EXPERIENCIAS DE CINEMÁTICA EN EL LABORATORIO

EL ORDENADOR COMO MEDIO DE ADQUISICIÓN DE DATOS EN EL LABORATORIO.

(Herrero y Rosado, 1995). (Rosado L. y Ayensa J.M. 1999)

" Se conoce con los nombres genéricos de EXAO o LAO (experiencias de laboratorio asistidas por ordenador). El ordenador permite efectuar y registrar medidas de tiempo, temperatura, velocidad, potenciales, etc, siempre que dispongamos de sensores que envían una señal que codificamos, transformándola de analógica a digital. Para ello se necesita un sensor, un convertidor de señal y una tarjeta de adquisición de datos. Las medidas registradas en el Ordenador tienen la ventaja de ser precisas, de poderse almacenar y manipular estadísticamente, de modo que faciliten el análisis de datos y la obtención de conclusiones (Rosado et al 1993). En el esquema de la figura se representa la comunicación del ordenador con los sensores (Herrero y Rosado 1995).

El tipo de sensor depende de la magnitud que se desea medir. Los sensores están conectados a una interfaz que controla su funcionamiento, y se realiza del siguiente modo: detectan un cambio en las condiciones del medio físico, la interrupción de un haz de luz, cambio de un potencial del medio, de la resistencia, etc, envían una señal que es transformada y codificada por la interfaz. Éste es un dispositivo que envía al ordenador una señal binaria (0 ó 5 V) de baja intensidad, que además evita la destrucción de elementos del circuito del ordenador, y se conecta a una tarjeta que controla las señales que llegan al ordenador. La tarjeta está insertada en una ranura (slot, en el argot informático) de la placa base del PC.

El esquema de la figura representa la comunicación del ordenador con la interfaz y ésta con los sensores, en un montaje destinado a la realización de experiencias de Cinemática y de Dinámica Elemental (con un 'banco de aire' para evitar el rozamiento), donde los sensores de velocidad y tiempo están colocados sobre una barra. Una deslizadera que se mueve sobre un tubo con orificios, por donde sale el aire que insufla un ventilador, interrumpe los haces de luz infrarroja de los sensores cuando pasa debajo de éstos. La señal se envía a la interfaz que, una vez convertida en impulsos eléctricos digitales, llega a la tarjeta controladora del microordenador. En el microordenador se interpretan dichas señales por medio de un programa, de modo que la interrupción de los haces de luz infrarroja en los sensores se traducen en el ordenador en la puesta en marcha - interrupción del reloj interno, el registro del instante en el que pasa la deslizadera, el cálculo de su velocidad, etc. Los datos se guardan en la memoria y se muestran en la pantalla.

Descripción del material en las experiencias de caída libre controladas por ordenador

Microordenador con las características mínimas siguientes: Microprocesador Intel 80486 a 33 MHz, de 4 Mb de memoria RAM, disco duro de 110 Mb, monitor de 14 pulgadas (tarjeta VGA). Los microordenadores que se adquieren en el mercado tienen todos mayores prestaciones que las mencionadas aquí.

Tarjeta de adquisición de datos. Es una tarjeta controladora de las señales que llegan de la interfaz, que se instala en una ranura (slot) de expansión del ordenador, proporcionada por el proveedor. Se conecta a la interfaz mediante un conector en paralelo.

Programa que permite traducir las señales adquiridas a través de la tarjeta, visualizar los resultados en la pantalla del ordenador y efectuar tratamiento estadístico de los datos.

Interfaz. Lo proporciona la casa proveedora. Es un dispositivo que permite conectar y comunicar el microordenador con cualquier periférico. Va conectada a la tarjeta controladora que está insertada en la placa-base del ordenador, mediante un conector paralelo.

Sensores de velocidad o cronocinéticos. Tienen dos emisores de haz luminoso separados 1 cm, y dos fototransistores que captan el haz de luz correspondiente. Cuando se interrumpe dicho haz, envían una señal al ordenador, quien la traduce poniendo en marcha el reloj interno o interrumpiéndolo. El haz tiene una frecuencia fuera del espectro visible, para no verse afectados por la luz ambiental.

