BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA PARA LA REALIZACIÓN DE LOS · 2014. 3. 9. · 2 BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA...

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BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA PARA LA REALIZACIÓN DE LOS FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE LAS ACTIVIDADES:

“FÍSICA EN PERSPECTIVA”, Hecht, Eugene. Ed. Addison Wesley, USA, 1987

“FÍSICA”, Wilson, Jerry. Ed. Prentice Hall, México, 1996 “FÍSICA GENERAL”, Alvarenga-Máximo. Ed. Oxford, México, 1999 “PRÁCTICAS de FÍSICA CONCEPTUAL”, Hewitt, Paul. Ed. Pearson,

México, 2004 “FÍSICA CONCEPTUAL”, Hewitt, Paul. Ed. Pearson, México, 2007

Se reproducen algunas imágenes y actividades del libro “PRÁCTICAS de FÍSICA CONCEPTUAL”, con adaptaciones.

3

F5

F4

F3

F2

F1

PRÁCTICO 0

OBJETIVO Representar vectores y realizar operaciones vectoriales mediante métodos gráficos y analíticos.

Indica todas las características de los siguientes vectores:

Representa los siguientes vectores, de acuerdo a sus características: (elige la escala adecuada)

MÓDULO (N) ÁNGULO

6F

2500 60

7F

1,5 90

8F

0,030 290

9F

420 0

10F

0,0016 140

Recuerda:

Determinar un vector significa indicar todas sus

características: dirección, sentido y módulo.

Escala:

2,5N

F5

F4

F3

F2

F1

115°

23°

52°

ESCALA

4

Determina la fuerza resultante de sumar AF

y BF

, BAS FFF

por el método del polígono.

Determina analíticamente el módulo y dirección de la fuerza resultante y compáralo con el obtenido por métodos gráficos.

Determina la fuerza resultante de restar AF

y BF

, BAD FFF

, repitiendo los pasos del

procedimiento anterior.

Escala:

1,0cm – 20N

FA

40° FB

FA

40°

FB

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PRÁCTICO 1

OBJETIVO

Estudiar la relación entre las fuerzas que actúan en un sistema en reposo.

FUNDAMENTO TEÓRICO

La interacción entre dos cuerpos ocurre siempre mediante un par acción reacción: “cualquier objeto que arrastre o presione a otra, es igualmente arrastrado o presionado por él”. Se tiende equivocadamente a pensar que las fuerzas son agentes singulares, pero la fuerza es una cuestión de pares. Interacción entre dos objetos significa acción y reacción: dos fuerzas, una sobre cada participante forman el par. Las dos fuerzas de interacción actúan siempre en sentidos opuestos, con la misma dirección y módulo, y nunca actúan sobre el mismo cuerpo. Las fuerzas son magnitudes vectoriales que se caracterizan por tener dirección, sentido y módulo; y se suman mediante procedimientos de álgebra vectorial. La suma de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto se denomina fuerza neta. Si la fuerza neta que actúa sobre un objeto vale cero, éste se encuentra en equilibrio mecánico de traslación, y si se encuentra en reposo continúa en ese estado.

MONTAJE EXPERIMENTAL

¿De qué materiales consta este dispositivo?

¿Cómo están organizados?

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PROCEDIMIENTO

¿Cuál es el objeto en estudio?

¿Cuáles son los instrumentos de medición? ¿Qué magnitud miden?

¿Cómo se determinan todas las características de las fuerzas que actúan sobre la argolla? ¿Cómo se determina la fuerza neta mediante un método gráfico?

¿Cómo se determina la fuerza neta mediante método de componentes?

DATOS EXPERIMENTALES

Determina la fuerza neta mediante método gráfico.

8

Determina la fuerza neta en cada eje y la fuerza neta total.

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CONCLUSIONES

¿Cuál fue el valor de la fuerza neta actuante sobre la argolla?

¿Son los resultados coherentes mediante los dos procedimientos?

¿Qué conclusión puedes sacar relacionando la fuerza neta con la condición del cuerpo?

¿Qué implica esa condición?

¿En qué situación se aplicó la primera ley de Newton?

¿En cuáles se aplicó la tercera?

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PRÁCTICO 22

OBJETIVO

Estudiar las magnitudes que caracterizan el movimiento de un cuerpo, a partir de la interpretación gráfica.

Estudiar la relación entre las fuerzas que actúan en ese cuerpo.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Las fuerzas son magnitudes vectoriales que se caracterizan por tener dirección, sentido y módulo; y se suman mediante procedimientos de álgebra vectorial. La suma de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto se denomina fuerza neta. Si la fuerza neta que actúa sobre un objeto vale cero, éste se encuentra en equilibrio mecánico de traslación, y si se encuentra en movimiento continúa haciéndolo en línea recta y con velocidad constante. La velocidad es una magnitud vectorial cuya dirección y sentido coinciden con los del desplazamiento del objeto y su módulo es la relación entre el desplazamiento realizado por el cuerpo y el intervalo de tiempo correspondiente. Esta relación implica un valor medio. Si viajamos por una carretera manteniendo la aguja del velocímetro fija en un determinado valor lo hacemos a velocidad constante: recorremos desplazamientos iguales en intervalos de tiempo iguales. Un cuerpo se mueve a velocidad constante e igual a la media cuando la relación entre desplazamiento e intervalo de tiempo es directamente proporcional.


PROCEDIMIENTO



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Tira una bolita dentro de la probeta y registra el intervalo de tiempo que demora en llegar al fondo.

¿Qué representa y cuánto vale el intervalo de tiempo desde que la bolita toca la superficie del líquido hasta que llega al fondo de la probeta? Analiza el intervalo obtenido y divídelo en una cantidad razonable (6 ó 7). ¿Cuánto vale cada intervalo? Tira otra bolita y marca sobre la cinta de papel la posición inicial (la superficie del líquido) y las posiciones en que pasa en cada uno de los instantes anteriormente definidos.

Registra el desplazamiento máximo (entre la primera y la última posición registrada en la cinta):


Completa el siguiente cuadro organizando los datos obtenidos.

¿Cómo se calcula el módulo de la velocidad media para cada intervalo?

t(s) t(s) d(m) d(m)

d___ = _______________

t____= _______________

t = _______________

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Completa en el cuadro la última columna, correspondiente al valor de velocidad media para cada intervalo.

Realiza el gráfico velocidad media-tiempo y a partir de ese, el de velocidad instantánea- tiempo.

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A partir del gráfico vi = f ( t ):

Determina el área encerrada debajo de la curva obtenida.

Determina la pendiente del gráfico obtenido.

Representa un diagrama de cuerpo libre de la bolita durante la caída.

CONCLUSIONES ¿A qué interacciones está sometida la bolita? ¿Cómo es la fuerza neta sobre la bolita? ¿En qué condición se encuentra ésta? ¿Cómo se relaciona esta situación con la primera ley de Newton? ¿Qué reflexión te merece el valor de la pendiente del gráfico en relación al movimiento del cuerpo? ¿Cuál fue la característica de su trayectoria? Entonces, ¿qué tipo de movimiento desarrolló la bolita? ¿Con cuál de los resultados se vincula el desplazamiento d máximo medido?

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PRÁCTICO 3

OBJETIVO Estudiar las magnitudes que caracterizan el movimiento de caída libre, a partir de la interpretación gráfica.

FUNDAMENTO TEORICO El estado de movimiento de un cuerpo cambia con la aplicación de una fuerza. El peso, actuando sobre un cuerpo produce un cambio constante en la velocidad en cada intervalo de tiempo, ese cambio constituye una aceleración constante. La aceleración es una magnitud vectorial cuya dirección coincide con la del vector variación de velocidad y su módulo es la relación entre el cambio en el módulo de la velocidad y el intervalo de tiempo transcurrido. Despreciando el rozamiento con el aire, todos los cuerpos, independientemente de su peso, caen con la misma aceleración. Todos los objetos terrestres experimentan una aceleración vertical y dirigida al centro de la Tierra. Sobre la Tierra, a nivel del mar, esa aceleración tiene un valor promedio 9,8m/s2

y se le asigna el símbolo especial g.


