ANIMACIONES MODELLUS DE FÍSICA

(Departamento de Física y Química del IES "Leonardo Da Vinci")

Todas las animaciones de conceptos y experimentos de mecánica pertenecen al trabajo que estamos realizando sobre "Teoría y laboratorio de física en el Instituto con tecnología del siglo XXI". Las de relatividad pertenecen al trabajo "Materiales interactivos para la enseñanza de la relatividad" (Primer premio de materiales didácticos de ciencias en Ciencia en Acción 2005). Algunas de conceptos de mecánica ya se utilizaron en el trabajo "Mecánica newtoniana (Materiales  actuales para su enseñanza por investigación)" (Mención de Honor de materiales didácticos de ciencias en Ciencia en Acción 2006)

Por limitación de espacio, no incluimos otras animaciones y materiales de los trabajos. Puedes pedir al autor CDs con los trabajos completos de Mecánica Newtoniana, de Relatividad y el actual sobre Laboratorio de Física. Si eres profesor o asesor de formación docente también puedes ponerte en contacto para solicitar un curso o unas jornadas de formación docente sobre  Relatividad en  Bachillerato, sobre Creación de animaciones Modellus y/o sobre Laboratorio de física usando sensores y/o Modellus.

Materiales bajo licencia Creative Commons. Pueden ser distribuidos, copiados, exhibidos y/o modificados siempre que: a) Se cite su procedencia (Web del IES "Leonardo Da Vinci") y autor (Manuel Alonso). b) No se les dé un uso comercial. c) Se distribuyan bajo la misma licencia.

Para ver las animaciones debes tener instalado el programa gratuito  Modellus (versión 2.1). Puedes obtener el programa aquí (distribuido con permiso del autor) y en la página oficial de Modellus donde también encontrarás cursos, manuales y una amplia colección de ejemplos de animaciones de ciencias. Una vez instalado el programa, las animaciones que se ofrecen aquí, marcadas con el símbolo , se pueden ver  y manipular directamente en la red . Para usar las animaciones señaladas con el símbolo se ha de importar el archivo zip, descomprimirlo y abrir la animación en el ordenador del usuario.

CONCEPTOS Y PROBLEMAS DE CINEMÁTICA

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Aprende a dar la posición de un coche en una carretera, la de un alumno que se puede mover en un plano (el suelo de la clase) y la posición angular de un planeta con una órbita circular alrededor del Sol.

Diferencia entre cambio de posición sobre una trayectoria, vector desplazamiento, y cambio de posición angular

Cuando un vehículo supera el límite permitido de velocidad un guardia pone la multa correspondiente. No evitará la multa que la velocidad media del trayecto sea inferior a dicho límite.

Incorpora a voluntad coeficientes en la ecuación de la posición de un movimiento. Predice la correspondiente ecuación de la velocidad y representa cualitativamente el movimiento.

Describe cualitativamente el movimiento de un objeto, representa los vectores velocidad y aceleración, y dibuja de las gráficas de la posición, la velocidad y la aceleración. Modifica las condiciones iniciales para provocar cualquier tipo de movimiento. También puedes modificar sobre la marcha la aceleración del objeto.

La trayectoria, la frecuencia, la velocidad angular y la longitud de los vectores que representan la velocidad y la aceleración del movimiento de un satélite en órbita circular alrededor de la Tierra cambian al modificar magnitudes el radio de la órbita o el periodo.

Al representar paso a paso la proyección sobre un diámetro de la circunferencia de un movimiento circular uniforme se obtiene un MAS. Modifica el radio o el periodo del movimiento circular para ver cómo cambian el resto de magnitudes.

Composición de dos movimientos perpendiculares armónicos simples,  cuyos valores de la frecuencia guardan una relación numérica sencilla.

El movimiento de una bala que lanza horizontalmente un cañón es un tiro parabólico. Usa un medidor de alcances y alturas para estudiar la influencia de la velocidad inicial del lanzamiento, su altura y la gravedad.

La trayectoria, el alcance y la altura del lanzamiento oblicuo de una pelota depende del ángulo del lanzamiento, la gravedad, la velocidad y la altura inicial.

Movimiento de una canoa que cruza un río y movimiento de una abeja que hace zig-zag horizontal mientras se desplaza en dirección vertical.

Dos vehículos circulan en sentidos opuestos por la misma carretera. ¿En qué lugar se cruzan? Plantea la situación, formula hipótesis y trata de resolver el problema usando las ecuaciones y de modo gráfico.

