Práctica 11: La flexión de una regla

¿Cómo afecta el peso que se aplica a una tira de plástico a su grado de flexión?

INTRODUCCIÓN

La flexibilidad es la capacidad que posee un objeto o una persona para doblarse sin que se rompa. Existen muchos tipos de flexibilidad, como la muscular, la laboral o la mecánica. En el caso de este trabajo, vamos a basarnos en esta última. La flexibilidad mecánica es la capacidad de algunos materiales sólidos para deformarse y luego volver a su posición original. Esta deformidad está condicionada por varios factores, como el material con el que está hecho el objeto, la longitud y el grosor del mismo o la fuerza que se le aplica, que es el factor que vamos a investigar en este trabajo.

La fuerza es cualquier acción o esfuerzo que puede alterar a cualquier material, de cualquier manera, por ejemplo, la fuerza que se aplica sobre una pelota para que ruede, y la fuerza que se le aplica para que pare; o en el caso de esta investigación, la fuerza necesaria para flexionar una tira de plástico. Al ser una magnitud vectorial, la fuerza depende de la intensidad, la dirección y el sentido para poder medirla con precisión. Existen dos tipos de fuerza: la fuerza de contacto, que es aquella que resulta del contacto físico entre el cuerpo y su alrededor; y está la fuerza de campo, que ocurre en la acción a distancia entre un cuerpo y su alrededor. La fuerza se mide en Newtons.

 La fuerza fue descrita por primera vez por el físico Arquímedes, que afirmaba que todo cuerpo sumergido en un líquido experimentaba un empuje vertical y con dirección hacia arriba, que es igual al peso del objeto sumergido. 

HIPÓTESIS

Basándonos en la información obtenida de la introducción, podemos deducir que cuanto mayor sea la fuerza aplicada sobre la tira de plástico, mayor será su flexibilidad. Esto ocurre porque la fuerza que aplicamos es mayor a la resistencia del cuerpo al que aplicamos la presión, es decir, nuestra fuerza se opone a la resistencia original del objeto.  

Esta teoría se puede explicar con el módulo de Young, que es aquel que determina cuánto se comprimirá un material bajo una presión externa. Según este módulo, cuanto más volumen tenga el objeto, más presión se deberá aplicar sobre él para que de doble. Podríamos comprobar que es cierto si probásemos a ejercer la misma fuerza sobre dos objetos iguales, aunque fabricados con distintos materiales. Si uno de los objetos es de plástico, y el otro, de hierro, veremos que se necesita una mayor cantidad de fuerza para doblar el objeto de hierro que el de plástico. La fórmula del módulo de Young es la siguiente:

Gracias a este fórmula podemos averiguar el módulo de elasticidad de un objeto.

Otra teoría que podemos aplicar a este fenómeno es la Ley de Hooke, en la que se expresa que el alargamiento de un material elástico es directamente proporcional a la fuerza que se le aplica. Si al aplicar la fuerza deformamos permanentemente el objeto, podemos decir que su límite de elasticidad se ha sobrepasado. La fórmula de la ley de Hooke es la siguiente:

VARIABLES

-            La variable independiente de este trabajo es el peso que aplicamos sobre la tira de plástico, ya que es aquella variable que no depende de otros datos para poder medirla. Para calcular el peso utilizamos pesos de 10 gramos.

-            La variable dependiente de esta investigación es el grado de flexión de la tira de plástico. Para medirlo, simplemente necesitamos saber la distancia que existe entre el suelo y la tira, que se mediría con una regla. Para calcular el grado de flexión solo tendríamos que aplicar fuerza sobre la tira y medir de nuevo la distancia entre el suelo y la tira. Con esto deberíamos conseguir una distancia menor que la original.

-            Las variables controladas son aquellas que se mantienen constantes durante el experimento, de manera que no afectan a la forma en que la variable independiente afecta a la variable dependiente. Las variables controladas de este proyecto son el material de la tira, y la longitud y el grosor de la misma, ya que podrían afectar a su grado de flexión. Para mantener estas tres variables constantes, lo único que debemos hacer es utilizar la misma tira durante todo el experimento, y mantenerla en la misma posición durante todo el experimento. Esto lo conseguiríamos con un tornillo de mesa.

MATERIALES

-          Una regla de plástico de 50 cm.

-          7 pesos de 10 gramos cada uno.

-          Un metro.

-          Tornillo de mesa.

-          Una goma elástica.

MÉTODO

1.      Colocamos una regla de plástico de 50 cm sobre el filo de una mesa, de tal manera que ésta sobre salga de ella. Comprobamos cuanta distancia hay desde el suelo hasta la regla. Para agarrar la regla a la mesa, utilizamos un tornillo de mesa, y lo apretamos bien para asegurarnos de que esta no se mueve. Además, colgamos una goma elástica del agujero de la regla para después poder colgar los pesos.

2.      Colocamos el primer peso sobre la goma elástica, y medimos la distancia que hay ahora del filo de la regla al suelo.

3.      Repetimos el paso 2, cambiando la cantidad de peso que se coloca sobre la regla. Como lo que tenemos son pesos pequeños de 10 gramos cada uno, cada vez que tomamos una nueva medida añadimos un peso sobre la regla. Esto lo hacemos hasta conseguir pesos de entre 20 y 80 gramos.

4.      Repetimos los pasos 2 y 3 para comprobar que las medidas que hemos conseguido son correctas.

      RESULTADOS

   Relación entre el peso puesto sobre la regla y la distancia de la regla a la mesa   

      Viendo los resultados obtenidos, que se encuentran recopilados en la tabla, y representados en la tabla, podemos comprobar que cuanto mayor sea el peso que colocamos sobre la regla, mayor será su flexión. Por esta razón podemos decir que la flexión de la regla es proporcional al peso que se le coloca encima.

     CONCLUSIÓN

     Con toda la información que tenemos, y con los datos obtenidos, podemos llegar a la conclusión de que cuanto mayor sea el peso que se coloca sobre la regla, es decir, cuanto mayor sea la fuerza que este peso ejerce, mayor será el grado de flexión de la regla. De esta manera, vemos que la hipótesis que hemos desarrollado es correcta.

     EVALUACIÓN

     

A pesar de estos errores, la práctica de laboratorio ha tenido los resultados esperados.