CRONÓMETRO 1

CRONÓMETRO 2

A

B


¿Cómo están dispuestos? Explica claramente la organización de los sensores.

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PROCEDIMIENTO ¿Cuál es la suposición que justifica nivelar el sensor simple con la parte inferior de la bolita sostenida por el electroimán?

¿Qué intervalo de tiempo registra el par de sensores conectado al cronómetro 1, mientras la bolita realiza el desplazamiento AB?

¿Para qué se registra el intervalo de tiempo a través del par de sensores conectado al cronómetro 2? ¿Qué otra información se necesita para hacer ese cálculo? Regístrala.

¿Para qué se desplaza hacia abajo el conjunto de tres sensores, colocándolos en varias posiciones sobre la varilla?

¿Por qué el cociente xB/tB representa el módulo de la velocidad instantánea para cada

posición?

= _______________

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DATOS EXPERIMENTALES Registra el desplazamiento total (en la última posición de los tres sensores)

Completa el siguiente cuadro organizando los datos obtenidos.

Completa en el cuadro la última columna, correspondiente al valor de velocidad instantánea para cada posición.

CRONÓMETRO 1 CRONÓMETRO 2

t(s) tB(s) yB(m)

dTOTAL= _______________

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Realiza el gráfico velocidad instantánea-tiempo.

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A partir del gráfico vi = f ( t ):

Determina el área encerrada debajo de la curva obtenida. ¿Qué magnitud representa?

Determina la pendiente del gráfico obtenido. ¿Con qué magnitud se asocia?

Representa gráficamente esta última magnitud en función del tiempo.

Representa un diagrama de cuerpo libre de la bolita en un instante durante la caída.

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CONCLUSIONES ¿A qué interacciones está sometida la bolita? ¿Cómo es la fuerza neta sobre la bolita? ¿En qué condición se encuentra ésta? ¿Qué magnitud asociada al movimiento de caída libre reconoces en el resultado obtenido de la pendiente del gráfico? ¿Cuál fue la característica de la trayectoria de la bolita? Entonces, ¿qué tipo de movimiento es el de caída libre? ¿Con cuál de los resultados se vincula el desplazamiento d máximo medido?

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PRÁCTICO 4

OBJETIVO

Estudiar el movimiento de una bolita que se lanza con velocidad horizontal.

FUNDAMENTO TEORICO Si no existiera aceleración gravitatoria, un objeto lanzado horizontalmente continuaría con esa trayectoria, pero debido a esa aceleración el objeto cae describiendo una curva. Entonces el objeto cae en la medida que avanza, describiendo una parábola. La situación de un objeto que viaja a través de un medio que no le opone resistencia se puede estudiar como compuesta por dos movimientos independientes pero simultáneos: un vuelo horizontal uniforme y una caída vertical libre. Sin embargo es un único movimiento que se rige por la aceleración gravitatoria. En el caso en que el objeto fuera por ejemplo, una pelota de fútbol en un partido un día de viento, la descomposición se aplica pero los dos movimientos simultáneos estarían afectados por aceleración: la gravitatoria vertical y la del viento horizontal.

MATERIALES Para registrar las posiciones sucesivas de dos bolitas que

chocan, se obtiene una serie de fotografías, tomadas a

intervalos regulares de tiempo, mediante la técnica del

destello múltiple. Las fotografías obtenidas se superponen

permitiendo estudiar en una única imagen

movimientos que no son perceptibles a simple vista.

La fotografía corresponde a dos bolas que parten

simultáneamente, una de ellas cae libremente en

vertical y la otra se lanza horizontalmente con velocidad

inicial. El intervalo entre destellos es 1/40s.

