Influencia De La Presión En El Impulso De Un Balón De Fútbol

INTRODUCCIÓN

Desde que inicio la revolución industrial en Europa, se ha intentado mejorar las tecnologías que van surgiendo, adaptarlas a estudios para realizar grandes descubrimiento con ellas por ejemplo, lo que ocurre dentro de los cuerpos, cuando están inmóviles e incluso cuando se movilizan, además se puede decir el estudio de los cambios de energía que ocurren en los cuerpos, por lo tanto en este trabajo se ha observado, el movimiento de un balón de futbol, cuando estos caen desde cierta altura e incluso cuando estos son lanzados a cierta dirección.

Experimentalmente se pretende determinar la rapidez final e inicial alcanzada por un balón de futbol en cierto instantes de segundos, cuando este se deja caer con una velocidad desconocida y al rebotar medir la cantidad de velocidad que este ha alcanzado al rebotar, físicamente a este tipo de movimiento se les llama impulso, que es la fuerza que se aplica a una cosa para que se mueva, en especial la que imprime un movimiento rápido, durante el experimento a este balón se le alterara su presión interna o sea la presión como la cantidad de fuerza ejercida por unidad de área, , en el transcurso de este laboratorio se medirá la cantidad de energía que se pierde durante este proceso, por ejemplo en el primer rebote pierde cierta energía, para su segundo rebote este perderá una energía aún mayor.

Asimismo, se pretende estudiar, la influencia de la presión en el impulso de un balón de futbol, Altura de rebote se calculará basándose en el intervalo de tiempo entre dos rebotes

consecutivos. la cantidad de velocidad que este logra poseer durante el proceso de descenso y seguidamente de su ascenso, para lograr medir la velocidad de este objeto, se tomaría encuentra el tiempo que dura en descender hasta llegar a su velocidad final, y al rebotar hacer este mismo proceso. En mecánica se ha tratado de relacionar muchos ejemplos con la vida real, por ejemplo: (Serway, R. 2010) Nos muestra un ejemplo de un auto que lleva cierta rapidez, colisiona con un muro y rebota, nos muestra el tiempo que el proceso dura y nos pide calcular el impulso de este automóvil. Como fue solo un ejemplo para calcular el impulso, que es la diferencia entre la velocidad final y la velocidad inicial.

Fundamentos físicos

“La velocidad es una magnitud física vectorial que refleja el espacio recorrido por un cuerpo en una unidad de tiempo. El metro por segundo (m/s) es su unidad en el Sistema Internacional’’, pero la velocidad puede variar, en la unidad por ejemplo: km/h, cm/s, m/s, e incluso estas unidades de medidas son las más comunes.

La altura se puede definir como una magnitud que refleja la distancia, entre la superficie del suelo, con un objeto determinado, por lo tanto, en esta experimentación se definirá como la distancia verticalmente que recorrerá un objeto determinado. Para muchas personas la gravedad solo se ve en el espacio, sin embargo, se presenta tanto en el espacio como en la superficie terrestre, dando como ejemplo la gravedad del movimiento rectilíneo uniforme acelerado, que es igual a la aceleración de un objeto, la gravedad se puede considerar constante, dirigida hacia abajo, se designa por la letra g y su valor es de 9’8m/s2 (a veces se aproxima por 10 m/s2).

Cuando se refiere a la altura de tipo experimental no se considera la resistencia al aire, por lo que se puede definir como un tipo de fuerza que un objeto sufre al moverse en el aire, un espacio determinado, es decir la altura es una variable que actúa sobre la resistencia al aire, en los cuerpos esféricos, el aire actúa, haciendo que esta clase de objetos obtengan un efecto Magnus.

El tiempo es un término que muchas veces este término se ha confundido con el clima, pero a lo que se refiere, el tiempo es una magnitud que se puede un periodo en que ocurren unos acontecimientos.

En los deportes nacionales e internacionales se ha visto mucho, la utilización de cuerpos esféricos, y algunos de ellos pueden chocar contra otros cuerpos y provocando cierto rebote como resultado de un simple choque. En relación con lo mencionado, los balones de cualquier tipo, e incluso de cualquier deporte adquieren esta capacidad conocido como impulso, en términos físicos el impulso es el cambio en la cantidad de movimiento, es proporcional a la fuerza aplicada y se produce en la dirección de la línea recta en que se aplica la fuerza.

En las comprobaciones de la ley de la conservación de la energía mecánica, esta se puede estudiar de dos formas, por ejemplo: de manera indirecta o directamente, a lo que se refiere, los términos mencionados, es que en una experimentación la mayor parte se mide indirectamente o sea mediante un procedimiento o una simulación de un trabajo practico, ejemplo de ello es un laboratorio. Por otro lado, cuando se habla de una comprobación directamente, se refiere a que se toman los datos mediante la utilización de máquinas programadas, para este tipo de trabajo.

