EL DINAMÒTRE

NIVELL: 3r o 4t ESO

ÀMBIT: Física

OBJECTIUS:

  • Conèixer el funcionament d’un dinamòmetre.
  • Calcular la gravetat.
  • Deduïr la llei de Hooke.
  • Calcular la constant elàstica d’una molla.

MATERIAL: Dinamòmetre i diferents pesos

PART 1: LA MOLLA: LA FORÇA APLICADA I LA FORÇA RESTAURADORA (ELÀSTICA)

Accedeix al següent enllaç per poder dur a terme la primera part de l’activitat:

https://phet.colorado.edu/sims/html/hookes-law/latest/hookes-law_es.html

Accedeix a la Introducció. S’observa una molla i una pinça que pots manipular per estirar o comprimir la molla. Dos requadres, un sota la molla on es pot variar la seva rigidesa, i un altre on es pot seleccionar la força aplicada.

 

Quan apliquem una força sobre una molla (força aplicada), apareix una força que la molla realitza (força restauradora o força elàstica)
  • Si s’estira la molla, quin sentit té:
    • La força aplicada: ____________________
    • La força restauradora: ____________________
  • Si es comprimeix la molla, quin sentit té:
    • La força aplicada: ____________________
    • La força restauradora: ____________________
  • Com és la intensitat (el mòdul) d’aquestes dues forces? ____________________
  • Com és la direcció d’aquestes dues forces? ____________________
  • Com és el sentit d’aquestes dues forces? ____________________
  • Què passa si apliquem una determinada força i variem la constant elàstica de la molla?

PART 2: EL DINAMÒMETRE

  • Què és?
El dinamòmetre és un aparell que serveix per mesurar forces amb una unitat coneguda com “newton” o “N”. Aquest aparell té unes mides reduïdes, fa uns 10 cm de llarg i uns 2 – 4 cm de diàmetre. Depenent de la llargada de la molla i de la seva resistència podem trobar diferents dinamòmetres, de 1, 5, 10… newtons, que és el valor màxim de la força que pot mesurar.
  • Com funciona?
El dinamòmetre funciona penjant un cos qualsevol a un petit ganxo que va adherit a la molla. En la graduació que té es llegeix la força aplicada, és a dir, el pes del cos que s’hi ha penjat.
  • Activitat
  1.  Penja en un  dinamòmetre tres masses diferents: 50g, 150g, 200g i 300 g. Anota les masses en kg a la columna 2.
  2. Per cada massa anota la lectura que et proporciona el dinamòmetre, és a dir, el pes de cada massa a la columna 3.
  3. Dedueix la relació experimental entre el pes i la massa (Columna 4).

  • Reflexiona
  1. Quines són les forces que actuen sobre els cossos que has penjat?
  2. Què creus que és el valor de la columna 4?
  3. Podries escriure una expressió matemàtica que relaciones el PES en N amb la MASSA en Kg.
  4. Amb el que has après, calcula la massa del teu estoig utilitzant el dinamòmetre.

PART 3: CÀLCUL DE LA CONSTANT ELÀSTICA D’UNA MOLLA

Veurem com es relaciona l’allargament d’un molla amb la força que l’estira. Accedeix al següent enllaç, a l’apartat Laboratorio, per fer l’activitat:

https://phet.colorado.edu/sims/html/masses-and-springs/latest/masses-and-springs_es.html

1. Si representem l’allargament d’un molla davant de la força que estira d’ell, quina forma creus que tindrà la gràfica? 

Fixa els següents paràmetres per realitzar les simulacions.

  • Selecciona: Desplaçament, longitud natural de la molla i referència mòbil.
  • Gravetat: 9’8 m/s2
  • Amortització: Màxim
  • Agafa el regle i situa el zero a la línia de longitud natural de la molla.
  • Constant del ressort: Tria la que tu vulguis de l’escala graduada de 0 al 9. Anota-ho aquí. ________

2. Comença la simulació: Recollim les dades

  1. Fixa la massa a 50 g i penja la massa de color taronja a la molla
  2. Anota a la taula la massa en kg i calcula la força que exerceix la massa, és a dir, el seu pes (P = m·g). Anota el resultat a la taula.
  3. Amida l’allargament de la molla, és a dir, la distància entre la longitud natural de la molla quan no està estirada (línia de guionets blava) i l’extrem de la molla quan està estirada (llegeix-ho a la regla amb l’ajuda de la referència mòbil). Anota’l a la taula en metres.
  4. Realitza el mateix amb les diferents masses que es mostren a la taula.

3. Càcul de la constant elàstica de la molla.

  1. Representa gràficament la força en N (eix Y) enfront l’allargament en m (eix X).
  2. Dibuixa la recta que més s’aproximi als punts representats i calcula el seu pendent (tram vertical dividit per tram horitzontal), al que anomenarem k.
  3. Multiplica cada valor de l’allargament pel pendent k i omple la darrera columna de la taula anterior. Analitza la taula i descriu breument què observes.

El pendent de la recta és una mesura de la rigidesa del ressort i es coneix com a constant elàstica de la molla. Com més gran és el pendent, més rígida és la molla perquè aquest valor indica que es requereix més força per estirar-lo o comprimir-lo una quantitat donada.

4. Basant-te en les dades que has recollit a la taula crea una equació que relacioni la força que actua sobre la molla (F), l’allargament (ΔL) i la constant elàstica (k). Aquesta relació es coneix com a Llei de Hooke

5. Ara que coneixes la constant elàstica de la molla. Determina la massa de la pesa de color rosa i de la pesa de color blau.

  1. Penja la pesa a la molla.
  2. Anota l’allargament en m.
  3. Amb l’ajuda de la llei de Hooke i la constant elàstica que has calcular anteriorment, calcula la força que exerceix la pesa. Aquesta força és el pes de la pesa.
  4. Amb la fórmula per al càlcul del pes, P = m·g, determina’n la massa.