Sensores crono o sensores de inicio. Tienen un solo emisor y fototransistor. Ponen en marcha el reloj interno, de modo que los cronocaptadores efectúan las medidas refiriéndolas al reloj interno, que ha sido puesto en marcha por el sensor crono. De este modo, cuando se pone en marcha el reloj, la velocidad del objeto no es cero. Permite efectuar medidas de caída libre o de plano inclinado de un objeto que tiene velocidad inicial.

El disparador es un sensor que pone en marcha el reloj interno cuando se lanza o deja caer un objeto desde él. La velocidad inicial del objeto es siempre cero.

CAÍDA LIBRE

(Rosado L. y Ayensa J.M. 1999)

En la figura se muestra el montaje completo para el estudio de la caída libre de un cuerpo. En una barra milimetrada, sujeta a un soporte, que se apoya en el suelo, se coloca un sensor de disparo (disparador) y otros cuatro sensores a las distancias que se deseen, que permiten obtener velocidad y tiempo en cada una de las posiciones correspondientes. E1 cuerpo que se deja caer es una bolita de cualquier masa, que tenga un tamaño comprendido entre 1'4 y 1'8 cm de diámetro y que se coloca en el disparador. Éste posee un sensor que pone en marcha el cronómetro, al presionar el dispositivo de disparo. Al pasar la bolita por cada uno de los cronocaptadores, se envían señales (tres por cada cronocaptador), a partir de las cuales el ordenador devuelve datos de tiempo y velocidad de la bolita al paso por cada sensor. Los datos se observan en la pantalla y se registran en un fichero si se desea.

E1 ordenador es capaz, mediante el programa, de registrar en una tabla las medidas efectuadas y representar gráficamente la posición frente al tiempo o la velocidad frente al tiempo, así como aplicar el cálculo estadístico y el ajuste de la recta o curva que se ha obtenido gráficamente. Sin embargo, pensamos que en Educación Secundaria deben realizarlas los alumnos. Es decir, es imprescindible que hagan el análisis de los datos obtenidos como en todos los trabajos prácticos."

FOTOGRAFÍA DE LA SEÑAL RECIBIDA EN UN OSCILOSCOPIO

(Jiménez Aguilar, M. 1987).

Propuesta para el estudio experimental de los movimientos con un osciloscopio. Este método se considera aplicable en el BUP, tanto desde el punto de vista cualitativo como cuantitativo. Puede servir para el estudio de los diferentes movimientos y las leyes fundamentales de la dinámica. Se puede utilizar el material que suministran los equipos de Enosa, de los que se disponen en la mayoría de los centros de bachillerato, para estudiar los movimientos de caída libre, uniformemente variados, o armónicos sim-ples, siguiendo el procedimiento que se indica a continuación.

Material. Para llevar a cabo la experiencia, se necesita lo siguiente: Un juego de varias resistencias LDR (Light Dependent Resistors), una fuente de

alimentación y un potenciómetro del equipo de electricidad y electrónica para alumnos

de EEMM de Enosa. · Un osciloscopio, modelo OD-204 Promax, de los que el Ministerio suministra a los institutos de bachillerato. · Foco luminoso.- Se puede utilizar

el del Equipo de Óptica de Enosa. · Cámara fotográfica.- Cualquiera cuyo objetivo pueda permanecer abierto el intervalo de tiempo que consideremos necesario para la experiencia.

La bola debe moverse entre un foco luminoso y las resistencias LDR, que permanecen iluminadas. Como el valor de la resistencias depende de la luz incidente, cada vez que la bola tapa la luz que le llega a una de las LDR, aumenta su resistencia y por tanto su caída de potencial. Esto origina unos picos en la pantalla del osciloscopio que es lo que se fotografía. La medida de tiempos se obtiene de la separación horizontal entre los picos que aparecen en la pantalla del osciloscopio.