Este laboratorio está en formato trilingüe, permitiendo seleccionar español, valenciano o inglés. El laboratorio muestra una animación del movimiento de un punto material que recorre un bucle vertical, poniendo el énfasis en la diferencia que supone que esté enlazado a la pista, o que esté simplemente apoyado en ella. Además del tipo de apoyo, el usuario puede seleccionar los valores de los parámetros que determinan el movimiento: la masa del punto material, su velocidad inicial, y el radio de su trayectoria en el bucle. El panel de resultados muestra en cada instante los valores que definen el movimiento del punto material (altura, velocidad, aceleración, ángulo, velocidad angular y aceleración angular), las fuerzas que actúan sobre él (reacción normal, fuerza centrífuga y peso), y sus energías (potencial gravitatoria y cinética). Además, la mayor parte de estos valores (fuerzas, energías, velocidad y aceleración) pueden mostrarse opcionalmente en el visor de la animación. El presente laboratorio ha sido realizado mediante la herramienta de desarrollo Easy Java Simulations (http://fem.um.es/Ejs/).
Comprender cómo varían la energía cinética y la potencial gravitatoria de un punto material que recorre un bucle vertical sin rozamiento.
Analizar cómo varía la reacción normal de la pista sobre el punto material.
Entender la importancia del sentido de la reacción normal en relación con la forma en que el punto material está vinculado a la pista, bien enlazado, bien apoyado.
Diferenciar entre las condiciones que deben cumplirse para que el punto material supere el bucle según cuál sea su vínculo con la pista.
Las deslizaderas de los paneles “Datos del punto material” y “Datos de la pista” controlan la masa del móvil, su velocidad inicial, y el radio de su trayectoria en el bucle.
El panel “Datos de la pista” permite elegir entre las opciones “Punto material enlazado a la pista” y “Punto material apoyado en la pista”. En el primer caso, el punto material no puede moverse perpendicularmente a la pista, en ninguno de los dos sentidos; en el segundo, el móvil no puede penetrar en la pista, pero sí despegarse.
Dado que el movimiento depende de los datos anteriores, no se permite modificarlos una vez iniciada la animación. Para que los controles vuelvan a ser operativos, púlsese el botón de detener el movimiento en el panel “Consola”.
El panel “Resultados” indica el comportamiento del punto material (si supera el bucle, deja de ascender o abandona la pista, y en qué posición). También muestra en cada instante los valores que definen el movimiento del punto material (altura, velocidad, aceleración, ángulo, velocidad angular y aceleración angular), las fuerzas que actúan sobre él (reacción normal, fuerza centrífuga (en realidad una fuerza de inercia) y peso), y sus energías (potencial gravitatoria y cinética).
El panel “Visualización” permite activar o desactivar individualmente la representación en el visor de los parámetros relevantes: velocidad, aceleración, reacción normal, fuerza centrífuga, peso y energías (potencial gravitatoria y cinética). De esta forma puede visualizarse en tiempo real cómo varía cualquiera de ellos a lo largo de la animación. Los parámetros se muestran en el visor con el mismo aspecto y color que en el panel.
El panel “Visualización” permite también activar o desactivar la representación gráfica del punto límite, si existe. Se trata del punto del bucle en el que, en su caso, el punto material deja de ascender o se despega de la pista.
Las deslizaderas del panel “Escalas” permiten modificar las escalas con que aparecen en el visor los vectores velocidad, aceleración, y los de las fuerzas implicadas.
Sea cual sea la masa del punto material, la escala de las barras que muestran la energía en el visor se ajusta automáticamente, de modo que el nivel de la energía potencial gravitatoria coincide en todo momento con la altura a la que se encuentra el móvil. De esta forma se pone de manifiesto la relación entre altura y energía potencial, y resulta más sencillo observar la altura que puede alcanzar el punto material si toda su energía cinética inicial se transforma en potencial gravitatoria.
En los casos en que el punto material se despega de la pista y entra en caída libre, su comportamiento tras el impacto con el suelo se ha simulado con la hipótesis de que el choque es inelástico. Por tanto, su velocidad inmediatamente después de ese choque es la componente tangente a la pista de la que tenía inmediatamente antes.
Los botones del panel “Consola” permiten detener el movimiento, pausarlo, ponerlo en marcha, y retroceder y avanzar de fotograma en fotograma. El botón inferior derecho permite optar entre que el movimiento se detenga en el instante final, o que se reproduzca indefinidamente. También se indica el instante actual.