GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

INTRODUCCIÓN A LA FOTOGRAFÍA DIGITAL EN LA EXPERIMENTACIÓN FÍSICA

a)Estática

La generalización de la fotografía digital y el abaratamiento de las cámaras, junto con el uso del computador permite a cualquier profesor preparar una práctica que requiera una sucesión de medidas a partir de las cuales puede elaborar una ley física. El alumno toma de cada foto una serie de datos. Los procesa en una hoja de cálculo, elabora las gráficas necesarias y determina las leyes de la física que procedan.

b)Estroboscópica

Sin embargo donde mejor puede aplicarse la fotografía digital es en los experimentos de mecánica. Aquí  presentamos uno de cinemática, combinándola con la iluminación estroboscópica. El efecto estroboscópico se consigue  haciendo girar a velocidad constante, un disco con varias ranuras igualmente espaciadas.

El equipo necesario será: uno o dos focos, cámara digital con trípode, disco giratorio con ranuras acoplado a un motor, puerta óptica para medir el período de giro del disco y una pantalla cuadriculada. Además para este experimento disponemos de un disparador  para lanzar la esfera metálica.

Para conseguir fotografiar la trayectoria de modo que permita realizar medidas cuantitativas, hemos observado que resulta imprescindible tener un gran contraste de color entre el móvil y el entorno, por lo que hemos empleado un fondo negro y como móviles esferas metálicas brillantes por tener un poder reflectante  muy elevado o bien  bolas blancas. Además, es necesario tener encendido uno o dos focos luminosos, ya con iluminación directa ( si sólo existe un objeto brillante), ya dirigido al techo o con para soles, si existieran otras objetos reflectantes

Para situar las sucesivas posiciones del móvil en dos dimensiones, se han diseñado unas cuadrículas con hilos blancos, espaciadas entre sí una distancia de , que situamos unos centímetros por detrás del plano de la trayectoria.  En muchos casos en los que la cuadrícula puede inducir a error, se ha tomado como referencia de distancia, dos niveles indicativos de una determinada distancia. 

Para la medida del tiempo se ha construido un disco de cartón rígido de 30 cm de diámetro que lleva seis ranuras idénticas e igualmente espaciadas, además, el número de ellas que se mantienen abiertas puede variarse a voluntad.  El disco se hace girar mediante un motor eléctrico acoplado al mismo,  midiéndose su periodo de rotación con una puerta óptica cuya apreciación es de 1 ms.

La cámara digital se sitúa sobre un trípode detrás del disco y a unos 4 m de distancia del experimento para evitar errores de paralaje, y según el tipo de objetivo. Para la medida del tiempo en este experimento, se han mantenido abiertas tres ranuras, de modo que el tiempo transcurrido entre cada una de las entradas de luz a la cámara a través de las ranuras es la tercera parte del periodo de rotación del disco. Antes de hacer la foto se fijan las condiciones en la cámara, para la resolución óptima de la fotografía.

Movimiento rectilíneo uniforme

Fundamento

Un movimiento rectilíneo uniforme se caracteriza porque la ecuación que relaciona la posición del móvil con el tiempo es una ecuación de primer grado. El coeficiente de la variable tiempo representa la velocidad constante del móvil.

Si al estudiar el movimiento consideramos que el origen de posiciones ( x=0) y el de tiempos ( t=0) son el mismo punto la ecuación de primer grado es de la forma

                                                                          x = v t

 Si al estudiar el movimiento consideramos que el origen de posiciones no coincide con el origen de tiempos, la ecuación es de la forma

                                                                        x = x_o + vt

Siendo x_o la posición que ocupa el móvil en el tiempo cero respecto al punto elegido como referencia de posiciones.

Fotografías 

La primera fotografía representa el móvil , en este caso un cochecito de juguete movido por una pila, al que se le ha  pegado una aguja con un extremo en blanco para poder determinar con precisión la posición cuando el cohechito se desplace.

La tercera es una fotografía del mismo cochecito  pero ahora se ha indicado que la primera posición es para tomarla como origen de posiciones. El intervalo entre posiciones consecutivas es T = 0,593 segundos.

El enrejado que aparece en las fotografías supone que entre dos rayas verticales consecutivas haya una distancia real de 10,0+/- 0,1 cm 

Medidas de las posiciones

Fotografía segunda

Se toman como origen de posiciones y de tiempos la primera mancha de la izquierda. Con una regla mida y anote la distancia del resto de las posiciones  y anote los resultados en la tabla 1.

    Tabla 1

Mida la distancia en la foto que existe entre el enrejado horizontal que diste en la realidad 0,80 m 

Con el factores f_x  y los tiempos complete la tabla 2

Tabla 2

Gráficas

Con los datos de la tabla 2 ,represente las posiciones en el eje Y frente al tiempo en el eje X. Calcule la ecuación de la recta y determine el valor de la velocidad del cochecito en m/s

Fotografía tercera

Se toman como origen de posiciones la primera posición (mancha blanca que aparece a la izquierda de la fotografía) y de tiempos la siguiente mancha. Con una regla mida y anote la distancia de las posiciones respecto de la posición elegida como x = 0 en la tabla 3.                                    

                   Tabla 3

Mida la distancia en la foto que existe entre el enrejado y que diste en la realidad 0,90 m 

Con el  factor f_x y los tiempos complete  la tabla 4.

Tabla 4

                                                          

Gráficas

Con los datos de la tabla 4, represente las posiciones en el eje Y frente al tiempo en el eje X. Calcule la ecuación de la recta y determine el valor de la velocidad del cochecito en m/s.

Compare si el coeficiente de t en ambas ecuaciones es sensiblemente el mismo

SOLUCIÓN

Observación

En alguno de los experimentos es necesario calcular un factor de escala, esto es, una relación entre el tamaño real y el de la fotografía.

Los datos que se exponen, se han obtenido a partir de unas fotografías  cuyo tamaño puede no coincidir con las de la página. En consecuencia, existe una variación en el factor de escala según sea el tamaño de la fotografía. Como es natural, esto no debe afectar ni a la ley ni a la comprobación de la ley, por consiguiente, el utilizar un tamaño u otro de fotografía debe conducir a los mismos resultados finales o a diferencias atribuibles exclusivamente a errores experimentales que se cometan en la toma de medidas.