La cantidad de movimiento es una magnitud vectorial, su dirección y sentido coincide con la velocidad y está representa por la letra p con unidades de kilogramo por metro por segundo (kg ∙ m/s).

Algo semejante ocurre con estos cuerpos mencionados poseen presiones internas que se determinan, dependiendo del tipo de disciplina que se realiza, por lo tanto, (Tarwater J, 2017) nos ha mencionado la importancia de las presiones de los balones en los campos de futbol, cuando una pelota de fútbol se infla con menos de 8,5 psi, es considerada demasiado plana y, como resultado, es más difícil patearla y enviarla por el campo de juego. Con mucha presión de aire, la pelota será más difícil de controlar: rebotará un poco más y poseerá una textura más dura, lo cual es particularmente evidente cuando se recibe un pase de un compañero de equipo y el balón rebota en el pie mucho más tiempo, según (Arnabat, 2018) “El Pascal (PA) es la principal unidad de medida de presión, que es la relación de una fuerza (F) ejercida sobre una superficie (A). Para cada movimiento de un cuerpo se le aplica la ley de la conservación de la energía, donde esta no se crea ni se destruye solo se transforma, se refiere a que la energía inicial de un objeto no será la misma energía final de este mismo, se podría decir que, esta energía que se considera perdida, solo se ha transformado en el proceso, por ejemplo: en los juegos mecánicos de los parques de diversión, se identifican por las temibles montañas rusa, a esta ya se le han determinado ciertas alturas para que cause asombro a las personas y a su vez hacer que estas se asusten un poco, al movilizarse el tren de este juego las energías cambian, cuando tiene grandes alturas el cuerpo que se moviliza posee una energía conocida como energía potencial gravitatoria, que se denota con la siguiente fórmula:

esta energía al movilizarse el cuerpo que la posee se transformará en energía cinética que se denota y lo realizará durante el instante en que el cuerpo estará en movimiento, (Allum, J 2016) nos habla sobre el proceso de transformación de la energía cuando cae un objeto hacia el suelo donde se produce una transformación de energía potencial gravitatoria en energía cinética, , que corresponde a .

Demostración de la relación entre ecuaciones

Para (Tippens, p 1992) el impulso es considerado como una cantidad vectorial igual en magnitud del producto de la fuerza y el intervalo de tiempo en el que ella actúa, si su dirección es la misma que la fuerza, por lo tanto se puede demostrar que la segunda ley de movimiento que ha propuesto Newton , además de considerar una de las ecuaciones del MRUA que ayudan en esta demostración donde .

, donde se despeja la aceleración (a)

ya despejada la aceleración, se procede a insertarla en la ecuación de la segunda ley de Newton

F=m (

se procede a despejar la fuerza con cambio del tiempo

como resultado de esta demostración se encuentra el impulso que es igual cantidad de movimiento que provoca la acción de una fuerza y la cantidad de movimiento del cuerpo al cual se le aplica la fuerza. Además, existe una estrecha relación entre el impulso y el momento lineal.

Asimismo, se demostrará la relación existente entre la formula, energía potencial gravitatoria con el estudio de la rapidez del valón, en referencia a la distancia vertical, o sea la altura, para el cálculo del impulso de un balón de futbol

(fórmula de la ley de la conservación energía potencial gravitatoria (Ep)). Relacionada con el momento lineal, que a su vez es el impulso de un objeto determinado.

• Ecuación del impulso, que es igual al momento lineal, o cambio de momento
• El momento es igual a la rapidez final menos la rapidez final.
• Desde cierto punto de vista la rapidez inicial es igual a cero.
• Energía potencial gravitatoria de cierto objeto, al movilizarse en un espacio, esta energía se transforma en energía cinética.
• Al ser las masas iguales en una sola ecuación se eliminan.
• Se despeja la rapidez o velocidad.
• al tener la velocidad un índice al cuadrado, pasa a ser raíz.
• Ahora se tiene dos ecuaciones despejadas, por lo tanto, se pueden relacionar.
• Ecuación del Impulso, , ecuación de la velocidad, en la energía potencial gravitatoria.
• Se reemplaza la velocidad en la ecuación del Impulso.

 

Donde el impulso es igual a la masa de un objeto determinado, multiplicado por la raíz de dos veces la aceleración de caída libre por la altura, menos la velocidad inicial.

En toda experimentación de impulso en función de la presión, se debe saber que, la presión de un balón puede variar dependiendo el punto de vista de cada experimento, se debe suponer que su relación con el impulso de debe a que ambos están entrelazados, a mayor presión mayor será el impulso realizado, a menor presión menor será el impulso de este mismo balón de futbol, no solo se ve influenciada la presión en el momento lineal, , está involucrada la masa del cuerpo masa y la velocidad.  A medida que aumentas la masa de un cuerpo determinado, este se hace más difícil de movilizar, además se debe poner un esfuerzo mayor. El momento lineal es el responsable.