PROCEDIMIENTO Sobre la imagen de la fotografía de la bola que describe trayectoria curva:

¿Para qué se mide el desplazamiento de la bola entre tres posiciones consecutivas?

mv

vm d

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¿Qué otra información se necesita para calcularla? ¿Dónde se encuentra?

¿Por qué puedes considerar como hipótesis de trabajo que esta velocidad corresponde a la instantánea cuando la bola está en el instante mitad del intervalo?

Elige dos conjuntos de tres bolas consecutivas y calcula la velocidad correspondiente de acuerdo a lo explicado anteriormente.

Determina la variación de velocidad, if vvv

Para efectuar la resta de vectores recuerda :


d(m) t(s) v(m/s)

ifif vvvvvv i

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Determina y representa la aceleración del movimiento.

CONCLUSIONES

t (entre imágenes consecutivas) 1 s

40

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¿Qué procedimiento aplicaste para estudiar el movimiento de la bolita que se lanzó con velocidad horizontal? Analiza el movimiento vinculándolo con el de caída libre; ¿cómo piensas que influye la velocidad horizontal inicial? Entonces, ¿qué características tiene el movimiento?

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PRÁCTICO 5

OBJETIVO Determinar experimentalmente la relación entre la aceleración, la velocidad tangencial y el radio de giro en un movimiento circular uniforme.

FUNDAMENTO TEORICO Un cuerpo que gira responde a una fuerza central, que siempre se dirige al mismo punto del espacio. Esa fuerza se denomina fuerza centrípeta. Un objeto tiende a moverse en línea recta con velocidad constante, de acuerdo al principio de inercia, pero si el objeto es desviado de esa trayectoria por acción de una fuerza perpendicular a la velocidad, ésta cambiará de dirección. La variación en la dirección de la velocidad en cada unidad de tiempo es la aceleración centrípeta, que justifica la desviación del movimiento rectilíneo. Cuanto más grande sea el radio del círculo que describe la trayectoria, más lento cambiará el cuerpo de dirección, o sea menor será la velocidad. En cambio cuanto mayor sea la velocidad más rápido será el cambio en la dirección y mayor la aceleración.



30

¿Cómo está armado? Explica la manipulación del tablero móvil?

PROCEDIMIENTO Enciende la fuente y gira la perilla hasta lograr que el cuerpo gire con regularidad. ¿Cómo se registra el tiempo que demora el cuerpo en dar una vuelta completa? Anótalo. ¿Cómo se llama esa magnitud?

Subiendo el tablero con el papel lentamente, cuidando de no frenar el giro, registra parte de la huella dejada por el cuerpo. Ten la precaución de indicar en la hoja el centro de giro (coincide con el hilo que cae del disco) ¿Qué representa ese registro?

Sobre la trayectoria obtenida marca dos sectores contiguos de 5º cada uno. Determina el intervalo de tiempo en que cubre cada sector.

Mide el desplazamiento correspondiente.

____=___________

t = _________

d = _________ fv

5º

iv

5º

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¿Qué procedimiento se utiliza para determinar la velocidad instantánea en el punto medio de cada sector? Justifícalo.

Calcula la velocidad correspondiente de acuerdo a lo explicado anteriormente.

d(m) t(s) v(m/s)

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DATOS EXPERIMENTALES Representa en la trayectoria obtenida los vectores cuyo módulo previamente calculaste.

Determina y representa la aceleración del movimiento

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Mide el radio del dibujo obtenido:

¿Cómo se calcula la velocidad tangencial del movimiento?

Calcula el cociente r

v2 .

¿Con qué magnitud se vincula ese resultado? Represéntala.

CONCLUSIONES ¿Cuál es la forma de la trayectoria descrita por el objeto? ¿Cómo es el módulo de su velocidad? Entonces, ¿qué tipo de movimiento desarrolló la bolita? ¿Cuáles son las magnitudes que caracterizan ese movimiento? ¿Son los resultados coherentes mediante los dos procedimientos?

r = _________

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PRÁCTICO 6

OBJETIVO

Estudiar dinámicamente un sistema constituido por dos cuerpos vinculados por una polea.

FUNDAMENTO TEORICO El estado de movimiento de un objeto cambia con la aplicación de una fuerza neta. Este cambio lo hará pasar de una velocidad inicial vi a una velocidad final vf en un intervalo de tiempo. Este cambio será más grande cuanto menor sea la masa del cuerpo: La aceleración que adquiere un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él y con su misma dirección y sentido, e inversamente proporcional a su masa. En algún caso puede ser necesario estudiar el movimiento de más de un objeto, es decir, un sistema de objetos que se desplazan en conjunto. Un conjunto de cuerpos relacionados a través de hilos se denomina sistema vinculado. Ese hilo puede seguir una línea recta o pasar a través de una polea, cuya función es cambiar la dirección en que se aplican las fuerzas.


A

B



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PROCEDIMIENTO

Se deja libre el bloque desde el reposo en el punto A.

¿Qué consideraciones se deben hacer respecto al hilo que vincula los bloques y la polea? ¿Para qué?


Registra el intervalo de tiempo que demora en pasar por los sensores ubicado en el punto B.

Mide la separación entre los ejes de los sensores. ¿Qué magnitud se puede calcular aplicando las medidas anteriores? Calcúlala. Registra la distancia AB.

Registra la masa del bloque.

Registra el ángulo que forma el plano con la horizontal.

= ___________________

dAB= ________________

tB= _________________

m = ________________

xB= ________________

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A partir de los datos obtenidos, ¿cómo se determina la aceleración del movimiento del sistema?

Representa en diagramas de cuerpo libre las fuerzas que actúan sobre el bloque y el conjunto de pesas.

A partir de la información anterior, ¿cómo se determina el coeficiente de rozamiento entre el bloque y el plano? Calcúlalo.

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CONCLUSIONES

Escribe la letra de un ejercicio que, partiendo de la información medida en este trabajo, solicitara calcular el coeficiente de rozamiento entre las superficies del bloque y el plano.

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PRÁCTICO 7

OBJETIVO Verificar el principio de conservación de la cantidad de movimiento para un sistema formado por dos bolitas.

FUNDAMENTO TEORICO Es más fácil detener una bicicleta que un automóvil, aunque viajen a la misma velocidad. Esta noción se asocia con la cantidad de movimiento, el automóvil tiene mayor cantidad de movimiento, es decir, no sólo interesa la velocidad, sino también la masa del cuerpo. La cantidad de movimiento es una magnitud vectorial, cuya dirección y sentido coinciden con los de la velocidad y su módulo es el producto del módulo de la velocidad por la masa del cuerpo. Para que la cantidad de movimiento de un cuerpo cambie, es necesario que sobre él actúe una fuerza externa, una persona sentada dentro de un automóvil y haciendo fuerza sobre el tablero no cambiará la cantidad de movimiento del mismo. Si ninguna fuerza externa actúa sobre un sistema formado por varios objetos, la cantidad de movimiento del sistema se conservará.

MATERIALES La imagen corresponde a dos fotografías estroboscópica de dos bolas que chocan sobre una mesa horizontal.

PROCEDIMIENTO

Para determinar la cantidad de movimiento de cada bolita antes y después del choque debes determinar dos magnitudes. ¿Cuáles son?

¿Cómo se registra el desplazamiento de cada bolita entre dos posiciones consecutivas? Regístralos.

Observa el intervalo de tiempo entre imágenes consecutivas indicado en la imagen.

d

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Determina las velocidades de las dos bolitas antes y después del choque. ¿Por qué se puede considerar como hipótesis de trabajo que esta velocidad corresponde a la instantánea cuando la bola está en el instante mitad del intervalo?

Registra las masas de las bolitas indicadas en la imagen.

