![]() |
|
||||||||||||||||
![]() |
||||||||||||||||
Pràctica |
![]() |
Exercicis
|
||||||||||||||
Objectius | |
Els objectius d'aquesta pràctica són:
|
|
![]() |
Explicació d'una simulació més complexa. Caiguda d'un paracaigudista amb obertura del paracaigudes a mig descens |
En aquesta pràctica analitzareu una simulació ja feta i més complexa que l'anterior. Es tracta d'un paracaigudista amb el seu paracaigudes que es llança des d'una altura considerable (1700m ) i al cap de 20 s, obre el seu paracaigudes. Per tant les forces de fricció amb l'aire canvien. En aquesta pràctica s'haurà d'introduir un camp de forces a la mesura, de manera que el seu valor canviï quan s'obri el paracaigudes és a dir per t=20s. Obriu des del programa Interactive Physics el fitxer senseiambparacaigudes.ip del directori del curs .../Practiques_word nou/d121m8a. Podeu baixar també el fitxer comprimit de: senseiambparacaigudes.zip i descomprimir-lo abans d'utilitzar-lo amb el programa Interactive Physics. Arranqueu la simulació i observeu els diferents elements: mesuradors gràfics, mesuradors numèrics i controls. Jugueu amb la simulació, canvieu la massa i i la resistència de l'aire. Al llarg de la pràctica analitzarem pas a pas com està feta i alhora la tornareu a fer de nou. |
|
![]() |
Preparar l'espai de treball |
|
|
En primer lloc, com sempre, cal preparar l'espai de treball i els Nombres i unitats. Recordeu en el menú Vista | Espacio de trabajo, marqueu totes les opcions excepte Simple. En el menú Vista | Números y unidades seleccioneu el SI (radiants), i marqueu Punto fijo i 2 dígits ( vol dir 2 decimals). En aquesta simulació, dimensionar l'espai de treball des del principi és molt important, ja que els objectes que cauen són molt petits en relació a la mida de l'espai. Si en la simulació ja feta seleccioneu l'opció del menú Vista | Tamaño de la vista observareu que l'Ancho de la ventana és 3000 m. Poseu aquesta dada en la simulació nova i posteriorment situeu l'origen del sistema de coordenades en la cantonada de baix i a l'esquerra mitjançant les barres de desplaçament. |
|
![]() |
Dibuixar els cossos |
El següent pas és dibuixar el terra. Si seleccioneu el rectangle marró que fa de terra en la simulació ja feta observareu en la barra de coordenades les seves dimensions: |
|
![]() |
Recordeu-vos que el nombre dels cossos en la vostra simulació no tenen perquè coincidir amb els de la simulació model. |
Ara dibuixareu el cos que cau, si feu doble clic sobre el paracaigudista apareix la finestra propietats, en el desplegable de la part de dalt, seleccioneu Body[3] - Rectangle sense paraca, d'aquesta manera quedarà seleccionat el rectangle que va unit al dibuix del paracaigudista que no té el paracaigudes obert. Observareu en la barra de coordenades les seves dimensions:
Fixeu-vos que l'alçada és molt gran: 100 m, per tal d'evitar que el cos del paracaigudista penetri en el terra i l'amplada és molt petita: 1,50 m. Amb aquesta amplada el rectangle no es veu, queda limitat a una línia vertical. L'altura es pot fer tant alta com es vulgui ja que únicament intervé en la força de fregament amb l'aire la línia transversal a la direcció de velocitat de caiguda, que en aquest cas té una dimensió de 1,50 m. Per dibuixar aquest cos en la vostra simulació, creeu un rectangle de qualsevol mida i després introduïu les seves dimensions i la posició en la barra de coordenades. En la finestra Apariencia seleccioneu el vostre rectangle i canvieu-li el nom pel de Rectangle sense paraca. Aquest objecte s'unirà posteriorment a la imatge del paracaigudista amb el paracaigudes obert.