Del mismo modo ocurre con el movimiento de los cuerpos cuando se encuentran a grandes alturas y descienden, es decir que la masa que posee este objeto no actuará de la misma manera, porque al este cuerpo descender de cierta altura su peso le ayudará en un caída más rápida y con un choque mayor contra la superficie, a mayor masa mayor velocidad en el caso de un balón cuando desciende, sin embargo, al momento de que un cuerpo choca con la superficie, este rebotará haciendo provocando un cambio de momento, pero al rebotar este no ascenderá como debería hacerlo, siendo afectado por una fuerza externa que actúa sobre este, al mismo tiempo cuando el cuerpo desciende de cierta altura, se le conoce como caída libre.

Como complemento se puede ver notada la variación de velocidad e incluso de la aceleración, desde la perspectiva de la velocidad puede variar a lo largo de una distancia, cuando la velocidad está variando, la aceleración está aumentando e incluso puede estar acelerando, si bien es cierto cuando se recorre cierta distancia, la velocidad puede variar, de esta manera la aceleración puede cambiar en pequeños momentos, puesto que al aumentar o disminuir la velocidad, la aceleración también varia instantáneamente, y esta se define como aceleración media en el límite cuando el intervalo de tiempo tiende a cero: 

De este modo un cuerpo esférico, como lo es el balón de futbol, puede resultar claramente la variación de la velocidad e incluso la aceleración, ahora bien en un experimento donde se aplica la segunda ley de Newton, , la aceleración no es la misma que la de un experimento de energía, específicamente de energía potencial gravitatoria, el termino es igual en ambas ecuaciones, pero su valor no es el mismo, se trata de , en esta ecuación puede variar de este modo que corresponde a la aceleración no varía, es una constante que depende de la altura en la que interactúa, su valor es de y este puede variar dependiendo de la dirección, o sea verticalmente descendente el valor de () es positivo pero cuando este ascendente, el valor de es negativo.

Visto de esta forma, este trabajo busca orientar la variación del impulso de un balón de futbol, por lo tanto, se puede decir que, al dejar un cuerpo caer, la energía potencial gravitatoria puede variar dependiendo de la dirección verticalmente, ya sea positivo e incluso negativo. Desde otro punto de vista, el estudio de la variación del impulso de un balón de futbol, se trata de una colisión inelástica, donde dos cuerpos al tener contacto, se separan, perdiendo energía, asimismo un balón de futbol perderá su energía al transcurrir el tiempo.

Procedimiento

En esta experimentación, se armará un sistema donde se dejará caer el balón de futbol, donde se pretende utilizar un metro, un balón de futbol, una balanza , un cronómetro, un manómetro y una bomba de aire, preferiblemente el balón con que se realizará el estudio sea del tamaño que se utiliza en los campos de juego de este deporte, un cronómetro para medir el tiempo en que este balón demora en caer y logar el impulso para realizar una cierta cantidad de movimiento, una bomba para inflar el balón a las presiones de aire que se pretenden estudiar, asimismo estudiar el impulso y el momento como resultado del movimiento que realiza el balón de futbol. Además de ello un metro para medir las alturas que se determinarán como recorrido para este balón. Con la balanza se medirá la masa del balón, con las diferentes presiones.

Se tomarán las siguientes alturas:

Al determinar las alturas para el estudio de la influencia de la primera presión que se le ttransmitirá al balón, se deja caer, seguidamente se medirá el tiempo que dura en caer, a la misma vez el tiempo en que dura realizar el cambio del momento o sea la altura alcanzada después del choque contra en suelo.,

Para la determinación de la presión de aire interna de un balón de futbol, con una bomba de inflar objetos que son capaces de almacenar aire para mantenerse con la capacidad de movilizarse, esta bomba de inflar, a su vez trae grandes ventajas, al traer adherido un manómetro, tiene la capacidad de medir la presión interior, de aire que poseerá el balón desde ese preciso momento de tiempo, hasta que este mismo al pasar el tiempo, se reduzca la presión interior.

Conclusión

En referencia a esta experimentación, la influencia de la presión en el impulso de un balón de futbol, se debería tomar en cuenta la altura donde se piensa dejar caer el balón de, en consecuencia, de ello, el impulso se vería afectado, no solo por la altura de referencia, al igual que la presión de este mismo, que se le pretende añadir. Al verse la altura involucrada, ante todo está la resistencia al aire viéndose incluida. Pero esta se puede despreciar para que no afecte en la velocidad, ni mucho menos el impulso del balón, puesto que es lo que se pretende estudiar. Asimismo, dependiendo del modo que se dejara caer el balón, se debe tomar en cuenta el ángulo con que deja caer.

Se debería tomar en cuenta la masa del mismo, ya que, al cambio de presión en el interior de balón, la masa de este podría cambiar, además de lo mencionado, se tomará en cuenta el tiempo en que dura el impulso y el momento realizado por este mismo.

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