Treballs premiats

Estudio de parámetros cinemáticos y dinámicos que intervienen en el lanzamiento y recorrido por una pista de una bola en una partida de bolos americanos.

Estudio de parámetros cinemáticos y dinámicos que intervienen en el lanzamiento y recorrido por una pista de una bola en una partida de bolos americanos.

Detall

Àmbit temàtic: FÍSICA
Edició: Premiats 2016

Centre: Institut Jaume Vicens Vives, Girona
Autor/s autora/es: Oriol Navarro Travesset
Nivell educatiu: Segon de batxillerat
Tutors/es: Cristina Tejero Bertran


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Objectius

El objetivo principal de esta monografía consiste en analizar algunos parámetros físicos que intervienen en el movimiento de una bola en una partida de bowling; en concreto estudiar si la velocidad de traslación media que jugadores experimentados proporcionan a la bola en distintos lanzamientos está comprendida en un rango bien delimitado, analizar el tipo de movimiento y la fuerza realizados por estos jugadores al lanzar la bola (¿proporcionan una fuerza adicional a la bola además de su propio peso o dejan que solamente el peso de la bola actúe durante el lanzamiento?), determinar experimentalmente el coeficiente de fricción cinético entre la pista y la bola, y estimar si la velocidad con la que la bola lanzada impactaría con los bolos disminuiría en gran medida en relación a su velocidad inicial.
Las hipótesis de las cuales se va a partir en la elaboración de este trabajo son las siguientes: los jugadores experimentados en este deporte proporcionan una velocidad a la bola en el instante de lanzarla comprendida dentro de un rango de velocidades bien delimitado; además, proporcionan una fuerza adicional al peso de la bola para lanzarla hacia la pista. El estudio de la dinámica de rotación juntamente con el de la dinámica de traslación de la bola durante su recorrido por la pista va a permitir determinar experimentalmente el coeficiente de fricción cinético entre la pista y la bola, y a partir de éste se podrá estimar que la velocidad de traslación de la bola disminuye al llegar al final del recorrido respecto a su velocidad inicial.

Metodologia

Para realizar el trabajo se ha adoptado un enfoque experimental: con la finalidad de obtener los datos experimentales se han realizado diversas filmaciones de lanzamientos de la bola y de la bola recorriendo la pista y se han analizado mediante el programa informático Kinovea. Los datos obtenidos se han tratado mediante la aplicación de diversos principios físicos referentes a la cinemática, la dinámica de traslación y rotación del sólido rígido, y la conservación y variación de la energía mecánica de un cuerpo. La parte experimental del trabajo se ha realizado en una bolera con ayuda de algunos jugadores con experiencia.
El estudio de los lanzamientos se divide en dos partes: una primera parte donde se analiza el instante en el que el jugador lanza la bola hacia la pista mediante un movimiento asimilable al del péndulo simple; y una segunda parte donde se estudia el recorrido de la bola (que se desliza y rueda por la pista) desde que es lanzada hasta su impacto con los bolos.

Conclusions

Estudiando la componente horizontal de la velocidad que le suelen proporcionar los jugadores experimentados a la bola al lanzarla por la pista se ha obtenido que su valor medio es de 9,7 m/s, con una desviación estándar relativa en los resultados de un 8%, lo cual significa que la velocidad proporcionada a la bola por jugadores experimentados en la mayoría de casos no se aleja demasiado del valor medio.
La velocidad proporcionada a la bola ha resultado ser bastante superior a la que debería tener de haber sido impulsada por un péndulo libre, por lo que los jugadores proporcionan una fuerza adicional media a la bola en dirección a su desplazamiento de 90 N de media cuando se trata de una bola de 5,44 kg.
El coeficiente de fricción entre la pista recién lubricada y la bola ha sido determinado, obteniendo un valor de (0,094 ± 0,044); un valor coherente pero no muy riguroso debido a diversas causas de error. Usando este dato se ha podido estimar la velocidad con la que la bola impactaría con los bolos en distintos casos; pero también se ha observado que esta velocidad no siempre depende del coeficiente de fricción: si la velocidad inicial de la bola es menor que 8,5 m/s, su velocidad final sería 5/7 veces la velocidad inicial debido a que la bola ya habrá adquirido la condición de rodadura y su velocidad de traslación se mantendrá constante.
No haber trabajado con instrumentos muy precisos es una de las causas de las grandes incertidumbres asociadas a los resultados obtenidos, pero aun así se han podido establecer unas conclusiones coherentes.