Casi todas estas animaciones pertenecen al trabajo que estamos realizando sobre "Laboratorio de física en el Instituto con tecnología del siglo XXI". Otras ya se utilizaron en el trabajo sobre "Mecánica newtoniana.

EXPERIMENTOS DE CINEMÁTICA

Estudio de la concordancia entre el movimiento de un cochecito de cuerda y un movimiento rectilíneo y uniforme.

Repetición del experimento (usando el mismo cochecito) en un curso de formación docente celebrado en el Centro de Profesores y Recursos de Avilés (Asturias)

Estudio de la concordancia (durante una vuelta) entre el movimiento de una pelotita obligada a describir una trayectoria circular dentro de un plato y un movimiento circular y uniforme.

Concordancia (durante varias vueltas) entre el movimiento circular de dos puntos de una plataforma giratoria (situados a diferentes distancias del centro) y sendos movimientos circulares y uniformes con la velocidad angular de la plataforma.

Concordancia entre un movimiento real de caída libre y una simulación que se atiene a las leyes de la mecánica clásica. Obtención del valor de g.

Repetición del experimento en un curso de formación docente celebrado en el Centro de Profesores y Recursos de Avilés (Asturias)

Comprobación experimental de la hipótesis de Galileo, según la cual el tiro horizontal se puede descomponer en un movimiento horizontal rectilíneo y uniforme, más un movimiento vertical de caída uniformemente acelerado.

Comprobación experimental de que el movimiento de una pelotita, desde que rebota oblicuamente en el suelo, se puede asimilar a un tiro oblicuo.

Concordancia entre el movimiento real de un balón de baloncesto lanzado a canasta en un tiro libre y una simulación en la que un balón virtual realiza un tiro oblicuo de esas características.

Estudio de la concordancia entre el movimiento oscilatorio de un muelle vertical y el movimiento armónico simple.

Repetición del experimento en un curso de formación docente celebrado en el Centro de Profesores y Recursos de Avilés (Asturias)

Todas estas animaciones pertenecen al trabajo que estamos realizando sobre "Laboratorio de física con tecnología del siglo XXI" Accede a la página para conocer con detalle los experimentos asistidos por sensores de movimiento y de fuerza, y/o analizados con el simulador Modellus.

CONCEPTOS Y PROBLEMAS DE DINÁMICA

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Aplica una fuerza arbitraria al carrito. Estudia su movimiento y dibuja las gráficas de la posición y la velocidad.

Dos cuerpos celestes se aproximan como consecuencia de la fuerza de atracción gravitatoria que se ejercen. ¿Cómo afecta a sus movimientos la relación entre sus masas?

Reproducción del experimento mental de Newton con el que visualizó la universalidad de sus leyes. Desde lo alto de una torre se lanzan objetos con velocidades iniciales diferentes.

Una bola choca contra otra. Impón la conservación del impulso lineal y predice el movimiento posterior al choque, suponiendo que las bolas mantengan la dirección y que la bola que impacta queda en reposo. Modifica las masas de las bolas y/o la velocidad de la bola que impacta.

¿Cuanto se desviará de la vertical un péndulo que cuelga del techo de un vagón? Intenta resolver este problema abierto antes de usar la animación.

Una persona cae desde una altura elevada. Al plantear la hipótesis de una fuerza de rozamiento con el aire proporcional al cuadrado de la velocidad, se constata que el movimiento acaba siendo uniforme, después de alcanzarse una velocidad límite.

Incorporación de un paracaídas a la animación anterior. El efecto que produce la apertura del paracaídas es una brusca disminución de la velocidad de caída.

Casi todas estas animaciones pertenecen al trabajo que estamos realizando sobre "Laboratorio de física con tecnología del siglo XXI" . Algunas ya se utilizaron en el trabajo sobre "Mecánica newtoniana.

EXPERIMENTOS DE DINÁMICA

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Arrastre horizontal de un objeto encima de una mesa para mostrar la diferencia entre los coeficientes de rozamiento estático y dinámico.

Correspondencia entre el movimiento real (filmado) de un carrito rodante y el de un carrito virtual que se atiene a los resultados experimentales del movimiento real obtenidos con sensores.

Oscilación amortiguada de un pulso producido en un muelle apoyado sobre una mesa. Obtención del coeficiente de amortiguamiento.

Repetición del experimento en un curso de formación docente celebrado en el Centro de Profesores y Recursos de Avilés (Asturias)

Caída de una bola metálica dentro de una probeta llena de agua. La bola alcanza rapidísimamente la velocidad límite y su movimiento es prácticamente uniforme.

