Medición de la velocidad
Experimentalmente, en nuestro laboratorio de física podemos utilizar cualquiera de varios métodos para medir la velocidad de los objetos.
Cronómetro y vara de medir:
La forma más sencilla de medir la velocidad es utilizar un cronómetro y una vara de medir. A menos que uno sea descuidado, el error humano rara vez se puede atribuir a los errores en los experimentos. Sin embargo, un cronómetro es tan bueno como el ser humano que lo controla. En el mejor de los casos, el tiempo de reacción humano es una fracción de segundo (1/5) y esto por sí solo puede crear un error.
Fotogate y vara de medir
Podemos eliminar el factor de error humano utilizando un fotogate. En un photogate, cuando nuestro objeto en movimiento bloquea un rayo de luz activa el inicio de nuestro temporizador. Cuando bloquea una segunda puerta en puede detener el temporizador. Algunos photogates son dispositivos independientes, otros se integran con un ordenador. También se pueden configurar las fotocélulas para que midan el menor tiempo de bloqueo del rayo cuando un objeto de un tamaño físico determinado bloquea el rayo.
Tickertape y Meterstick
Una máquina de tickertape emite un sonido muy espeluznante. Tiene un pequeño estilete metálico que golpea hacia arriba y hacia abajo a 60 ciclos/segundo. Esta frecuencia se debe a la frecuencia de la electricidad de corriente alterna que alimenta el aparato. Un trozo largo de cinta adhesiva se sujeta al objeto en movimiento y se tira de él a través de la máquina mientras el objeto se mueve. Se coloca un trozo de papel carbón entre el estilete vibrante y la cinta de teletipo. Cada vez que el palpador rebota, deja un punto de carbono en el papel. La distancia entre estos puntos puede medirse con un simple metro después de realizar el experimento. El tiempo entre puntos es simplemente 1/60 de segundo. Es interesante observar que cuanto más rápido se mueve un objeto, mayor es la distancia entre los puntos.
Los sensores de movimiento ultrasónicos son similares a las pistolas de radar que utilizan mis policías para medir la velocidad de los coches en la carretera. La mayor diferencia es que estos sensores utilizan ondas ultrasónicas. Se trata de ondas sonoras con un tono tan alto que están fuera del alcance del oído humano. El sensor emite las ondas ultrasónicas en un cono enfocado. Cuando las ondas rebotan en el sensor, se recoge la onda sonora. Debido al desplazamiento Doppler, podemos medir con precisión la velocidad del objeto.
Análisis de imágenes de vídeo: Hace años, podíamos tomar fotografías usando una luz estroboscópica para hacer mediciones cinemáticas. Si se observan las fotos del estroboscopio, se puede ver claramente cómo el espacio entre las imágenes aumenta con la velocidad.
Hoy en día, podemos recoger imágenes de vídeo con una cámara web o con el teléfono móvil. Como el vídeo se recoge a 30 fotogramas/segundo conocemos el intervalo de tiempo en la foto. Si conocemos la relación entre el tamaño del píxel y la distancia, podemos encontrar fácilmente la velocidad. Esto se puede conseguir si conocemos el tamaño de un objeto en el vídeo. O se puede colocar una vara de medir en el vídeo como escala de referencia. Sin embargo, hay que tener cuidado con los efectos del paralaje en la imagen de vídeo. Si un objeto está más lejos (o fuera de ángulo) entonces parecerá más pequeño. Un método discreto sería utilizar LoggerPro o VideoPhysics de Vernier Software. En este software usted hace clic en la posición del objeto que está tratando de analizar durante cada cuadro.