratorio de ciencia y tecnología a cielo abierto. Alguna vez te has preguntado ¿para qué vamos a un parque de diversiones? Seguramente la respuesta inmediata seria “diversión”, pero: ¿Cómo es que funcionan? ¿Magia o ciencia? ¿Podemos representar la ciencia de los juegos mecánicos en modelos a escala?

Antecedentes

INTRODUCCIÓN

La mecánica es la rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos mediante el análisis de sus causas (fuerzas) en términos matemáticos. Te has preguntado ¿Cómo funciona una montaña rusa? En el laboratorio a cielo abierto que representa un parque de diversiones, observamos que una montaña rusa es un excelente ejemplo de un sistema físico donde se efectúan conversiones de energía y se explican los principios básicos de la mecánica newtoniana.

La energía tiene múltiples formas. Se llama energía cinética a la energía asociada al movimiento. Un objeto que se mueve con energía cinética es igual a la mitad del producto de su masa (m) por su velocidad (v) elevada al cuadrado: Ec= 1/2mv². Se llama energía potencial gravitatoria a la energía que se almacena en un objeto que se eleva a una altura (h) por encima de un nivel de referencia, usualmente el nivel del suelo, y es igual al producto de la masa por la gravedad y la altura: Ep= mgh, donde el valor de la gravedad es una constante (9.81 m/s²).

Cuando los carros de la montaña rusa son llevados a lo alto de la primera colina, adquieren su máxima energía potencial gravitatoria. Esta energía es aportada por el trabajo mecánico que hace el motor del sistema de elevación. Una vez en lo alto, los carros se liberan y empiezan a caer por un primer plano inclinado formado con los rieles. En esta caída profunda, pierden altura y ganan velocidad: es decir a menor altura mayor velocidad, o si lo queremos ver de otra forma al perder energía gravitatoria se gana energía cinética.

Al fondo de la primera bajada, los carros tienen la máxima velocidad de todo el trayecto. En consecuencia, la energía cinética también  es máxima, y es toda la que necesita para continuar en movimiento. La inercia de los carros aporta el resto.

La inercia es la propiedad de los cuerpos de no modificar su estado de reposo o movimiento si no es por acción de una fuerza externa a ellos. De otra manera: la inercia es la resistencia de un cuerpo a cambiar su estado de movimiento o de reposo. Una vez que los carros están en movimiento es difícil pararlos.

Puesto que los carros rozan con los rieles y con el aire, el rozamiento, que es la resistencia que se opone al movimiento de un cuerpo sobre o dentro de otro “roba” un poco de energía a los carros, disipándola y convirtiéndola en calor. Por eso, las sucesivas colinas de una montaña rusa tienen cada vez menor altura, ya que los carros se van quedando con menor energía para subirlas. De allí que el trayecto de la montaña rusa este calculado para que los carros tengan en los distintos tramos curvas, subidas o bajadas.

Otros de los fenómenos físicos involucrados en el funcionamiento de la montaña rusa son  la velocidad y la aceleración, se puede decir que la velocidad de los carros cambia todo el tiempo, a veces aumenta, a veces disminuye; cualquier cambio que se produce en la velocidad de un objeto se llama aceleración, y son las fluctuaciones de la aceleración lo que hace divertida a una montaña rusa.

Con una mirada complementaria una montaña rusa es cualquier máquina que usa la gravedad y la inercia para dirigir a lo largo de una pista a un grupo de carros con personas que buscan emoción y diversión. Aunque las montañas sean cada vez más altas y veloces, los principios físicos fundamentales son siempre los mismos.

Objetivo

OBJETIVO GENERAL

• Crear un modelo científico que explique los principios físicos que intervienen en el funcionamiento de una montaña rusa.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Explicar el principio de la conservación de la energía en los juegos mecánicos
• Entender la relación entre la inercia y el rozamiento.
• Diferenciar los fenómenos de velocidad y aceleración.
• Vincular la diversión con la ciencia.

Justificación

Los juegos mecánicos son muy divertidos, pero no debemos ignorar que la construcción de ellos se basa en una serie de principios y leyes de la física que permiten que tengamos una diversión segura. El conocimiento científico no solo despierta la curiosidad de quienes lo practican, también  proporciona un proceso objetivo para hallar soluciones ante un problema, por lo que resulta de suma importancia hacer que tanto niños como adultos lo practiquen y entiendan sus aplicaciones en la vida diaria.

Hipótesis

¿Podemos explicar los fenómenos físicos que intervienen en el funcionamiento de algunos juegos mecánicos como la montaña rusa por medio de un modelo a escala?

Método (materiales y procedimiento)

PROCEDIMIENTO

Galería Método

Resultados

Se logró crear un modelo científico que permite explicar los principios y las leyes de la física que intervienen en el funcionamiento de la montaña rusa, facilitando el entendimiento de la ciencia y su aplicación en la vida cotidiana

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Gracias a este proyecto comprendí la aplicación de la física en el funcionamiento de los juegos mecánicos, entendí la importancia de los modelos en la ciencia y me divertí mucho.

Bibliografía

• Alba Andrade, Fernando (1997), El desarrollo de la tecnología, la aportación de la física, La ciencia para todos, FCE.
• Aguirre Valdez (2006), Actividades experimentales de Física I, Mecánica, Trillas, México. Braun Eliezer (2007), Física I para bachillerato, Trillas, México.
• Bueche, Frederick (2000), Física general, Mac Graw Hill, México.
• García Talavera (1999), Problemas y soluciones de física I y II, Noriega-IPN, México.
• Hewitt, Paul (1999), Física conceptual, Addison_ Wesley Iberoamericana.

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography