13 simulaciones interactivas de física online

En este artículo te presento una serie de simulaciones interactivas de física para que te ayude a visualizar los fenómenos de esta ciencia.

Entre las simulaciones básicas encontrarás péndulo, tiro oblicuo, fuerzas y movimiento, conservación de energía, fuerzas elásticas. También encontrarás simulaciones de ondas: interferencia, Fourier, sonido y ondas en una cadena. Además, simulaciones de electricidad y magnetismo: Ley de Ohm, Laboratorio de Capacitores, Ley de Faraday y Laboratorio electromagnético de Faraday.

Las simulaciones de la Universidad de Colorado

La Universidad de Colorado, de Estados Unidos, tiene en su página web una serie de aplicaciones online para el estudio de ciencias. Las que te voy a presentar en este artículo son simulaciones interactivas de física.

Las animaciones de la Universidad de Colorado comprenden herramientas para matemática, física, química y biología, entre otras áreas.

En este artículo voy a mostrar algunas, vinculadas a temas básicos de la física, que se suelen estudiar en la escuela secundaria y también en cursos preuniversitarios y universitarios, como es el caso del Ciclo Básico Común de la UBA.

Por cada simulación encontrarás un enlace a ella. Al ingresar a la página de destino, tienes que comenzar la simulación haciendo clic sobre la imagen que aparece con el ícono de Play.

Simulaciones físicas

Péndulo

Este es un tema ineludible en el estudio de la física.

En esta simulación, podrás mover un péndulo sobre una escala graduada. Al costado derecho encontrarás una serie de opciones para poder modificar las condiciones del experimento

Puedes cambiar la longitud de la cuerda que sostiene el péndulo, la masa de este, hacer aparecer otro péndulo para comparar o agregar fricción para que de a poco se detenga.

Además, puedes experimentar cómo se movería el péndulo estando en la Luna, en Gravedad 0 ó en Júpiter.

En la parte de abajo de la barra de herramientas hay interesantes opciones para entender qué está ocurriendo. Puedes activar la visualización de los vectores velocidad y aceleración en tiempo real. También pueden observar los niveles de energía del péndulo.

Como si fuera poco, tienen un timer para controlar períodos de tiempo y una cinta métrica virtual para tomar medidas.

Enlace: Péndulo

Tiro oblicuo

El tiro oblicuo siempre me pareció uno de los temas más entretenidos de la física.

Generalmente, los problemas son de disparos o saltos donde hay que ver dónde cae el proyectil.

En esta simulación puedes definir el ángulo de disparo, velocidad inicial, masa y diámetro del proyectil. Con Fire disparas el cañón que aparece y luego, arriba, es posible visualizar el rango de alcance, la altura máxima alcanzada y el tiempo del disparo.

En la lista de opciones de la derecha, puedes elegir qué objetos disparar: una pelota de golf, una bola de bowling, una persona, un piano y hasta un auto.

Al igual que en la simulación anterior, está la cinta métrica para poder medir distancias en el experimento.

Enlace: Tiro oblicuo

Fuerzas y movimiento

Estos conceptos se suelen estudiar bajo el nombre de dinámica. Incluye fuerzas, objetos, rozamientos y planos inclinados.

En el experimento que propone esta simulación hay un hombre intentando mover un objeto sobre un plano inclinado, cuyo ángulo es posible variar.

Al correr la simulación, es necesario aplicar la fuerza donde dice Applied Force (Fuerza aplicada) para lograr mover el objeto. Abajo encontrarás distintos elementos para mover: una caja, una mascota y un refrigerador.

Hay otras solapas en esta mini aplicación. La segunda sirve para aprender sobre la fricción. Aparecen nuevos controles debajo que sirven para variar las condiciones del experimento.

La tercera solapa es la misma simulación, pero hace un gráfico en función del tiempo de las fuerzas que intervienen. Resulta muy didáctico ver cómo van variando en tiempo real. Debes saber que haciendo clic en el botón Reset All, la simulación vuelve a su punto de partida y así puedes crear un nuevo gráfico.