Todas estas animaciones pertenecen al trabajo que estamos realizando sobre "Laboratorio de física con tecnología del siglo XXI" Accede a la página para conocer con detalle los experimentos asistidos por sensores de movimiento y de fuerza, y/o analizados con el simulador Modellus.

CONCEPTOS Y PROBLEMAS DE TRABAJO Y ENERGÍA

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Un objeto desliza por una superficie horizontal. El trabajo de la fuerza resultante (en este caso igual a la fuerza de rozamiento) es igual a la disminución de la energía cinética. Modifica la velocidad inicial del objeto, su masa y el valor de la fuerza de rozamiento.

Lanzamos una pelota en dirección vertical y ascendente. Evalúa la energía mecánica total del sistema pelota-Tierra (cinética más potencial gravitatoria) y comprueba si se conserva.

Modifica la energía potencial gravitatoria de un objeto en las proximidades del suelo terrestre y la de un muelle elástico.

Utiliza las relaciones entre el trabajo y la energía para resolver el problema. Modifica la velocidad despegue del avión y/o la fuerza que lo impulsa encima de la pista, y ver cómo afecta a la longitud mínima necesaria de la pista.

CONCEPTOS DE GRAVITACIÓN

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Correspondencia entre el salto que realizó el astronauta y el de un astronauta virtual. Utiliza el dato conocido de la altura del salto filmado y la gravedad en la Luna para deducir la velocidad con que se impulsó el astronauta y escribir la ecuación de su movimiento.

Después de dibujar las líneas del campo gravitatorio creado por un sistema estelar doble (las dos estrellas de igual masa) piensa qué movimiento describiría un cuerpo abandonado en un lugar equidistante de ellas. Entra en el modelo físico-matemático de la animación para comprobar que ese movimiento se obtiene aplicando al problema las leyes de Newton de la gravitación.

Trayectorias posibles de un satélite. Velocidad de escape

Representa las posibles trayectorias de un satélite que se lanza con velocidad inferior, igual o superior a la velocidad de escape.

Lanzamiento de una nave al espacio con una velocidad ligeramente superior a la velocidad de escape. A medida va disminuyendo la gravedad, la velocidad de la nave tiende a una velocidad de crucero casi constante.

Estas animaciones pertenecen al trabajo que estamos realizando sobre "Laboratorio de física con tecnología del siglo XXI" . Una de ellas ya se utilizó en el trabajo sobre "Mecánica newtoniana.

SISTEMAS DE REFERENCIA

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Posibles trayectorias de un satélite terrestre alrededor del Sol

Un satélite terrestre tiene un movimiento circular y uniforme alrededor de la Tierra, pero bastante más complicado respecto del Sol. ¿Es legítimo adoptar cualquier tipo de sistema de referencia (SR) para estudiar los movimientos? ¿Producen las leyes de la física resultados satisfactorios con independencia del SR adoptado? ¿Cómo traducir los resultados obtenidos en un SR a otro SR?

Movimiento de una pelota lanzada en un vehículo inercial

Los experimentos mecánicos realizados en un vehículo con movimiento rectilíneo y uniforme producen los mismos resultados que se tendrían en otro vehículo en reposo.

Movimiento de la pelota según el punto de vista del SRI exterior, ligado al suelo

Reproduce el punto de vista del SRI exterior, ligado al suelo, para comprender por qué es legítimo usar las leyes de Newton en ambos SRI (dentro y fuera del vehículo)

Movimiento de una pelota lanzada en un vehículo acelerado (punto de vista del SRI exterior)

El hecho de que la pelota se lance desde un vehículo acelerado, no afecta a la aplicabilidad de las leyes de Newton en un SRI exterior.

Movimiento de la pelota en un vehículo acelerado (punto de vista del SR ligado al vehículo)

No se puede adoptar un SR acelerado para describir con las leyes newtonianas de ese ni de ningún otro movimiento. El movimiento real de la pelota lanzada en un SR acelerado sigue respecto de dicho SR (no inercial) una trayectoria impredecible por los principios de Newton.

Estas animaciones sirven de refuerzo en el trabajo que estamos realizando sobre "Laboratorio de física con tecnología del siglo XXI" . También se usaron en el trabajo sobre  "Materiales interactivos para la enseñanza de la relatividad".

CONCEPTOS DE RELATIVIDAD

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Compara la predicción acerca de la gráfica velocidad-tiempo de un cuerpo sometido a una fuerza constante según la física clásica y en relatividad.

Mueve a voluntad a nuestro Einstein viajero y representa en un diagrama espacio-tiempo su movimiento y el de los extremos de un haz luminoso emitido desde el origen de la historia del viajero.

