¿Ayuda la física a disminuir los accidentes de tráfico?
¿Conocemos los riesgos asociados a la conducción?
Seguro que estamos deseando tener el carnet de conducir y disponer de un coche o una moto…. Pero también sabemos el riesgo que supone circular ya que periódicamente ocurren accidentes en los que vuestros compañeros o amigos o algún familiar resultan heridos o mueren.
¿Somos conscientes de la importancia del sistema de percepción cuando se está al volante de un automóvil o de una moto? Conocerlo puede ayudarnos a evitar accidentes.
La física nos ofrece una oportunidad excepcional para hacer que los futuros conductores conozcan los riesgos asociados a la conducción y para poner de manifiesto la lógica que subyace en la mayoría de las normas de circulación.
Es muy importante ser conscientes de nuestras propias limitaciones físicas y de las del vehículo que conducimos.
¿Estamos seguros de lo que hemos visto? La visión es lenta
Duración:
30 minutos
Agrupamiento:
2 personas
Vamos a comenzar con una serie de experimentos sencillos, pero muy demostrativos. Escribiremos un informe con los resultados de nuestra investigación y las conclusiones.
Vamos a demostrar que nuestra visión es más lenta de lo que creemos.
Materiales
aguja imperdible
cerillas de madera
Procedimiento
Se corta la cabeza de una cerilla de madera y a continuación se atraviesa por su punto medio con la aguja imperdible procurando que la cerilla no se astille.
Se comprueba como al apretar el extremo de la cerilla con la punta del dedo (el dedo aprieta y resbala, al mismo tiempo, por el extremo de la cerilla), ¡atraviesa la aguja! y pasa al otro lado. Pronto se descubre que la cerilla no atraviesa el metal sino que da la vuelta tan rápidamente que no se llega a ver .
Al apretar la cerilla contra un lado de la aguja imperdible este funciona como un muelle que la hace girar tan rápido que el sistema visual, que es relativamente lento, no llega a percibir el movimiento.
El retardo de las señales eléctricas, desde las células sensibles de la retina hacia la parte del cerebro responsable de la consciencia es mayor que el tiempo que tarda la cerilla en dar la vuelta. La sensación es impresionante las primeras veces.
Midiendo tiempos de reacción
Duración:
1 hora
Agrupamiento:
2 personas
Nuestra velocidad de reacción juega un papel importante en nuestra vida diaria. Un tiempo de reacción veloz puede dar grandes recompensas, por ejemplo, evitar un accidente de tráfico. Tiempos de reacción lentos usualmente traen consecuencias negativas.
El tiempo de reacción es una medida de la rapidez con que respondemos a algún tipo de estímulo ¿Cómo es nuestro tiempo de reacción visual? En este experimento vamos a poner a prueba nuestros tiempos de reacción visual, auditivo y táctil con una regla.
¿Qué estímulos tienen un tiempo de reacción promedio más rápdio? ¿Los estímulos visuales, los táctiles o los auditivos? Hacemos nuestra hipótesis.
Ahora vamos a comprobar esta hipótesis.
Material
Regla
Antifaz
Procedimiento
Nos ponemos por parejas.
Hay que pedir a tu compañero o compañera que se siente a la mesa, con su mano dominante encima y al borde de la mesa.
En primer lugar vamos a probar la respuesta visual. Tomamos la regla por el extremo marcado con 30 cm, para que el extremo "0 cm" esté justo en el dedo índice de la pareja.
Le decimos que cuando suelte la regla, la agarre lo más rápido posible, sin hacer ningún ruido o gesto que insinúe que la está soltando. Es importante que reaccione al estímulo visual de ver que la regla es soltada. Anotamos la marca en la regla donde la agarró.
Repetimos el experimento tres veces más. Después, cambiamos de lugar con nuestra pareja y lo volvemos a repetir.
Cienciación. Regla cayendo(CC BY-SA)Ahora vamos a registrar reacciones auditivas. Como antes, uno de nosotros/as se sienta a la mesa y se pone el antifaz.
De nuevo experimentando con la mano dominante: decimos a nuestra pareja que, al soltar la regla, tiene que decir la palabra "suelta". Una vez que la agarre, anotamos la marca en la regla donde lo hizo y repetimos la acción 3 veces. Volvemos a hacer el experimento, cambiándonos de rol.
