¿Importa el tamaño de un paracaídas?

En el deporte del paracaidismo, una persona salta de un avión desde una gran altura, vuela por los aires y suelta un paracaídas para ayudarlos a caer al suelo de manera segura, como se muestra en la Figura 1. El paracaídas frena la caída del paracaidista para que pueda aterrizar en el suelo a una velocidad segura. ¿Cómo hace esto el paracaídas?

A medida que el paracaidista cae, la fuerza de gravedad está tirando del paracaidista y su paracaídas hacia la tierra. ¡La fuerza de la gravedad puede hacer que un objeto caiga muy rápido! El paracaídas frena al paracaidista porque provoca resistencia del aireo fuerza de arrastre. El aire empuja el paracaídas hacia arriba y crea una fuerza opuesta a la fuerza de la gravedad, lo que frena al paracaidista. A medida que el paracaidista cae lentamente a la tierra, estas fuerzas de «empujar y tirar» están casi en equilibrio.

En este proyecto de ciencias de la aerodinámica, probarás si el tamaño del paracaídas es importante para reducir la velocidad de la caída. Harás una serie de paracaídas de pequeños a grandes y probarás qué tan rápido caen desde la misma altura. ¿Caerán más lentamente los paracaídas grandes que los pequeños?

Términos y conceptos

• Paracaídas
• Gravedad
• Resistencia del aire
• Fuerza de arrastre
• Área de superficie
• Carga

Preguntas

• ¿Cómo funciona un paracaídas?
• ¿Cómo aumentará el tamaño del paracaídas al aumentar el diámetro, o área de superficie?
• ¿Los paracaídas más grandes tienen más resistencia al aire o fuerza de arrastre que los paracaídas más pequeños?
• ¿Cómo crees que la cantidad de fuerza de arrastre que tiene un paracaídas afectará su funcionamiento?

Materiales y equipamiento

• Bolsas de basura de peso pesado
• Regla métrica
• Tijeras
• Cuerda ligera (al menos 6,4 m o 21 pies)
• Arandelas (4) y lazos de torsión (4) o centavos (8) y cinta
• Una superficie alta y segura a unos 2 m del suelo. Un buen lugar para su prueba podría ser un balcón seguro, una terraza o una plataforma de juegos.
• Cronómetro, precisión de al menos 0,1 segundos
• Opcional: Ayudante
• cuaderno de laboratorio

Procedimiento experimental

1. Cada paracaídas estará hecho del material de la bolsa de basura, así que primero corte las bolsas de basura para hacer una hoja plana de plástico.

2. Harás una serie de cuatro paracaídas de diferentes tamaños, desde grandes hasta pequeños. Cada paracaídas tendrá forma cuadrada, por lo que los cuatro lados tendrán la misma longitud. La Tabla 1 a continuación muestra la lista de tamaños de paracaídas que probará.

3. Recorta cada uno de los cuatro paracaídas de diferentes tamaños del material de la bolsa de basura.

• Consejo: Un truco es doblar la lámina de plástico por la mitad dos veces para que tenga cuatro capas de espesor. Luego corta los dos bordes (opuestos a los lados doblados) hasta la mitad de la longitud que quieras que tenga el cuadrado. ¡Cuando lo desdobles, tendrás tu cuadrado!

4. Para cada paracaídas, haz un nudo en cada una de sus cuatro esquinas. Los nudos se utilizarán para anclar la cuerda.

5. Corta 16 trozos de hilo, cada uno de 40 cm de largo. Cada paracaídas necesitará cuatro piezas de cuerda.

6. Para cada paracaídas, ate un extremo de cada trozo de cuerda alrededor de uno de los cuatro nudos, colocando la cuerda justo encima del nudo, como se muestra en la Figura 2 a continuación.

7. Para cada paracaídas, sostenga el centro de la lámina de plástico con una mano y tire de todas las cuerdas con la otra para recogerlos. Ate el extremo libre de las cuerdas con un nudo simple, como se muestra en la Figura 3 a continuación.

