Un ejemplo completo: midiendo la gravedad con makey-makey

Experimento 1. Caída libre

En el primer experimento dejamos caer libremente una bola desde una determinada altura, medimos el tiempo que tarda en caer y, usando la fórmula del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado obtenemos directamente el valor de la aceleración de la gravedad.

Hemos usado un makey-makey y un sencillo programa scratch para medir el tiempo que la bola tarda en caer. ¿Cómo? fabricando dos sencillos sensores, uno que detecta la posición inicial de la bola y otro la final. Los sensores no son más que interruptores fabricados con papel de plata y las cintas adhesivas de cobre que vienen incluidas en los kits makey-makey.

El primer “sensor”, fabricado con las cintas adhesivas de cobre,  tiene esta pinta:

Y el segundo, hecho con papel de plata, esta otra:

Colocamos el primer sensor en el borde de una mesa, cuya altura hemos medido (105 cm), y el segundo en el suelo, justo debajo del primero. Los extremos del primer sensor los colocamos entre los conductores “EARTH” y “SPACE” del makey-makey y los extremos del segundo entre los conductores “EARTH” y “FLECHA DERECHA”.

Colocamos la bola sobre el primer sensor. En ese momento el circuito de la tecla “SPACE” está cerrado y el de la “FLECHA DERECHA” abierto. Dejamos caer la bola y el circuito de la tecla “SPACE” queda abierto. Cuando la bola alcanza el suelo e impacta sobre el segundo sensor, el circuito de la “FLECHA DERECHA” se cierra por un instante.

El programa scratch que hemos desarrollado para este experimento detecta los estados de la tecla “SPACE” y “FLECHA DERECHA” y mide el tiempo que transcurre desde que “SPACE” es liberada hasta que “FLECHA DERECHA” se pulsa. El mismo programa utiliza el valor de este tiempo para aplicar la fórmula anterior y calcular el valor de la aceleración de la gravedad.

Montaje del experimento:

Y este el resultado:

Este es el programa, que puedes descargar aquí.

En nuestro caso hemos repetido el experimento 6 veces y obtenido los siguientes valores:

 

tirada aceleración de la gravedad
1 9.71
2 9.72
3 9.67
4 9.67
5 9.63
6 9.64

Que arroja un valor medio de 9.67 , lo cual no está nada mal teniendo en cuenta que el valor de la gravedad en Madrid es de 9.7996412681  según se indica en este curioso artículo del nº 47 de la “Revista de Geofísica” del año 1991 donde se explica cómo se mide la aceleración de la gravedad en Madrid utilizando un aparato denominado gravímetro. Así que, salvando las distancias pero con todas las de la ley, podemos decir que acabamos de construir un didáctico y sencillo gravímetro con nuestro makey-makey.

Experimento 2: Caída en un plano inclinado

El segundo experimento es algo más complicado de ejecutar pero sigue el mismo principio que el primero. Se trata de lanzar una bola por un plano inclinado y tomar medidas del tiempo en distintos puntos del plano separados uniformemente. En cada uno de los puntos calculamos la aceleración de la bola, que ahora por ser un plano inclinado y una bola rodando no coincide con la aceleración de la gravedad.  No obstante, gracias a la siguiente relación que existe entre ambas y el ángulo que el plano inclinado forma con la horizontal, podemos calcular su valor:

Esta fórmula la hemos extraído en este artículo de  la wiki del departamento de Física Aplicada de la Universidad de Sevilla.

Para tomar varias medidas necesitamos varios sensores. Como makey-makey dispone de 6 “teclas” podemos tomar 5 medidas, ya que uno de los sensores lo necesitamos para poner el cronómetro a cero en el momento en que la bola comienza a rodar.

A medida que la bola pasa por los sensores, el programa scratch captura el valor del tiempo, del espacio recorrido y calcula el valor de la aceleración para cada par tiempo-espacio.Estos valores son mostrados en listas y con ellos se calcula la aceleración media de las medidas tomadas y, finalmente aplicando la relación anterior, se extrae el valor de la aceleración de la gravedad.

Para ejecutar el experimento hemos utilizado como plano inclinado un tubo de cartón (de los que se usan el envío por correo de papeles de gran formato) cortado por la mitad:

Medimos la longitud del canal obtenido (110 cm) y colocamos equiespaciados, a razón de 26cm,  los interruptores que hemos fabricados con dos trozos de cinta adhesiva de cobre:

Elevamos 9 cm (la altura de las dos cajas de makey-makey que nos sirven de soporte) un extremo del canal, con lo que podemos calcular la inclinación del plano usando la fórmula del seno como la razón entre el cateto opuesto; que es la altura del soporte, y la hipotenusa del triángulo rectángulo que conforma el canal con el soporte con el suelo; que es la longitud del canal.

Uno de los extremos de cada interruptor se conecta mediante un cable con terminaciones de pinza de cocodrilo al conductor “EARTH” del makey-makey, y el otro a cada uno de los conductores “SPACE” y flechas. El programa scratch que hemos desarrollado usa la liberación de la tecla “SPACE” para iniciar el cronómetro, por lo que es importante que el primer sensor, el que queda más alto, se conecte a esta tecla. Los demás pueden conectarse en cualquier orden al resto de los conductores del makey-makey.

Y ya solo queda colocar, apoyada  sobre el primer interruptor, la bola en el punto más alto y liberarla. A medida que desciende tocará los sensores y makey-makey enviará a la computadora el código de tecla correspondiente. El programa scratch construye en tiempo real las tablas con los valores del tiempo, del espacio y la aceleración, calcula la aceleración media y finalmente presenta el valor la de la aceleración gravedad.

El código fuente de este programa es un algo más complicado que el anterior y no lo reproducimos aquí, pero te lo puedes descargar aquí.

Y el resultado obtenido fué:

Y nos sale un valor de 9.51 , ¡que tampoco está nada mal!.

Galileo Galilei, considerado el padre de la Física, formuló por vez primera la ecuación de la aceleración que hemos utilizado. Experimentando con planos inclinados, comprendió que la caída libre de los cuerpos, sea cual sea su peso, se produce con aceleración constante, algo que puedes comprobar tú mismo con estos experimentos.

Utilizaba planos inclinados para reducir la aceleración y facilitar la medida del tiempo, ya que no disponía de instrumental adecuado para medirlo con precisión. La medida precisa de la posición en función del tiempo de un cuerpo que cae no es nada sencilla. Tanto es así que incluso hay quien duda que Galileo realmente hubiera realizado dichos experimentos.

Con makey-makey, una computadora y materiales reciclados, recursos que actualmente están al alcance de cualquier centro educativo, no solo hemos conectado el mundo físico con el virtual; además hemos realizado un histórico experimento de física que implica medidas difíciles de ejecutar.

Seguro que hay muchos más experimentos de física en los que se puede utilizar  makey-makey como instrumento de medida. Es cuestión de dar rienda suelta a la imaginación. Si makey-makey nos permite conectar el mundo físico con la realidad, ¡qué mejor que usarlo para aprender Física!

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