En la finestra propietats de la simulació feta podeu seleccionar aquest altre cos, té el nom Body[4] - Rectangle amb paraca. Doneu-li les següents coordenades en la nova simulació:
Posteriorment quan estiguin unides les imatges als cossos situarem els
dos rectangles anteriors en la mateixa posició i haurem de canviar
la coordenada x d'un d'ells. |
|
![]() |
Adherir les imatges |
La continuació de la pràctica consisteix en adherir dues imatges del paracaigudista amb paracaigudes sense obrir i obert a cadascú dels rectangles que representen aquests cossos. L'únic mètode d'inserir imatges en el món, és Copiar (Ctrl+C) la imatge des d'un programa de dibuix i posteriorment Edición | Pegar (Ctrl+V), dins del programa Interactive Physics. El primer pas serà obrir la imatge que volem adherir amb un programa de dibuix, pot ser el Paint, el Paint Shop Pro, l'Adobe Photoshop, etc. utilitzareu el Paint, que es troba en tots els ordinadors. Obriu el Paint i en el menú Archivo | Abrir busqueu
en la carpeta del curs: |
|
![]() |
Si no teniu descarregat el curs i esteu
treballant en línia, podeu descarregar l'arxiu fent doble clic en
l'icona ![]() |
Obriu l'arxiu, seleccioneu la imatge (Ctrl+E), copieu aquesta imatge ( Crtrl+C ), aneu a la simulació que esteu fent en IP i enganxeu la imatge (Ctrl + V), aquesta imatge té un fons cyan. El fons de la imatge ha de ser cyan si volem que sigui transparent, d'aquesta manera no es veurà el fons de la imatge quan quedi adherida al cos. Seleccioneu la imatge i poseu-li el següent nom en la finestra Apariencia: Imatge sense paraca. Per adherir cadascuna de les imatges a cadascú dels cosos, es fa el següent:
Fareu el mateix per adherir l'altra imatge. Obriu el Paint
i en el menú Archivo | Abrir busqueu en la carpeta del curs:
..\Practiques_word nou\d121m8a l'arxiu
Al final superposarem els dos cossos. La coordenada x que era diferent l'hem de canviar en un d'ells, per exemple el que tenia x= 2100 m la canviarem per x=1700 m. D'aquesta manera els dos objectes quedaran perfectament superposats. Quin sentit té superposar els dos objectes?, La resposta és que volem que un no es vegi la imatge del paracaigudista amb paracaigudes durant un període de temps, és a dir abans d'obrir-se el paracaigudes. Recordeu-vos de guardar la simulació de tant en tant |
|
![]() |
Com es canvia el fons d'una imatge |
Per tal que el fons sigui transparent,aquest ha de ser cyan, que correspon a la següent combinació de Roig, Verd i Blau que s'observa a la figura: Roig = 0, Verd = 255, Blau =255. Si voleu canviar el fons d'una imatge s'ha de fer des d'un programa de dibuix com el Paint Shop Pro o l'Adobe Photoshop. En el nostre cas no cal canviar res, ja que les imatges ja tenen un fons cyan. |
|
Controlar el temps d'aparició d'una imatge. | |
En la simulació ja feta
el paracaigudes s'obre quan ha passat un temps de 20 s, s'ha escollit
aquest temps per tal que es vegi que el paracaigudista sense paracaigudes
també arriba a una velocitat límit, la velocitat que surt
en la simulació correspon a una velocitat límit real de
caiguda d' un cos humà. Obsevareu que la imatge del paracaigudista amb paracaigudes ha desaparegut. Si arranqueu la simulació observareu que el paracaigudes s'obre quan l'objecte està al terra, això és degut a que no hi ha forces de fregament amb l'aire i el temps de caiguda és molt curt ja que es tracta d'una caiguda lliure. Per tant caldrà definir aquestes forces de fricció amb l'aire. Abans de definir la força de fricció amb l'aire introduirem, per tal d'observar el moviment, un mesurador de velocitat gràfic i numèric i un mesurador de temps . |
|
![]() |
Introduir uns mesuradors gràfic i numèric de velocitat i un de temps. |
En la pràctica anterior ja heu après a introduir mesuradors de velocitat, no cal més que veure el que hi ha en la simulació ja feta i posar el mateix. Observeu en la simulació ja feta que en les propietats del mesurador gràfic Output[7] - Velocitat paracaigudista els valors màxims i mínims dels eixos estan fixes, ja que està desmarcada la seva casella. No passa el mateix en les propietats del mesurador numèric de velocitat Output[8] - Velocitat paracaigudista. Si la casella està marcada el valors límits de les magnituds dels eixos s'adapten al valor que tenen en la simulació en cada moment. Hi ha un signe menys davant de -Body[3].v.y per tal que la velocitat del paracaigudista sigui positiva en els mesuradors gràfic i numèric. Introduïu un mesurador de temps. Seleccioneu el paracaigudista i activeu l'opció del menú Medir | Tiempo. Guardeu la vostra simulació amb el nom m8ap4.ip en la carpeta m8a. |
|
![]() |
Situar un Camp de forces en l'espai que jugui el paper de Força de fregament amb l'aire. |
El següent pas serà introduir la força de fregament amb l'aire. La solució natural seria introduir una fórmula en el lloc adequat que canviés l'amplada del rectangle que cau en t= 20 s, és a dir quan s'obre el paracaigudes. Això no és possible. No es pot remodelar la geometria dels cossos quan la simulació ha començat. Si això fos possible, només caldria introduir la resistència de l'aire seleccionant l'opció del menú Mundo | Resistencia de l'aire i dins d'aquesta finestra escollir l'opció Alta, amb un valor de k=0,20kg/m2. Quedaria una finestra com la de la figura. Amb aquest valor de k la velocitat límit de caiguda d'una persona de massa 75 kg sense obrir el paracaigudes és de 49,5 m/s, que és un valor bastant real. Ara bé degut a que no es pot canviar la geometria aquesta velocitat serà igual amb paracaigudes obert o tancat. Apagueu la resistència de l'aire en la vostra simulació abans de continuar. També podeu canviar la massa dels dos rectangles units al paracaigudes en la vostra simulació i posar un valor de 75 kg. La solució al problema anterior passa per introduir un Campo de fuerzas similar al de la resistència de l'aire, però que canviï el valor de k per t= 20 s, és a dir quan s'obre el paracaigudes. Al final de la pràctica s'expliquen els criteris que s'han seguit per introduir aquest camp de forces.
