Experimentos de Física con Caja de Arena en Venezuela | ORBITECH

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Medición de movimiento en la arena

Fórmulas para registrar y calcular distancias, tiempos y velocidades en experimentos con arena.

Velocidad promedio law

v = \frac{d}{t}

Formes alternatives

$d = v \cdot t$ — Para calcular la distancia si conoces velocidad y tiempo
$t = \frac{d}{v}$ — Para calcular el tiempo si conoces distancia y velocidad

Symbole	Signification	Unité
`v`	velocidad promedio Distancia recorrida por unidad de tiempo. Usa un cronómetro y regla local.	metro por segundo
`d`	distancia recorrida Mide con una regla o cinta métrica en tu caja de arena.	metro
`t`	tiempo transcurrido Usa un reloj o cronómetro. ¡El tuyo puede ser tu teléfono!	segundo

Dimensions : $[L] [T^{- 1}]$

Exemple : Si tu carrito recorre 1.5 metros en la caja de arena en 3 segundos, su velocidad promedio es 0.5 m/s.

Aceleración promedio law

a = \frac{Δ v}{Δ t}

Symbole	Signification	Unité
`a`	aceleración promedio Cambio de velocidad por unidad de tiempo. ¡Nota si el objeto acelera o frena!	metro por segundo al cuadrado
`\Delta v`	cambio de velocidad $v_{f} i n a l$ menos $v_{i} n i c i a l$ . Usa dos mediciones de velocidad.	metro por segundo
`\Delta t`	intervalo de tiempo Tiempo entre las dos mediciones de velocidad.	segundo

Dimensions : $[L] [T^{- 2}]$

Exemple : Si un balón pasa de 0 m/s a 2 m/s en 1 segundo al bajar una rampa, su aceleración es 2 m/s².

Fuerzas y equilibrio con objetos locales law

F = m \cdot g

Symbole	Signification	Unité
`F`	fuerza peso Fuerza con que la Tierra atrae un objeto. ¡Todo lo que sueltas cae!	newton
`m`	masa del objeto Usa un ladrillo (2 kg), una botella llena (1 kg) o una pelota (0.3 kg).	kilogramo
`g`	aceleración gravitatoria En Venezuela g ≈ 9.8 m/s². ¡Casi igual que en cualquier parte del mundo!	metro por segundo al cuadrado

Dimensions : $[M] [L] [T^{- 2}]$

Exemple : Un ladrillo de 2 kg ejerce una fuerza de 19.6 N sobre la arena. ¡Pesa como 2 botellas grandes de agua!

Energía potencial gravitatoria definition

E_{p} = m \cdot g \cdot h

Symbole	Signification	Unité
`E_p`	energía potencial Energía almacenada por la altura. ¡Mientras más alto, más energía!	julio
`m`	masa del objeto Usa una canica (0.05 kg) o una pelota de béisbol (0.15 kg).	kilogramo
`h`	altura Mide desde el suelo hasta el punto más alto. ¡Usa una regla o metro de costurera!	metro

Dimensions : $[M] [L^{2}] [T^{- 2}]$

Exemple : Si elevas una canica de 0.05 kg a 0.4 m de altura, su energía potencial es 0.196 J. ¡Suficiente para hacer un pequeño hoyo en la arena!

Energía cinética definition

E_{c} = \frac{1}{2} \cdot m \cdot v^{2}

Symbole	Signification	Unité
`E_c`	energía cinética Energía del movimiento. ¡Mientras más rápido va, más energía tiene!	julio
`m`	masa del objeto Usa una pelota pequeña (0.2 kg) o un carrito de juguete (0.5 kg).	kilogramo
`v`	velocidad Mide con la fórmula v = d/t en tu experimento.	metro por segundo

Dimensions : $[M] [L^{2}] [T^{- 2}]$

Exemple : Un carrito de 0.5 kg que rueda a 1 m/s tiene una energía cinética de 0.25 J. ¡Suficiente para mover un montículo de arena!

Presión y huellas en la arena definition

P = \frac{F}{A}

Symbole	Signification	Unité
`P`	presión Fuerza aplicada por unidad de área. ¡A menor área, más hundimiento en la arena!	pascal
`F`	fuerza aplicada Usa el peso de un objeto (F = m·g) o empuja con tu mano.	newton
`A`	área de contacto Mide el área de la base del objeto. ¡Usa papel cuadriculado para calcular!	metro cuadrado

Dimensions : $[M] [L^{- 1}] [T^{- 2}]$

Exemple : Una moneda de 5 g (0.05 N) con área de 0.0001 m² ejerce una presión de 500 Pa. ¡Por eso se hunde en la arena mojada!