Para la última prueba, pedimos a la pareja que se siente a la mesa de nuevo con el antifaz puesto. Esta vez pondremos a prueba la respuesta táctil. Le decimos que vamos a tocar su hombro de su brazo no dominante al soltar la regla.
No damos señal auditiva alguna, sólo un simple toque. Anotamos la medición y como antes, repetimos tres veces, luego cambiamos de rol.
Datos
Recogemos los resultados en esta tabla.
Persona
VISUAL
AUDITIVO
TÁCTIL
1
2
PROMEDIO
Conclusiones
¿Qué conclusión podemos sacar con los datos obtenidos?
¿Se cumple nuestra hipótesis de partida?
Tiempo de reacción visual e iluminación.
Duración:
1 hora
Agrupamiento:
2 personas
El tiempo de reacción es importante y afecta a nuestra vida. Un buen tiempo de reacción nos permite ser más eficientes a la hora de responder ante estímulos y situaciones (durante la conducción, en un deporte, etc...)
Pero ¿podemos mejorar nuestro tiempo de reacción? ¿la iluminación afectará a nuestro tiempo de reacción?
Emitimos una HIPOTESIS.
Vemos este vídeo de experimentos con el péndulo de Pulfrich .
Trozos de celofán rojos o azules del tamaño de un cristal de gafas, trozos de plástico oscuro, cristales de gafas de sol, etc.
A pesar de tener un nombre especial, el péndulo de Pulfrich es un péndulo simple corriente: una bola colgada de un hilo de longitud adecuada al soporte disponible; un hilo de un metro o menos funciona bien.
Procedimiento
El experimento es espectacular y, por ello, vale la pena hacerlo de la forma correcta. Esencialmente el péndulo debe oscilar colgado de un soporte procurando que no proyecte la sombra correspondiente a su movimiento, para ello basta con utilizar un soporte de laboratorio o mejor, un soporte del tipo de las pantallas para diapositivas, sin poner la pantalla.
Hay que colocarse cada uno/a con un trozo de celofán de color delante del péndulo. La distancia no es importante, pero tenemos que estar delante, no demasiado a los lados.
Colocamos el trozo de celofán delante de un solo ojo y miramos con ambos ojos el movimiento del péndulo
Soltamos el péndulo de modo que oscile en un plano perpendicular a la línea de visión
Datos
Registramos los datos en una tabla.
Conclusiones
¿Qué conclusión sacamos? ¿Se cumple nuestra hipótesis de partida?
Vamos a profundizar un poco más, a saber por qué sucede esto.
La clave esta en la velocidad de respuesta de los conos y bastones en la retina.
La retina de los humanos está formada por dos tipos de células sensibles a la luz. Los conos funcionan con una intensidad de luz grande, son rápidos y sensibles al color: Por otro lado, los bastones son mucho más numerosos (unas 100 veces más que los conos) funcionan con una intensidad de luz muy pequeña, no detectan color y son mucho más lentos. El tiempo de respuesta de los bastones es relativamente grande, de unos 0,3 segundos; los conos son unas 4 veces más rápidos.
La retina funciona como si dispusiera de dos sistemas integrados, uno para funcionar a plena luz y otro para funcionar con poca luz. El sistema formado por los bastones, que funciona con poca luz, se basa en la estrategia de aumentar el tiempo de exposición y utilizar grupos de bastones, en vez de bastones individuales, para aumentar la sensibilidad, incluso perdiendo agudeza visual. Resulta parecido a cómo funciona la fotografía en poca luz: se aumenta el tiempo de exposición y se utiliza una película más sensible (con granos sensibles mayores). El mayor "tiempo de exposición" hace que en poca luz la visión sea más lenta. Además, la pérdida de agudeza visual se traduce en una dificultad para reconocer formas (de noche todos los gatos son pardos y, además, cuesta reconocer que se trata de gatos). La adaptación a la oscuridad, es decir, el cambio de conos a bastones como sensores no ocurre inmediatamente, es progresiva y en unos minutos ya se pueden ver formas, pero no colores. Si se quiere leer un periódico con muy poca luz se podrán leer solamente las letras grandes, pero no las pequeñas, debido al descenso de la agudeza visual. Todos los juegos basados en el tiempo de reacción se hacen bastante peor.