El contingut sencer de Fy és el següent: Ara introduiu aquest camp de forces en la vostra simulació amb el valor de constant de 9,7. Recordeu d'aplicar aquest camp al vostre cos. En la simulació ja feta és body[1], en la vostra simulació pot tenir un altre nom. Arranqueu la vostra simulació, de manera que la gràfica sigui similar a la simulació ja feta.
|
|
![]() |
Si voleu que s'observi una caiguda continua i no a cops corresponents a cada marc. Desmarqueu l'opció del menú Mundo | Preferencias | Prevenir al modelo marchar más rápido que en la vida real. Arranqueu de nou la simulació i observeu la diferència. |
![]() |
Introducció de tres controls: massa del paracaigudista, resistència de l'aire i esborrar les gràfiques. |
Ara introduirem tres controls:
|
|
![]() |
Definir tres vectors força: Pes, fregament de l'aire i força total. |
La última cosa que fareu serà introduir tres vectors força corresponents al pes del paracaigudista, la resistència de l'aire i la força total. Seleccioneu el paracaigudista i activeu les opcions del menú Definir | Vectores | Fuerza gravitatoria, Campo de Fuerzas i Fuerza total. Si arranqueu la simulació observareu que apareixen els vectors, ara bé, són molt petits, podeu dimensionar la seva mida en Definir | Longitud de vectores. D'altra banda, les forces estan aplicades en el centre de masses de l'objecte que cau a sobre de la figura del paracaigudista, interessaria desplaçar el centre de masses aproximadament 150 m cap avall, de manera que estigués en el cos del paracaigudista. Seleccioneu el cos i en l'opció del menú Ventanas | Geometria, marqueu l'opció Desplazamiento i en la casella Desplazamiento-y introduïu el valor -150. Ara arranqueu la simulació i observeu que els punts d'aplicació de les forces s'han desplaçat al centre de la figura del cos del paracaigudista. Si voleu podeu introduir tres mesuradors numèrics de Pes del paracaigudista, resistència de l'aire i força total. Guardeu la simulació amb el nom m8a_p4.ip en la carpeta m8a. |
|
![]() |
|
|
Quan la força de l'aire és alta la fórmula que s'utilitza en Interactive Physics és F=k*velocity^2*cross-section, que vol dir el producte d'una constant que depèn de la forma de l'objecte i de la densitat de l'aire multiplicada per la velocitat al quadrat i multiplicada per l'àrea de la secció transversal exposada a l'aire, ara bé en Interactive Physics els cossos són plans, de fet cross-section es la longitud transversal de l'objecte exposada a l'aire. En el nostre cas és 1,5 m, que és l'amplada del rectangle associat al paracaigudista. La expressió real per la caiguda d'un paracaigudista és F=K·v2 on la constant K és,![]() ![]() ![]() ![]()
La resistència de l'aire està apagada, en
el seu lloc s'ha introduït un camp de forces que simula aquesta resistència: Per un Temps < 20 s (abans d'obrir-se el paracaigudes) , la força de resistència de l'aire =Secció perpendicular a la velocitat x velocitat al quadrat x 0,2 , per un temps major o igual (després d'obrir-se el paracaigudes) la força de resistència de l'aire = Secció perpendicular a la velocitat x velocitat al quadrat x Input[12]. Input[12] és un control que varia la resistència de l'aire. De fet els millors resultats corresponen al valor de l'Input[12] de 9,7kg/m2 |
![]() |
|