DATOS EXPERIMENTALES Ordena los datos en el siguiente cuadro:

d (m) t (s) V (m/s) m(kg)

AN

TE

S

mA

mB

DE

SP

UÉ

S

mA

mB

¿Cómo calculas el módulo de la cantidad de movimiento antes y después del choque para cada bolita? Ubícalos en la última columna.

Elige una escala adecuada y represéntalas.

Determina gráficamente la cantidad de movimiento total del sistema antes y después del choque.

Repite el procedimiento para la segunda fotografía.

d (m) t (s) V (m/s) m(kg)

AN

TE

S

mA

mB

DE

SP

UÉ

S

mA

mB

BfAfSf

BiAiSi

ppP

ppP

41

mA= 250g

mB= 250g

t (entre imágenes

consecutivas) = 1/20 s

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CONCLUSIONES

Compara los vectores cantidad de movimiento del sistema

SP

antes y después del choque. ¿Cuál es la relación entre ellos?

¿Qué características tienen estos sistemas?

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PRÁCTICO 8

OBJETIVO Determinar el impulso que actuó sobre cada bolita durante el choque y el impulso neto sobre el sistema. Determinar la fuerza media que actuó sobre cada bolita durante el choque.

FUNDAMENTO TEÓRICO Cuando un jugador de fútbol patea un penal, aplica una fuerza que actúa un pequeño intervalo de tiempo sobre la pelota: la impulsa. Siempre que una fuerza actúa durante un intervalo de tiempo sobre un cuerpo, el objeto recibe un impulso. El impulso es una magnitud vectorial cuya dirección y sentido coinciden con los de la fuerza y su módulo es el producto del módulo de la fuerza por el intervalo de tiempo. Si ninguna fuerza externa actúa sobre un sistema formado por varios objetos, el impulso neto experimentado por ese sistema será nulo.

MATERIALES La imagen corresponde a dos fotografías estroboscópicas de dos bolas que chocan sobre una mesa horizontal.

PROCEDIMIENTO

¿Cómo se determinan gráficamente los vectores variación de cantidad de movimiento para cada una de las bolitas que constituyen el sistema?

ifif ppppp

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Repite el procedimiento para la segunda fotografía.

45

t (entre imágenes consecutivas) = 1/20 s

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¿Cómo se determina la fuerza media neta que actuó sobre cada bolita?

Considerando que el choque duró 1,5 x 10-2s, determina y representa la fuerza media

neta que actuó sobre cada bolita.

CONCLUSIONES Compara los vectores impulso sobre cada bolita. ¿Qué se puede decir sobre el impulso neto sobre el sistema? ¿Qué características debe tener el sistema para que se cumplan las conclusiones anteriores? ¿Cómo son las fuerzas netas sobre cada cuerpo? ¿A qué principio de la dinámica se puede hacer referencia?

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PRÁCTICO 9

OBJETIVO Establecer experimentalmente la relación entre el impulso neto que se actúa sobre un cuerpo y la variación de su cantidad de movimiento.

FUNDAMENTO TEORICO Cuanto mayor sea el impulso que se ejerce sobre un objeto, mayor será el cambio en su cantidad de movimiento. Si sobre un objeto actúa una fuerza externa vinculada a un impulso, provocará en él una aceleración; por lo tanto habrá un cambio en su velocidad. Este cambio en la velocidad provocará un cambio en la cantidad de movimiento, por lo tanto, el impulso ejercido por la fuerza neta que actúa sobre un objeto durante un cierto intervalo de tiempo es igual a la variación de cantidad de movimiento ocurrida en dicho intervalo.

MATERIALES Y MONTAJE


x

1 N

CRONÓMETRO 1 CRONÓMETRO 2

A B

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¿Cómo está armado? Explica claramente la organización de los sensores

PROCEDIMIENTO Mantiene el carro en reposo de manera que el indicador quede inmediatamente antes que el sensor ubicado en Ⓐ. ¿Qué consideración te permite hacer esta manipulación?

