Peso aparente en ascensor
Una persona sobre una báscula dentro de un ascensor que acelera; la lectura de la báscula cambia con la aceleración del ascensor
Objetivo
Comprender que el peso aparente (la lectura de la báscula) es la fuerza normal, que depende tanto de la masa como de la aceleración del ascensor mediante la fórmula N = m(g + a). Observar cómo la aceleración cambia la lectura de la báscula mientras la fuerza gravitatoria permanece constante, y cómo la masa y la aceleración son variables independientes que afectan ambas a la fuerza normal.
Configuración
- Pulsa Iniciar con los ajustes predeterminados (aceleración = 0 m/s², masa = 70 kg). Observa la lectura del peso aparente y las flechas de fuerza hacia arriba (azul) y hacia abajo (roja) sobre la persona. Anota el valor del peso aparente.
- Reinicia y ajusta la aceleración del ascensor a 2 m/s² (hacia arriba). Pulsa Iniciar y observa durante unos segundos. Anota el nuevo peso aparente y compáralo con el valor en reposo.
- Reinicia y ajusta la aceleración a −2 m/s² (hacia abajo). Pulsa Iniciar y observa. Anota el peso aparente y fíjate en cómo se compara con la aceleración = +2 m/s².
- Reinicia con aceleración = 0 y cambia la masa de la persona a 150 kg. Pulsa Iniciar y anota el peso aparente. Compáralo con la masa predeterminada de 70 kg a la misma aceleración.
- Reinicia y prueba valores extremos: aceleración = 5 m/s² (máximo hacia arriba) con masa = 70 kg. Anota el peso aparente y observa la razón entre la lectura de la báscula y el peso verdadero.
- Reinicia y prueba aceleración = −5 m/s² (máximo hacia abajo) con masa = 70 kg. Anota el peso aparente y comenta qué ocurriría en a = −g (caída libre).
Predicción analítica
El peso aparente (fuerza normal) es N = m(g + a), donde m es la masa en kg, g = 9,81 m/s² es la aceleración gravitatoria y a es la aceleración del ascensor (positiva hacia arriba). En reposo la báscula marca el peso verdadero m·g; la aceleración hacia arriba aumenta la lectura y la aceleración hacia abajo la reduce. Con m = 70 kg:
La masa y la aceleración son independientes: duplicar la masa duplica N a cualquier a fija, y cambiar a desplaza N de forma lineal.
Análisis de resultados
Ejecuta cada uno de los seis pasos de la guía y compara tus valores anotados con las predicciones anteriores. Cada ejecución reproduce un trayecto completo del ascensor: la cabina acelera, viaja a velocidad constante y luego desacelera hasta detenerse. Observa cómo la lectura del peso aparente sube por encima del peso verdadero mientras acelera hacia arriba, vuelve al peso verdadero durante el crucero y baja por debajo mientras desacelera; la gráfica de la derecha traza esta curva frente a la línea constante del peso verdadero. La lectura del peso verdadero muestra m·g y no cambia al ajustar la aceleración; la gravedad es constante. La lectura de la fuerza inercial neta muestra m·a, la fuerza adicional que la báscula aporta más allá de sostener a la persona contra la gravedad. El peso aparente máximo es igual a m(g + a) a la aceleración que ajustes.
Fuente de error
Esta simulación idealiza a la persona como una masa puntual e ignora la resistencia del aire, la elasticidad del cable y el tiempo que tarda el ascensor en cambiar de aceleración. La simulación supone una aceleración gravitatoria constante (g = 9,81 m/s²) y no considera su variación sobre la superficie terrestre ni en otros campos gravitatorios. La respuesta mecánica de la báscula (amortiguamiento de la aguja, fricción) no se modela; la lectura es instantánea. La persona está fijada a la cabina, así que el peso aparente mostrado sigue N = m(g + a) directamente y la única diferencia residual con la predicción es el redondeo de los controles y el truncamiento decimal de la lectura.
Exploración adicional
- ¿Cuál sería el peso aparente si el ascensor acelerara hacia abajo a exactamente −9,81 m/s² (caída libre)? ¿Por qué la báscula marca cero en ese valor? (Pista: ¿cómo se llama esta condición en física?)
- Compara la lectura de la báscula al aumentar la masa de 70 kg a 140 kg con una aceleración fija (por ejemplo, a = 1 m/s²). ¿Por qué factor cambia el peso aparente? ¿Coincide con la fórmula?
- Con a = 0 (ascensor en reposo), ¿el peso aparente es igual al peso verdadero? ¿La flecha azul (fuerza normal) apunta recto hacia arriba en este caso? ¿Qué te dice esto sobre la relación entre aceleración y fuerza?
- Si quieres que la báscula marque exactamente el doble del peso verdadero de la persona, ¿qué aceleración deberías usar? (Pista: despeja a en N = 2·m·g.) Comprueba tu predicción en la simulación.
- Experimenta alternando rápidamente entre a = 3 m/s² y a = −3 m/s² reiniciando y cambiando los controles. ¿Cambia notablemente la altura del ascensor entre estas dos ejecuciones? ¿Por qué sí o por qué no?