Aplica diferentes velocidades relativas a dos sistemas de referencia inerciales (SRI) y dibuja en un diagrama abstracto múltiples los ejes tiempo-posición de ambos SRI.

Aplica una velocidad arbitraria a un viajero (respecto de un SRI) y dibuja el desplazamiento en el espacio-tiempo del viaje según el punto de vista del viajero y del SRI. Comprueba que la duración del viaje impropia (punto de vista del SRI en "reposo") es mayor que la correspondiente duración propia (punto de vista del SRI ligado al viajero).

Dibuja en un diagrama múltiple impulso-energía el cuadrivector dinámico correspondiente al movimiento uniforme de una partícula, según el punto de vista de distintos SRI.

La masa de un sistema formado por dos partículas en movimiento relativo es mayor que la suma de las masas de cada una de ellas, tanto mayor cuanto mayor sea su velocidad relativa. Dibujan el diagrama impulso-energía para comprobarlo.

Visualiza la equivalencia entre un SR que cae con aceleración g en un campo gravitatorio uniforme de gravedad g y un SRI en ausencia de campo gravitatorio.

Aplica el principio de equivalencia para comprobar que la luz se curva en el espacio-tiempo afectado por la presencia de un campo gravitatorio.

Para profundizar en el estudio de conceptos de relatividad, visita las páginas sobre "Materiales interactivos para la enseñanza de la relatividad", sobre "Teoría y problemas resueltos de relatividad " y sobre Relatividad en Internet .

CONCEPTOS DE ONDAS

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Sigue la pista a las partículas que propagan una onda longitudinal y una onda transversal. Se puede modificar sobre la marcha el retraso temporal.

Genera ondas armónicas en una cuerda. Permite modificar sobre la marcha el número de ondas, la longitud de onda o la frecuencia.

Simula una onda transversal fijando la atención en partículas que vibran en fase y otras que lo hacen en oposición de fase.

Simula el avance de una onda plana primero por un medio transparente y después por un medio absorbente. Obtiene el espesor de semi-absorción. Se puede modificar la intensidad inicial de la onda y el coeficiente de absorción.

Representa dos estados de vibración armónica y su superposición. Se pueden modificar las amplitudes y el desfase entre las vibraciones produciendo en la superposición interferencias constructiva o destructiva.

Permite aplicar velocidades arbitrarias al foco emisor de una onda, poniendo en evidencia el efecto Doppler

REPRESENTACIÓN DE CAMPOS GRAVITATORIOS Y CAMPOS ELÉCTRICOS

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Mueve el cursor representar el campo gravitatorio en diferentes puntos alrededor de la Tierra. Dibuja así las líneas del campo gravitatorio terrestre.

Campo gravitatorio de un sistema binario

Mueve el cursor para representar el campo gravitatorio y las correspondientes líneas de fuerza del campo producido por un sistema doble. Considera varios casos, según sean las masas de los cuerpos celestes iguales o desiguales.

Mueve el cursor representar las líneas del campo electrostático en diferentes puntos alrededor de una carga puntual.

Mueve el cursor para representar el campo eléctrico y las correspondientes líneas de fuerza del campo producido por dos cargas fijas. Considera varios casos, según sea el signo de cada carga.

CONCEPTOS DE MATEMÁTICAS EN LAS CLASES DE FÍSICA

Un medidor de la pendientes, incorporado a la curva x = f(t), te permite comprobar que, en cada punto, la pendiente de la tangente es la velocidad instantánea. Entra en la ventana de condiciones iniciales para modificar la aceleración, la posición y/o la velocidad inicial del movimiento.

Representa sobre una circunferencia de radio unidad y calcula el seno y el coseno de cualquier ángulo.

ALONSO, M. y SOLER, V. (2008) Animaciones Modellus para las clases de Física. Revista de Enseñanza de la Física. Julio-Septiembre 2008. 38-43.

ALONSO, M. (2007) Animaciones Modellus y videos de experiencias de laboratorio para dar un nuevo impulso a la enseñanza de la mecánica newtoniana. Revista electrónica de enseñanza de las ciencias. Vol. 6, Nº 3, 729-745.

ALONSO, M. (2007) Taller sobre animaciones Modellus de física. XX Congreso de Enciga. Boletin das ciencias nº 64

CANO, M., GRASS, A., MICHALAY, Y., ALONSO, M., SOLER, V. y TORRES, A. (2006) Creación de simulaciones con Modellus. Título de la ponencia completa: Recursos digitales para los docentes de ciencias. Congreso Internacional de Educación. (Palpa-Bocaya, Colombia)