Enciende los cronómetros y suelta el carro.

Lee el módulo de la fuerza actuante leyendo el dinamómetro mientras el carro está en movimiento.

¿Qué intervalo de tiempo registra el par de sensores conectado al cronómetro 1? ¿Para qué lo necesitas?

¿Qué intervalo de tiempo registra el par de sensores conectado al cronómetro 2? ¿Para qué lo necesitas?

¿Qué otra información necesitas para determinar la velocidad final del carro?


Registra el valor del módulo de la fuerza aplicada por el dinamómetro.

Registra el intervalo de tiempo en que el carro realiza el desplazamiento AB. (CRONÓMETRO 1).

tAB=___________

______

F=_____________

xB=___________

49

Determina y representa el impuso experimentado por el carro en su recorrido.

Registra el intervalo de tiempo que demora el carro en pasar por B. (CRONÓMETRO 2) Mide el desplazamiento xB.

Registra la masa del carro. Determina y representa las cantidades de movimiento inicial y final del carro y calcula su variación.

CONCLUSIONES

¿Qué relación puedes expresar entre la variación de la cantidad de movimiento y el impuso en esta situación?

¿Qué consideraciones puedes realizar con respecto a la fuerza de rozamiento entre el bloque y la superficie?

tB=___________

_______

xB=___________

_______

m=_____________

50

velocidad

52

PRÁCTICO 10

OBJETIVO Verificar experimentalmente la conservación de una magnitud física: la energía mecánica; a partir de los intercambios energéticos del bloque de la figura.

FUNDAMENTO TEÓRICO Cuando se tensa un arco, el arco tensado es capaz de lanzar una flecha. Cuando se levanta el pilón de una perforadora, éste es capaz de hacer un pozo. Los objetos han adquirido “algo” que les permite efectuar una tarea. Ese algo es energía, que se presenta en muchas formas. La energía mecánica es la forma de energía debida a la posición o al movimiento de un cuerpo. La energía que se almacena y está lista para utilizarse se denomina potencial. La energía potencial de un cuerpo a causa de su posición elevada se llama energía potencial gravitatoria, por ejemplo, el agua acumulada en el lago de una represa posee energía potencial gravitatoria. La energía potencial de un cuerpo elástico estirado o comprimido se denomina energía potencial elástica. La energía de un cuerpo en movimiento se denomina energía cinética, una pelota en movimiento puede romper un vidrio debido a su energía cinética. Se comprenden mejor los procesos que ocurren en la naturaleza si se analizan en términos de cambios de energía, es decir, transformaciones de una forma en otra, la energía es la forma que la naturaleza tiene de llevar la cuenta de esos cambios. Cuando examinamos un sistema Encontramos que hay una magnitud que no se crea ni se destruye: la energía. La energía mecánica de un sistema se conserva si solo actúan sobre él fuerzas conservativas.

MATERIALES Y MONTAJE

A

k =

B

C

O

53


¿Cómo está armado? Explica claramente el recorrido del bloque a estudiar.

PROCEDIMIENTO ¿Para qué es necesario comprimir el resorte hasta la posición Ⓐ? ¿Por qué es necesario

registrar la posición inicial del resorte Ⓞ?

Al soltar el bloque, ¿qué recorrido realiza?

¿Por qué es necesario sujetarlo al llegar a la máxima altura Ⓒ y marcar su posición?

¿Qué otra magnitud debes determinar para cumplir los objetivos?

54

DATOS EXPERIMENTALES Determina la compresión del resorte.

Registra la masa del bloque.

A partir de las posiciones Ⓐ,Ⓑ y Ⓒ, determina la altura del bloque en dichos punto, con

respecto al nivel de la mesa.

¿Qué información necesitas para calcular la velocidad del bloque? Regístrala. ¿En qué puntos el cuerpo posee energía potencial elástica? ¿Por qué? Calcúlala.

¿En qué puntos el cuerpo posee energía potencial gravitatoria? ¿Por qué? Calcúlala.

