Un clásico tiro de fantasía en física, análisis del video.

La demostración llamada “el mono y el cazador” es un clásico en los cursos de mecánica clásica. Es importante porque demuestra la descomposición de vectores, además revela la conexión entre el tiro parabólico y la caída libre –que están sujetas a la misma fuerza de atracción vertical (F = mg)– que hace posible que el tiro acierte en la diana. Más aún, son un primer acercamiento para realizar sofisticados movimientos. Por ejemplo, acoplamientos de naves espaciales, como el logrado  por la nave Progress M-17M a la estación espacial internacional (ISS).

Este es un link de la demostración en cuestión: MIT Physics Demo -- Monkey and a Gun.

Sin embargo, la demostración requiere tener las herramientas de sincronización para que la caída del mono y el dispara empiecen al mismo tiempo. Muchas escuelas carecen de este material e incluso el espacio adecuado para ejecutar la demostración.  Afortunadamente, se pueden pueden usar videos de YouTube y otros medios en Internet para presentar esta y otras demostraciones.

Mejor aún, estas demostraciones en video pueden ser la base para realizar un estudio más profundo, complementar el tema de física y mejorar las habilidades de análisis de los estudiantes.

Por ejemplo, utilizando el programa de análisis Tracker se puede obtener una medición de la gravedad g tanto para el proyectil y el mono en sus respectivos movimientos, con lo cual se comprueba que el video es real, sin montajes chapuceros –como los que suelen presentar los comerciales.  Estos las etapas que realice para medir simultáneamente g del video.

Para descargar el video utilice un programa llamado YTD video downloader.  Después, inserte el video en Tracker, seleccione para el estudio los cuadros 1573 al 1621 (aprox. 1.6 s); el marco de referencia lo situé lo más cerca posible del disparador, mientras que supuse que el muchacho que aparece en el video mide 1.8 m para situar la barra de calibración –esencial para tener las medición referente al mundo real.

Finalmente, cree dos marcadores: una masa puntual para el mono y otra para el proyectil. Siguiendo la trayectoria en las imágenes, cuadro a cuadro forme automáticamente las gráficas para analizarlas en el mismo programa. En las Fig. 1 se pueden ver capturas de pantalla de este estudio.

Captura de pantalla de el video analizado. Se muestran las trayectorias del muñeco y el proyectil. Además se muestran las gráficas del movimiento vertical de los dos objetos.
Tomando en cuenta que el desplazamiento vertical cerca de la Tierra –tanto en la trayectoria en caída libre y tiro parabólico– obedecen la siguiente ecuación:


En este momento estoy interesado en las g calculadas.   Así que mediante un ajuste de datos seleccionados a una ecuación de parábola (que Tracker obtiene automaticamente), comparo el coeficiente del término al cuadrado.   Encontrando que la g_mono es aprox. 9.9 m/s^2 (error porcentual de 1%), mientras g_proyectil es de aprox. 10.3 m/s^2 (error porcentual de 5%).

En ambos casos el error de ajuste es ínfimo (una desviación RMS menor de 1).  El error calculado de las g’s es pequeño y están dentro de un amplio intervalo de confianza.  Por lo cual la medición es exitosa.  Con todo, debo de reconocer que el punto clave es seleccionar adecuadamente la distancia para la barra de calibración, sin este dato sólo se podría demostrar que las aceleraciones de los dos objetos son muy similares.

Este ejemplo de análisis de videos de YouTube demuestra que además de emplear los videos para hacer demostraciones que motiven a los estudiantes, también se pueden emplear como sujetos de estudio, lo cual incrementa los usos didácticos y complementarios en un curso de física. Mejor aún, nos permite llevar a los temas de física profundos y significativos a los intereses de los estudiantes, cualquiera que estos sean.

Pregunta para pensar:
¿En el espacio exterior o en otro planeta funciona esta demostración?

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