La masa de un cuerpo, como característica intrínseca de la materia que revela su resistencia al cambio de estado de movimiento, parece clara. Pero, ¿la masa inercial (2ª ley de Newton) es igual que la masa gravitatoria que aparece en la Ley de Gravitación Universal? Del mismo modo que la masa “propia” o en reposo no coincide con la masa relativista, podrían existir diferencias entre masa inercial y gravitatoria. La medida de masas se hace extensamente por pesada. Pero también se puede hacer a partir de la resonancia del cuerpo a pesar conectado a un muelle conocido. En ese caso, la masa es inequívocamente la inercial. Esta es la base de las microbalanzas de cuarzo. No obstante existe un única unidad de masa, aunque recientemente se ha redefinido como kilogramo “eléctrico” al basarse en una balanza electromecánica que mide la corriente necesaria para soportar un peso. Si la gravedad no es una fuerza sino una deformación del espacio-tiempo, no parece adecuada como método para medir una propiedad intrínseca de un cuerpo.
Tirar con una fuerza constante o mantener la velocidad constante
Si un objeto se impulsa con una fuerza constante, la dinámica de la partícula será la combinación (superposición) entre el movimiento que tendría sin fuerza ejercida más un MRUA dictado por la fuerza constante y la velocidad incial (instantánea debida al movimiento-base).
En cambio, si se impulsa el objeto con una fuerza variable, adaptada al resto de fuerzas que actúan sobre el objeto, con el objetivo de que la aceleración sea nula, el objeto describirá un MRU (equilibrio dinámico). De la fuerza aplicada se conocería en todo momento la fuerza neta sobre el objeto (sin actuar sobre el mismo).
La incertidumbre del periodo de un movimiento oscilatorio
La medida directa de un período es un tiempo t de N ciclos, acompañado de la sensibilidad del cronómetro (en realidad la del tiempo de reacción del usuario). Si la dispersión de varias medidas de ese tiempo fuera menor que la sensibilidad, el error de la media sería la sensibilidad. El período se calcula algebraicamente como t/N. Por propagación de errores, el error del período disminuye con el número de ciclos. Esto significa que con infinitos ciclos, conocerías el valor exacto del período. Esto tiene su lectura en el espacio de la transformada de Fourier. El espectro de Fourier de una señal senoidal (pura) infinita (N→∞) es una delta de Dirac centrada en la frecuencia (periodo) exacta. Sin embargo, el espectro de Fourier de una señal senoidal finita, es un pico con un ancho finito (incertidumbre del periodo).
Tipos de experimentos en un lab docente
En un laboratorio experimental de investigación no se cuestiona la calidad de los datos experimentales o el método de medida. Se compara o valida un modelo teórico al que se ajusta una serie de datos experimentales. En un laboratorio experimental con fines docentes, donde suponemos válido el marco teórico, se valora la calidad de los datos experimentales y/o el método de medida. Los tipos de experimentos son:
- reproducibles de rápida respuesta estacionaria que permiten aplicar promediados sobre las magnitudes directas en diferentes realizaciones de la experiencia
- reproducibles basados en series temporales (oscilaciones, decaimiento/crecimiento…, donde el promediado se realiza sobre los parámetros de ajuste obtenidos en diferentes realizaciones de la experiencia)
- reproducibles basados en conteo (cuentas, número de botes/choques…)
- y otros basados en experiencias ilustrativas (que no se pueden repetir en idénticas condiciones), basados en experiencias de campo (que requieren muchas medidas) …
Modelo físico “en plan de”
En Física, un sistema complejo se puede simplificar en una abstracción irreal que captura únicamente la ley o el concepto físico básico, dentro de un intervalo de validez. Lo mismo ocurre con los experimentos pensados (gendakenexperiment). En estos casos, el tratamiento es un “como si”/“como una suerte de”. Un examen real del modelo físico puede llevarnos a algunos sinsentidos o paradojas. Un punto material es un modelo donde la masa no ocupa volumen, por tanto, de densidad infinita (singularidad espacial). Un objeto de espesor despreciable se modela como una superficie matemática donde el campo electrostático y magnético resulta discontinuo. La caída libre es un modelo donde no existe aire capaz de frenar la caída, la gravedad es uniforme y la Tierra no gira. El movimiento incipiente se entiende como la transición entre reposo y movimiento manifiesto, implicando una discontinuidad en la velocidad que realmente no puede existir aunque sea muy difícil de identificar experimentalmente.