¿En qué puntos el cuerpo posee energía cinética? ¿Por qué? Calcúlala.

x=____________

__________

m=_____________

__

hA=____________

__________

hB=____________

__________

hC=____________

__________

____=__________

hB=____________

__________

____=__________

55

Completa el siguiente cuadro ordenando los resultados obtenidos:

PUNTO K ( ) Ug ( ) Ue ( )

A

B

C

¿Cómo se determina la energía mecánica del bloque en cada punto? Completa con ese

valor la última columna del cuadro.

CONCLUSIONES ¿Qué conclusiones se pueden elaborar a partir de estos resultados? ¿Se puede generalizar una conclusión para todos los puntos que comprenden la trayectoria del bloque? ¿Cómo se plantea la situación en relación al principio de conservación de la energía mecánica? Analiza las fuerzas que actúan sobre el bloque ¿Cuáles son conservativas y cuáles no?

56

PRÁCTICO 11

OBJETIVO A partir del estudio energético del sistema, determinar el coeficiente de rozamiento cinético entre el bloque y el plano.

FUNDAMENTO TEÓRICO

En tanto la energía total de un sistema no se puede crear ni destruir, sino transformarse de una forma en otra, la energía mecánica puede variar, transformándose en otra forma de energía. Si un cuerpo se desplaza sobre un plano rugoso, su energía mecánica final sería menor que la inicial, pero a cambio percibiríamos un aumento en la temperatura del cuerpo, el calor es otra forma de energía, pero que solo se intercambia entre el sistema y el exterior. Cuando sobre el sistema actúan fuerzas no conservativas su energía mecánica varía. Las fuerzas no conservativas efectúan un trabajo, es decir actúan a lo largo de un desplazamiento. El trabajo es una magnitud escalar que depende de la fuerza en cuestión y el desplazamiento a lo largo del que actúa. El trabajo de una fuerza no conservativa hace variar la energía mecánica del cuerpo.


¿De qué materiales consta este dispositivo? ¿Cómo está armado?

A

B k =

O

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PROCEDIMIENTO Registra el ángulo de inclinación del plano y la masa del bloque.

¿Para qué es necesario registrar la posición inicial del resorte y luego comprimirlo hasta la posición Ⓐ?

¿Por qué es necesario registrar la posición final Ⓑ?

Al soltar el bloque, ¿qué recorrido realiza?

¿Cómo se explica que el bloque se detenga en Ⓑ?

DATOS EXPERIMENTALES Determina la compresión del resorte. A partir de las posiciones Ⓐ y Ⓑ, determina la altura del bloque en dichos punto, con

respecto al nivel de la mesa.

x=____________

__________

m=_____________

__

=_____________

__

hB=____________

__________

hA=____________

__________

58

¿En qué puntos el cuerpo posee energía cinética? ¿Por qué?

¿En qué puntos el cuerpo posee energía potencial gravitatoria? ¿Por qué? Calcúlala.

¿En qué puntos el cuerpo posee energía potencial elástica? ¿Por qué? Calcúlala.

Completa el siguiente cuadro ordenando los resultados obtenidos:

PUNTO K ( ) Ug ( ) Ue ( ) Emec ( ) Emec ( )

A

B

¿Cómo se determina la variación de energía mecánica entre dos puntos del recorrido?

Completa con ella la última columna del cuadro.

Registra el desplazamiento del bloque (ⒶⒷ).

Realiza un diagrama de cuerpo libre del bloque, y determina el módulo de la fuerza normal.

dAB=_______________

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A partir de la información anterior, ¿cómo se determina el coeficiente de rozamiento entre el bloque y el plano? Calcúlalo.

CONCLUSIONES

¿Qué conclusiones puedes elaborar a partir de estos resultados? ¿Cómo lo planteas en relación al principio de conservación de la energía mecánica? Analiza las fuerzas que actúan sobre el bloque ¿Cuáles son conservativas y cuáles no?

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