Éste applet simula el movimiento de un objeto (satélite) en una trayectoria circular. El movimiento puede ser uniforme (MCU), o sea con velocidad angular constante, o acelerado (MCUA), con velocidad angular constante.
Por ejemplo: podemos simular un motor que gira de modo uniforme, un ventilador que estando parado comienza a girar cada vez más rápido, el tambor de una lavadora que está girando y frena hasta detenerse....
Para representar el movimiento circular tenemos que definir los tres parámetros que lo configuran: la posición angular inicial, la velocidad angular inicial y la aceleración angular. Además asignaremos valores al radio de la trayectoria y a la masa del objeto en rotación.
Mientras tiene lugar el movimiento circular, en el mismo applet, se representan el movimiento del objeto proyectado en los ejes horizontal (x, negro) y vertical (y, rojo). De estos movimientos rectilíneos se representan las gráficas posición, velocidad y aceleración en relación al tiempo.
El movimiento es automático pero, con los
botones Inicio / Reset y Pausa / Continúa,
podemos pararlo y continuar después en cualquier momento. Con
las flechas de desplazamiento temporales rojas, también podemos
avanzar o retroceder en el tiempo la simulación (por centésimas
de segundo).
Es preciso definir los siguientes parámetros en la barra de entrada:
- Posición angular inicial (Phi o) desde donde comienza el movimiento del objeto, expresada en grados (º).
- Velocidad inicial (wo) con la que el satélite inicia su movimiento expresada en radianes por segundo (rad/s). Puede ser positiva (sentido antihorario) o negativa (sentido horario).
- Aceleración angular (alfa) en rad/s², si es positiva significa que la velocidad angular del objeto irá aumentando, si es negativa disminuirá. Esta aceleración se mantendrá constante a lo largo de todo el movimiento.
- Radio (R) de la trayectoria circular expresada en metros (m).
- Masa (m) del objeto en rotación
expresada en kilogramos (kg). En nuestro applet será la masa
del satélite simulado.
En
éste applet disponemos de muchos valores de salida y por ello la
barra inferior varía su configuración según el botón
que pulsemos a la derecha del applet. Los valores están agrupados según los
tipos de magnitud a que corresponden: angulares, lineales y componentes x
y y de les magnitudes lineales.
- Posición angular (phi) del objeto expresada de tres maneras: en grados (º), en radianes (rad) y en vueltas + grados (vueltas, º).
- Velocidad angular (w) del satélite expresada en radianes por segundo (rad/s) y en revoluciones por minuto (rpm).
- Aceleración angular (alfa), lógicamente
la misma que hemos definido como parámetro de entrada. Expresada
en rad/s².
- Longitud (L) en metros (m) que ha recorrido el objeto desde el principio del movimiento.
- Velocidad (v) en metros por segundo (m/s) del objeto en un instante determinado. Corresponde al módulo del vector velocidad.
- Aceleración (a) en metros por segundo al cuadrado (m/s²). Módulo del vector aceleración del satélite en un determinado momento.
- Aceleración tangencial (at, en m/s²) correspondiente al valor de la componente de la aceleración en la dirección tangente a la trayectoria. Indica como varía el módulo de la velocidad lineal.
- Aceleración centrípeta (ac, en m/s²) que corresponde al valor de la componente de la aceleración en la dirección hacia el centro de la trayectoria circular. Indica como varía la dirección de la velocidad lineal.
- Fuerza (F) expresada en Newtons (N) que actúa sobre el objeto para conseguir el movimiento circular representado. Es el módulo de la fuerza total que actúa sobre el objeto.
- Fuerza tangencial (Ft) expresada en Newtons (N). Es la componente de la fuerza responsable de la variación del módulo de la velocidad del objeto.
- Fuerza centrípeta (Fc) expresada en Newtons (N). Corresponde a la componente de la fuerza en dirección central y que es responsable de la variación de la dirección de la velocidad.
Componentes x y y
- Componentes de la posición (horizontal x y vertical y) da los valores (en metros) de las proyecciones encima de los ejes de la situación del objeto en un instante.
- Componentes de la velocidad (horizontal vx y vertical vy) permite observar los valores de las componentes del vector velocidad del objeto. Expresadas en metros por segundo (m/s).
- Componentes de la aceleración (horizontal ax y vertical ay) expresadas en m/s². Muestran a cada instante la proyección del vector aceleración encima de cada eje.
- Componentes de la fuerza (horizontal
Fx y vertical Fy) expresadas en Newtons (N). Valores de la descomposición
de la fuerza total que actúa sobre el satélite.
Con cuadros de validación podemos visualizar o no...
- El vector velocidad (color azul) y sus componentes x y y.
- El vector aceleración y sus componentes x y y (color verde).
- El vector aceleración (color verde) y sus componentes tangencial y centrípeta.
- La fuerza total (color gris) y sus componentes horizontal y vertical (x y y).
- La fuerza y sus componentes tangencial y centrípeta (color gris).
También podemos activar o desactivar la visualización de...
- Intervalos de la posición del objeto en cada segundo transcurrido (permite visualizar claramente si el objeto tiene aceleración angular o no).
- Cuadrícula que ayuda a realizar la lectura numérica de la posición del satélite en las dos escalas numéricas (ejes x y y).
Podemos activar o desactivar las proyecciones horizontal y
vertical. En tal caso podremos ver o no el punto (negro o rojo) de
proyección encima del eje y las correspondientes gráficas
posición, velocidad y aceleración. Eso nos permitirá
centrar la atención en el aspecto que más nos convenga del applet: movimiento circular, movimiento vibratorio armónico...
Para facilitar la tarea de la utilización del applet, tanto por el profesor como por el alumno , existe el desplegable con configuraciones predeterminadas que después se pueden modificar con facilidad.
Las configuraciones predeterminadas corresponden, aproximadamente, a aquellas
que pueden ser más interesantes para alcanzar completamente
el aprendizaje del movimiento circular y del movimiento vibratorio armónico
así como la relación entre ambos.
- El movimiento del satélite correspondiente a los parámetros de entrada.
- Los vectores velocidad y sus componentes x y y.
- Los vectores aceleración y sus componentes x y y.
- Los vectores aceleración y sus componentes tangencial y centrípeta.
- Los vectores fuerza y sus componentes x y y.
- Los vectores forá y sus componentes tangencial y centrípeta.
- La trayectoria del objeto con su posición en cada segundo transcurrido.
- Las proyecciones encima de los ejes x y y de la posición del satélite en cada instante.
- Las gráficas posición, velocidad y aceleración
respeto el tiempo de les componentes x y y de estas magnitudes.