Conservación de la energía mecánica law

E_{p_{i}} + E_{c_{i}} = E_{p_{f}} + E_{c_{f}}

Symbole	Signification	Unité
`E_{p_i}`	energía potencial inicial Energía por altura al inicio del experimento.	julio
`E_{c_i}`	energía cinética inicial Energía por movimiento al inicio. ¡Puede ser cero si parte del reposo!	julio
`E_{p_f}`	energía potencial final Energía por altura al final del experimento.	julio
`E_{c_f}`	energía cinética final Energía por movimiento al final. ¡La arena absorbe parte de la energía!	julio

Dimensions : $[M] [L^{2}] [T^{- 2}]$

Exemple : Si sueltas una pelota desde 0.5 m, al llegar al suelo su energía potencial (4.9 J) se convierte casi toda en energía cinética (4.8 J). ¡Solo 0.1 J se pierde en calor!

Experimentos con rampas y pendientes

Fórmulas para analizar el movimiento en superficies inclinadas usando arena y objetos locales.

Componente del peso en un plano inclinado law

F_{∥} = m \cdot g \cdot \sin (θ)

Symbole	Signification	Unité
`F_{\parallel}`	fuerza paralela al plano Parte del peso que hace mover el objeto. ¡Es la que "empuja" el carrito!	newton
`m`	masa del objeto Usa un ladrillo, botella o pelota según tu experimento.	kilogramo
`\theta`	ángulo de inclinación Mide con un transportador o estima: 30° es una pendiente pronunciada.	grado

Dimensions : $[M] [L] [T^{- 2}]$

Exemple : Un ladrillo de 2 kg en una rampa de 30° experimenta una fuerza de 9.8 N que lo hace rodar. ¡Equivalente a empujarlo con 1 kg de fuerza!

Fuerza normal en plano inclinado definition

F_{N} = m \cdot g \cdot \cos (θ)

Symbole	Signification	Unité
`F_N`	fuerza normal Fuerza perpendicular al plano que sostiene el objeto. ¡Evita que se hunda!	newton
`m`	masa del objeto Misma masa que en la fórmula anterior.	kilogramo
`\theta`	ángulo de inclinación Mismo ángulo que en la fórmula anterior.	grado

Dimensions : $[M] [L] [T^{- 2}]$

Exemple : El mismo ladrillo de 2 kg en 30° tiene una fuerza normal de 16.97 N. ¡Es como si pesara 1.7 kg en la báscula!

Aceleración en plano inclinado sin rozamiento law

a = g \cdot \sin (θ)

Symbole	Signification	Unité
`a`	aceleración Aceleración del objeto al rodar. ¡A mayor ángulo, más rápido va!	metro por segundo al cuadrado
`g`	aceleración gravitatoria Usa 9.8 m/s² para Venezuela.	metro por segundo al cuadrado
`\theta`	ángulo de inclinación Mismo ángulo que en las fórmulas anteriores.	grado

Dimensions : $[L] [T^{- 2}]$

Exemple : En una rampa de 30°, los objetos aceleran a 4.9 m/s². ¡Más rápido que un bus en Caracas en hora pico!

Ondas y vibraciones en la arena

Fórmulas para analizar ondas y vibraciones que dejan marcas en la arena, como las de los terremotos o el sonido.

Velocidad de una onda en la arena law

v = λ \cdot f

Symbole	Signification	Unité
`v`	velocidad de la onda Qué tan rápido se propaga la onda en la arena. ¡Las ondas rápidas hacen más hoyos!	metro por segundo
`\lambda`	longitud de onda Distancia entre dos crestas de la onda. ¡Mide con una regla!	metro
`f`	frecuencia Número de ondas por segundo. ¡Golpea la arena 5 veces por segundo = 5 Hz!	hercio

Dimensions : $[L] [T^{- 1}]$

Exemple : Si haces ondas en la arena con 0.2 m entre crestas y 4 Hz, la onda viaja a 0.8 m/s. ¡Más lento que caminar!

Frecuencia de vibración de un resorte theorem

f = \frac{1}{2 π} \sqrt{\frac{k}{m}}

Symbole	Signification	Unité
`f`	frecuencia natural Frecuencia a la que vibra el resorte. ¡Depende de su rigidez y masa!	hercio
`k`	constante elástica Rigidez del resorte. ¡Un resorte tenso tiene k grande!	newton por metro
`m`	masa suspendida Masa que cuelga del resorte. ¡Usa una lata con arena!	kilogramo

Dimensions : $[T^{- 1}]$

Exemple : Un resorte con k=20 N/m y masa de 0.5 kg vibra a 1 Hz. ¡Hace un ciclo por segundo!

Longitud de onda en función de la tensión definition

λ = \frac{v}{f}

Symbole	Signification	Unité
`\lambda`	longitud de onda Distancia entre dos puntos idénticos de la onda. ¡Mide con una regla en la arena!	metro
`v`	velocidad de propagación Usa v = λ·f de la fórmula anterior.	metro por segundo
`f`	frecuencia de la fuente Cuántas veces por segundo golpeas la arena.	hercio

Dimensions : $[L]$

Exemple : Si golpeas la arena 3 veces por segundo (3 Hz) y la onda avanza a 0.6 m/s, la longitud de onda es 0.2 m. ¡20 cm entre crestas!

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Experimentos con rampas y pendientes

Ondas y vibraciones en la arena

Fuentes