En la cuarta solapa encontrarás un pequeño juego donde hay que controlar a un robot que debe empujar objetos hasta la puerta de una casa.

La idea es pensar, para administrar la energía del robot y lograr el objetivo sin que el objeto caiga por un precipicio. Muchos de los conceptos que se desprenden de las otras simulaciones deben ser aplicados para poder sumar puntos en este juego.

Enlace: Fuerzas y movimiento

Conservación de Energía

Otro de los temas más divertidos de la física. Generalmente con rampas, montañas rusas y… ¡skaters! Como en el caso de esta simulación, donde tenemos a un joven con patineta en una rampa.

Lo más interesante lo tienes a la derecha, con la opción Bar Graph. Ahí podrás ver la variación de los distintos niveles de energía a medida que el sujeto se mueve.

Puedes ver un gráfico de la variación de la posición del skater o del tiempo respecto de la energía en tres de sus componentes: potencial, cinética y térmica.

También es posible cambiar al skater, realizar mediciones, agregar fricción a la superficie por la que se desplaza y modificar la gravedad.

Enlace: Conservación de Energía

Fuerzas elásticas

Las fuerzas elásticas se resumen casi siempre en resortes, aunque en realidad el concepto es mucho más amplio.

La simulación dispone de tres resortes al que es posible colgarle pesas de distintos valores para observar la respuesta. A la izquierda aparece una escala graduada que te permite observar cuánto se estiran. Puedes observar los niveles de energía, como en las simulaciones anteriores.

Otras opciones son agregar fricción y variar la gravedad para que sea como en la Luna, Júpiter o en el espacio. También es posible ver la simulación en cámara lenta o pausarla para atender detalles. Por último, al tercer resorte le puedes modificar el nivel de dureza.

Enlace: Fuerzas elásticas

Ondas

El tema de ondas es bastante importante en el mundo de la física. Involucra a distintos fenómenos de la naturaleza que tienen comportamientos similares a pesar de parecer distintos a simple vista. Luz, sonido y vibraciones de objetos físicos se transmiten en forma de ondas.

Dominar esta área de la física requiere un manejo avanzado de matemáticas, teniendo, especialmente, sólidas bases en trigonometría.

Existen fenómenos asociados a las ondas y es acerca de ellos de los que tratan las siguientes simulaciones interactivas.

Interferencia

La interferencia de dos o más ondas es uno de los aspectos más importantes. En esta simulación, puedes generar ondas, tanto líquidas, como de sonido y de luz.

Para cada una se puede cambiar la amplitud y la frecuencia. En el caso de la luz, es posible variar la longitud de onda. Puedes ver asociados, gráficos de nivel de agua, presión y campo eléctrico, respectivamente.

También puedes pasar a modo manual cualquiera de las tres y generar pulsos presionando el botón Pulse.

Para la simulación con gotas de agua, nota que es posible mover el lugar donde está el grifo y hacer que la gota caiga en distintos lugares. La de sonido permite visualizar partículas y la de luz, disponer de una pantalla para ver las franjas de interferencia.

A la derecha encuentras opciones adicionales para hacer el experimento más interesante. Puedes agregar una fuente más de ondas para cualquiera de las tres simulaciones, rotar la vista, agregar barreras y personalizarlas.

La simulación incluye herramientas para medir distancias y también para tomar tiempos.

Enlace: Interferencia en ondas

Fourier

En esta simulación vasa encontrar muchas herramientas para crear señales. Puedes jugar con amplitudes y harmónicos. Además, sumar las distintas funciones. Para poder manejar este experimento requerirás un mayor nivel de conocimientos sobre el tema de ondas.

A la derecha, nuevamente aparecen opciones avanzadas, incluidas las herramientas para tomar medidas que pueden servirte para medir amplitudes, periodos y desfasajes.

