Gravedad vs Masa Guía

Resumen

La gravedad es la fuerza que experimentan los objetos debido a la atracción de la Tierra. Es la fuerza con la que estamos más familiarizados en nuestras vidas: las manzanas maduras que caen al suelo y el agua que fluye hacia abajo son efectos de la gravedad. Este experimento tiene como objetivo investigar cuantitativamente si existe una relación proporcional fija entre la gravedad de un objeto y su masa colgando diferentes números de pesas de gancho en un dinamómetro de resorte.

Antecedentes

• 1687: Isaac Newton propuso la Ley de la Gravitación Universal en 'Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica', explicando por qué caen las manzanas y por qué los planetas orbitan alrededor del sol.
• Newton señaló: Existe una fuerza gravitacional entre dos objetos cualesquiera. La gravedad en la superficie de la Tierra es en realidad (un componente de) la fuerza gravitacional de la Tierra sobre los objetos.
• También distinguió claramente entre los conceptos de 'Masa' (una medida de la inercia) y 'Peso' (una medida de la fuerza gravitacional).

Conceptos clave

Fórmulas y derivación

Pasos del experimento

1. 1

   Calibración a Cero

   Cuando no hay pesas de gancho adjuntas, observa si el puntero del dinamómetro de resorte apunta a la línea de escala cero (calibrado automáticamente antes de que comience el experimento).
2. 2

   Carga Secuencial

   Haz clic en 'Añadir 50g' o 'Añadir 100g'. Cada vez que cuelgues una, lee el valor en Newtons (N) que se muestra en el dinamómetro.
3. 3

   Registro y Cálculo

   Observa la tabla de la derecha. Divide la gravedad medida $G$ por la masa $m$ (presta atención a la conversión de unidades, 100g = 0.1kg) para calcular la relación de $G/m$.
4. 4

   Trazado del Gráfico

   Observa los cambios en el gráfico $G-m$. Si estos puntos experimentales se distribuyen en una línea recta que pasa por el origen, indica una relación proporcional directa entre ellos.
5. 5

   Contraste Multi-Entorno

   Cambia al entorno 'Luna'. Repite los pasos anteriores para ver cómo cambia la gravedad que actúa sobre un objeto de la misma masa en la Luna.

Resultados del aprendizaje

• Confirmar la relación proporcional directa entre la gravedad y la masa, y dominar la fórmula $G = mg$.
• Comprender el significado de la constante gravitacional $g$ y su unidad $\text{N/kg}$.
• Aprender a procesar datos experimentales utilizando el método gráfico y analizar intuitivamente las leyes entre cantidades físicas.
• Darse cuenta de que la magnitud de la gravedad se ve afectada por el entorno (diferentes planetas), mientras que la masa permanece constante.

Aplicaciones reales

• Básculas: Las básculas electrónicas en el mercado miden en realidad la presión (gravedad) y luego la convierten nuevamente a masa a través de $1/g$ para mostrársela al usuario.
• Ingeniería de Construcción: El peso propio de los materiales debe calcularse con precisión en el diseño de puentes y edificios de gran altura para garantizar la seguridad estructural.
• Exploración Espacial: Los astronautas están en un estado de ingravidez en el espacio, no porque la gravedad desaparezca, sino porque la gravedad actúa completamente como fuerza centrípeta debido a la órbita de alta velocidad.

Errores comunes

Lectura adicional

• Gravity - Wikipedia
• Khan Academy - Mass and Weight