La segunda ley de movimiento de Sir Isaac Newton establece que la fuerza ejercida por un objeto en movimiento es igual a su masa multiplicada por su aceleración en la dirección desde la cual se empuja, expresada como la fórmula F = ma. Debido a que la fuerza es proporcional a la masa y a la aceleración, duplicar la masa o la aceleración y dejar la otra constante duplicará la fuerza del impacto; la fuerza de impacto aumenta cuando un objeto de peso constante está sujeto a una mayor aceleración. Puedes explorar varios experimentos diferentes que demuestran este principio.
Crater Experiment
Recoge una piedra y un pedazo de papel arrugado. Debido a que la aceleración de la gravedad es constante, todos los objetos caen a la misma velocidad independientemente de su masa. Pruebe esta ley dejando caer los dos objetos simultáneamente y viéndolos caer a la misma velocidad. Ahora coloque un recipiente lleno de azúcar en polvo o harina debajo de la roca y déjelo caer desde una altura fija en el polvo. Coloque el recipiente a un lado, teniendo cuidado de no alterar el polvo en él. Coloque la bola de papel de la misma altura en un recipiente con la misma cantidad del mismo polvo. Compara los cráteres en el polvo creado por cada impacto. Debido a que la aceleración fue constante, la diferencia de tamaño entre el cráter hecho por la roca y el hecho por el papel ilustra que un aumento en la masa aumenta directamente la fuerza del impacto en la harina.
Softball Experiment
Enrosque un ojal en una pelota de softball y otro en el dintel de un marco de puerta. Cuelgue la pelota de softbol del marco de la puerta con un trozo de cuerda atada a través de los ojales para que cuelgue unos centímetros sobre el piso. Marque la mancha directamente debajo de la posición de descanso del softball. Mueva la pelota de béisbol colgante y coloque otra pelota de softbol en el lugar marcado. Tire de la pelota de softbol colgante hacia atrás para que esté a tres pies del suelo y suéltela para que se balancee y golpee la pelota de softbol en el piso. Mida la distancia que recorre la pelota de softbol en el piso. Repita el experimento, sustituya una bola plástica Wiffle por la pelota de softbol en el piso, y mida qué tan lejos rueda después del impacto. Este experimento ilustra que cuando la fuerza se mantiene constante, la aceleración es mayor en objetos con menos masa.
Experimento de Hot Wheels
Construye una rampa simple de 18 pulgadas de alto y aproximadamente 24 pulgadas de largo usando una pieza de madera contrachapada delgada y ladrillos. Coloque un carro de juguete en la parte superior de la rampa. Suelte y mida qué tan lejos rueda. Pegue dos arandelas de metal al automóvil, libérelo de la rampa y mida cuánto rueda. Repita el experimento con cinco arandelas pegadas a la parte superior del automóvil. Este experimento muestra que a medida que aumenta la masa con la aceleración constante de la gravedad, aumenta la fuerza que empuja el automóvil a lo largo del piso, haciendo que los autos más pesados viajen más lejos.
Wagon and String
Obtenga un vagón infantil, algo de luz hilo de algodón o hilo, y dos o tres voluntarios pequeños. Ate la cuerda alrededor de la manija del carro y deje 2 o 3 pies de hilo colgando del mango para tirar. Comience con un vagón vacío. En un terreno llano y llano, como una acera, y desde un principio parado, tira de la cuerda hasta que llegues a una velocidad cómoda para caminar. Tenga en cuenta el esfuerzo que se necesita para tirar del carro. Luego, haga que uno de sus voluntarios se siente en el vagón y una vez más jale la cuerda hasta que alcance la velocidad de caminar. Tenga en cuenta el esfuerzo necesario para tirar del carro. La cuerda puede tomar solo una pequeña cantidad de fuerza antes de que se rompa; cuantos más jinetes tengas en tu vagón, más fuerza necesitas para tirar de él, hasta que pases el punto de ruptura de la cuerda. Con este experimento, su aceleración es casi la misma cada vez, aunque necesita tirar con más fuerza debido a la masa adicional de cada nuevo pasajero. ¿Cuántos pasajeros puedes tirar antes de que se rompa la cuerda?