En la segunda solapa encuentras un juego donde el objetivo es intentar manipular las amplitudes para formar la onda que aparece debajo. Hay 10 niveles de dificultad y si bien no es divertido, puede ayudarte a conocer cuánto sabes del tema.

Enlace: Fourier

Sonido

Aquí tienes que utilizar el oído porque se incluye la salida por audio para hacer el experimento más completo.

Dispones de varias solapas. La primera es escuchar un sonido de una única fuente, donde se puede variar la amplitud y la frecuencia de la misma. La segunda sirve para tomar medidas y tiempos de las ondas emitidas.

La tercera es una simulación sobre interferencia causada por dos fuentes de sonido. La cuarta sirve para entender el fenómeno de interferencia por reflexión (cuando las ondas de sonido rebotan contra un obstáculo y vuelven en sentido contrario).

Y por último, la quinta es para escuchar el sonido variando la presión en el aire.

Enlace: Sound

Ondas en una cadena

Con esta simulación interactiva es posible ver cómo una cadena de pequeñas bolitas oscila de forma manual, generando pulsos o de forma automática. Puedes alterar la amplitud, el ancho del pulso, la amortiguación y la tensión.

Como siempre, aparecen las reglas para tomar medidas y el cronómetro para controlar tiempos.

Enlace: Wave on a string

Electricidad y magnetismo

En esta sección, encontrarás simulaciones interactivas de física sobre electricidad y magnetismo. Estos son dos fenómenos que están conectados entre sí y que resultan fascinantes.

Si estudias en una escuela técnica, estas simulaciones serán particularmente útiles para ti.

Ley de Ohm

Esta ley es lo primero que se enseña a cualquier estudiante de electricidad. Es una simple fórmula matemática que relaciona el voltaje, la corriente y la resistencia. En esta simulación, se pueden variar tanto el voltaje y la resistencia para ver qué valor adopta la corriente. Hay dos controles deslizantes muy fáciles de utilizar para realizar esta tarea.

La Ley de Ohm es una de las primeras ecuaciones que se les enseñan a los estudiantes de electricidad.

Ten en cuenta que esta simulación puede ser ejecutada de forma online.

Enlace: Ley de Ohm

Laboratorio de Capacitores

Los capacitores o condensadores son elementos muy utilizados en electricidad y también en electrónica. En esta simulación vas a poder variar todos los parámetros que determinan las características de un capacitor. Su superficie, separación de las placas y voltaje de la fuente. En base a esto, podrás ver en las mismas placas la cantidad de carga que van conservando.

En la barra de opciones que aparece al costado hay algunas herramientas de medición que pueden ser útiles: capacitancia, carga y energía.

Además trae un voltímetro virtual con forma de tester que puede utilizarse como si fuera uno de verdad situando las puntas donde lo creas conveniente.

El laboratorio de capacitores permite configurar un condensador a medida.

Además, hay dos solapas más con simulaciones complementarias. La primera permite trabajar con un dieléctrico entre las placas y la segunda con varios capacitores.

Enlace: Laboratorio de capacitores

Ley de Faraday

El magnetismo y la electricidad están estrechamente vinculados. Es por eso que se suelen estudiar al mismo tiempo. La Ley de Faraday o ley de inducción electromagnética es otro de los pilares de estos temas.

En esta simulación puedes mover libremente un imán en una bobina para poder visualizar el efecto que produce en un circuito conectado a una lámpara. No hay demasiadas opciones como en las anteriores, pero cumple con su función básica para poder entender de qué se trata esta famosa ley.

Enlace: Ley de Faraday

Laboratorio electromagnético de Faraday

Siguiendo el tema de la simulación anterior, aquí puedes mover un imán para poder observar el comportamiento del entorno. Es posible variar la intensidad del imán y aparecen algunas opciones de visualización complementarias.

En la segunda solapa tienes un electroimán o un generador de corriente alterna. A este último es posible alterarle la frecuencia y la amplitud de la señal.

Enlace: Laboratorio electromagnético de Faraday