Vamos ahora a repetir el experimento sobre tiempo de reacción visual (caída de una regla) con muy poca iluminación, en el laboratorio o el aula casi a oscuras.
¿Cómo creemos que será ahora nuestro tiempo de reacción?
Persona
VISUAL
1
2
PROMEDIO
Conclusiones: ¿Cómo afecta los datos obtenidos, por ejemplo, en la conducción?
Debatimos con nuestros compañeros y compañeras sobre el peligro (debido al tiempo de adaptación) que supone entrar en un túnel, aunque sea corto, con las luces apagadas.
Calculando distancias necesarias para detención
Duración:
1 hora
Agrupamiento:
Parejas
Supongamos que un conductor ve un obstáculo en la carretera y frena. Vamos a analizar este movimiento.
Podemos analizar el movimiento del coche en 2 fases:
El conductor toma consciencia de que hay un obstáculo y el pie comienza a apretar el freno. El pedal del freno tiene un recorrido hasta que los frenos actúan al máximo.
El tiempo correspondiente a la primera fase es la suma del tiempo de reacción (que se puede estimar en unos 0,2 segundos ya que el cerebro tiene que enviar el impulso nervioso hacia el pie que empezará a accionar el freno) y el tiempo que tarda el pie en apretar totalmente el pedal. El tiempo conjunto de estas acciones se estima en unos 0,75 s. Durante este tiempo, que llamaremos t1, podemos suponer que el coche se mueve con velocidad constante vo . La distancia d1 que recorre es :
d1= vo t1 = 0,75 vo
Cuando el freno empieza a actuar el coche frena con una aceleración que podemos suponer constante. Los fabricantes y asociaciones de automovilistas dan valores de la aceleración de frenado comprendidos entre 7 y 8 m/s2, suponiendo que los frenos, los neumáticos y la carretera se encuentran en perfecto estado.
La distancia d2 que el coche recorre frenando se puede calcular a partir de las ecuaciones correspondientes al movimiento uniformemente variado. Viene dado por la siguiente ecuación (que estudiaremos detenidamente en 4º curso):
x=xo+ vot + (1/2)at2 y v= vo + at
Si consideramos xo= 0 y que la velocidad final es 0 cuando el coche se detiene, obtenemos:
x= vo2 /2 a
Si suponemos que la aceleración de frenado es 7,5 m/s2la distancia que el coche recorrerá mientras el freno está apretado es:
d2 = 0,067 vo2
A partir de las ecuaciones que acabamos de ver, vamos a completar una tabla con la distancia total de detención necesaria según sean las velocidades iniciales.
v0 (m/s)
v0 (Km/h)
d1 (m)
d2 (m)
d total (m)
10
20
30
40
50
CONCLUSIONES:
¿Qué conclusiones podemos sacar sobre la distancia de frenado?
Distancia de seguridad. Toma de decisiones
Duración:
30 minutos
Agrupamiento:
Grupo clase
Supongamos que dos coches circulan uno detrás de otro y el primero frena bruscamente. El segundo se da cuenta y también frena, con una aceleración que supondremos similar a la del primero. Su distancia de seguridad debe ser aquella que permita al conductor del segundo vehículo reaccionar y pisar el freno cuando se da cuenta de que el primer vehículo frena. Como hemos visto, el tiempo necesario es, como mínimo, de unos 0,75 segundos.
La columna de distancias d1 de la tabla de la tarea anterior indica la distancia mínima entre dos vehículos, suponiendo que los conductores están absolutamente atentos. Si su distancia es menor que esta y el coche de delante frena bruscamente, habrá inevitablemente una colisión cuyo responsable será el conductor del segundo vehículo.
La velocidad influye directamente en la distancia de seguridad que debe guardarse. ¿Qué otros factores crees que pueden influir y cómo? (por ejemplo: el estado de la vía, el estado del vehículo, la fatiga del conductor,...…) ?
¿Cuál sería la decisión ahora si nos preguntaran si estamos o no de acuerdo con la decisión tomada por diferentes ayuntamientos respecto a reducir la velocidad a 30 Km/h en las zonas urbanas?
Evaluación y reflexión
Una vez que hemos finalizado la tarea, es un buen momento para reflexionar en nuestro diario de aprendizaje. Algunas sugerencias pueden ser:
¿Qué he aprendido?
¿Qué me ha sorprendido más de todo el proceso? ¿Por qué?