8. Sujete una arandela a cada manojo de cuerdas con una atadura de alambre. Alternativamente, si está usando centavos y cinta adhesiva, pegue dos centavos a cada paquete de cuerda.

• ¡Asegúrese de que cada paracaídas tenga la misma cantidad de arandelas o centavos adheridos, o esto alterará sus resultados!
• Tus paracaídas ahora deberían verse como uno de los paracaídas en la Figura 4 a continuación.

9. En su cuaderno de laboratorio, haga una tabla de datos que se parezca a la Tabla 2 a continuación. Registrarás tus resultados en esta tabla de datos.

10. Lleve un cronómetro, los paracaídas y su cuaderno de laboratorio a una superficie alta y segura para sus pruebas, a unos dos metros (seis pies) del suelo. Un buen lugar para su prueba podría ser un balcón seguro, una terraza o una plataforma de juegos.

11. Usando tu cronómetro, calcula el tiempo en segundos que tarda cada paracaídas en caer al suelo. Asegúrese de soltar el paracaídas desde la misma altura cada vez. Es posible que desee que un ayudante ayude a cronometrar los paracaídas cuando los suelte.

• Si el paracaídas no se abre durante una prueba, vuelva a hacer esa prueba para que cuando haya terminado tenga tres pruebas que hayan funcionado.
• Pruebe cada paracaídas tres veces. Cada vez registre sus resultados en la tabla de datos en su cuaderno de laboratorio.
• Haz un promedio de tus datos. Calcula el promedio sumando tus tres veces y luego dividiendo tu respuesta por tres. Registra los promedios en tu tabla de datos.
• También puede aumentar el número de ensayos por encima de tres para obtener mejores datos y organizar su tabla de datos en consecuencia.
• Consejo: Si los paracaídas parecen caer demasiado rápido, puede intentar usar una arandela más pequeña o menos centavos para cada paracaídas. Si la parte inferior del paracaídas no permanece en el fondo mientras cae, puede intentar usar más arandelas o centavos para cada paracaídas. Asegúrese de tener el mismo tamaño y número de arandelas o número de centavos en cada paracaídas cuando los pruebe.

12. Ahora haz un gráfico de tus datos. Haz un gráfico lineal de tiempo versus área de superficie. «Tiempo (en segundos)» debe estar en el eje y (el eje vertical) y «Área de superficie (en cm cuadrados)» debe estar en el eje x (el eje horizontal).

Puedes hacer un gráfico a mano o usar un sitio web como Create a Graph para hacer un gráfico en la computadora e imprimirlo.

13. Después de conectar los puntos en tu gráfico, tu línea puede inclinarse hacia arriba o hacia abajo. ¿Qué te dice esto acerca de la relación entre el área de la superficie del paracaídas y cuánto tarda el paracaídas en llegar al suelo? ¿Qué paracaídas fue el más efectivo? ¿Cómo crees que esto se relaciona con la resistencia del aire o la fuerza de arrastre?

variaciones

En este experimento probaste una variable, el área de superficie del paracaídas. ¿Qué otras variables podrían probarse? Pruebe un experimento para probar estas otras variables:

• Carga – cambiar el número de arandelas para cambiar el peso de la carga
• Altura: lanza el paracaídas desde diferentes alturas.
• Longitud de la cuerda: cambie la longitud de las cuerdas de apoyo de corta a larga
• Peso de la cuerda: cambie el tipo de cuerda de delgada a gruesa
• Material: use diferentes materiales para el paracaídas (nylon, algodón, papel de seda, etc.)
• Forma: intente hacer paracaídas de diferentes formas (círculo, rectángulo, triángulo, etc.)

Esta actividad se presenta en colaboración con Amigos de la ciencia. Encuentre la actividad original en el sitio web de Science Buddies.