Guia de Laboratorio - Fisica General 1 (1) (1)

7/21/2019 Guia de Laboratorio - Fisica General 1 (1) (1)

1/67

1

Laboratorio de Fsica 2015

GUIA DE LABORATORIO


2/67

2


INDICE

INDICE.. 2

Presentacin... 4

Objetivos.... 5

Normas Generales del laboratorio....... 6

Modelo de laboratorio 7

Uso y manejo del LabQuest2 10

Practica N 01:..... 14

Mediciones e Incertidumbre.

Practica N 02:.. 22

Modelacin y ajuste de curvas.

Practica N 03.. 27

Movimiento es una dimensin.

Practica N 04....... 33

Movimiento en dos dimensiones.

Practica N05.... 39

Leyes de Newton.

Practica N 06... 43

Fuerzas de rozamiento.

Practica N 07..... 46

Trabajo y energa.

Practica N 08......... 50

Trabajo y energa cintica.

Practica N 09...... 53

Trabajo de fuerzas no conservativas.


3/67

3


Practica N 10............................. 56

Centro de gravedad.

Practica N 11......... 60

Momento de inercia.

Practica N 12..................... 64

Momento de inercia y energa rotacional.


4/67

4


PRESENTACIN

El presente MANUAL DE PRACTICAS DE LABORATORIO DE FISICA I, rene

dentro de su contenido la variedad de prcticas de laboratorio y est dirigida a los estudiantes de lasdiferentes carreras profesionales de Ingeniera de la Universidad Privada del Norte.

El objetivo del Laboratorio de fsica I es que los estudiantes se familiaricen con conceptostcnicas y herramientas de laboratorio que le permitan conocer conceptos bsicos de fsica: Estemanual tiene la intencin de servir como una gua prctica para el desarrollo de experimentos.

El manual est constituido por una serie de prcticas de laboratorio diseada en principios comotemas de acercamiento entre los temas tericos, la observacin, el anlisis y la interpretacin de losfenmenos fsicos, pasos importantes en la formacin de los estudiantes de Ingeniera.

Lic. Milton Osmar Ruiz Enriquez


5/67

5


OBJETIVOS

Estimular en el estudiante el desarrollo de su capacidad de observacin, anlisis e interpretacinde fenmenos fsicos que permita la comprensin del tema.

Valorar la informacin cualitativa y cuantitativa como parte del trabajo experimental

Lograr que el estudiante adquiera destreza, en el manejo de equipos, tcnicas y procedimientosfundamentales en el laboratorio como parte de su formacin en el campo experimental.


6/67

6


NORMAS GENERALES DEL LABORATORIO

ANTES DE INICIAR SU PRCTICA:

La asistencia a la prctica de laboratorio es obligatoria.

La tolerancia para entrar al laboratorio ser la que rige el Reglamento Interno deLaboratorio. Acatar las instrucciones indicadas en el Reglamento Interno de Laboratorio. No dejar abrigos, tiles u otros objetos sobre las mesas de trabajo. Es obligatorio llevar la bata en todo momento. Se deben seguir a todo momento las indicaciones del Docente. Es imprescindible leer la gua de prcticas antes de comenzar.

Verificar que se encuentre todo el material necesario en las condiciones adecuadas.Comunicar cualquier anomala al Docente

Cada grupo de trabajo ser responsables del material asignado. Queda prohibido, fumar, comer o beber dentro del laboratorio.

DURANTE EL TRABAJO:

No debe JUGAR en las mesas de trabajo. En el rea de trabajo el estudiante solo mantendr su cuaderno o laptop. Las prcticas son realizadas por los estudiantes en grupos conformados en la primera

sesin, los cuales no deben cambiarse sin la autorizacin del profesor. Cada estudiante tiene la obligacin de leer cuidadosamente la gua de la correspondiente

prctica en forma individual antes del inicio de la sesin de laboratorio, y debe saber que vaa hacer.

Todos los miembros del grupo deben participar en el desarrollo de cada uno de lasprcticas.

AL TERMINAR:

El lugar y el material de trabajo debe quedar limpio y ordenado, tambin se deben apagar ydesenchufar los aparatos.

Entregar para su revisin el reporte de la prctica elaborada. Hasta que el profesor no de su autorizacin no se considerara finalizada la prctica y por lo

tanto, no podrs salir de laboratorio.


7/67

7


MODELO DE INFORME DE LABORATORIO

A continuacin se presentan las pautas para la presentacin de informes quedeben ser elaboradosen el desarrollo de los laboratorios.

1.

Portada:en esta parte se presentaran los siguientes datos

Nombre de la Universidad Nombre de la Facultad Nombre de la Carrera Curso Ttulo de la prctica de Laboratorio Autores; se debe seguir el siguiente orden Apellidos, Nombres y cdigo Lugar y Fecha

2.

Resumen:Se presentara un breve texto que debe contener lo siguiente:

Tema

Objetivos: se presentan los objetivos especficos del experimento alineados con los objetivosgenerales de aprendizaje.

Como se hizo el experimento: breve resea del experimento, es necesario una descripcin deforma general sin ser especficos y sin presentar resultados.

3.

Introduccin:En esta parte se presenta el tema tratado en el experimento. Es necesario ademscontextualizar el tema de investigacin en una ubicacin espacio temporal y enmarcando unarealidad.

Dentro de la introduccin se mencionara de forma general la teora o teoras cientficas quefundamentan el experimento. Se establece la forma en que se va a abordar el tema y se definebrevemente las variables a medir.

4. Montaje experimental:En esta parte se presenta lo siguiente.

1.

Una imagen fotogrfica del experimento2.

Los materiales, equipos e instrumentos detallados por marca, modelo, precisin.3.

Diagrama de Flujo con los pasos realizados en el experimento, indicando las observacionescorrespondientes.

5.

Anlisis y Discusin de Resultados: En esta parte se presentaran los resultados organizados entablas, figuras, diagramas (con sus respectivos nombres, unidades y variables), etc. as como susinterpretaciones y comentarios. En caso de tratarse de ms de una variable es necesario considerarleyenda.

En la discusin se hace la comparacin de los resultados medidos versus los resultados estimados yse responde a las siguientes interrogantes:

-

Qu indican los resultados?-

Qu se ha encontrado? De tal forma que finalmente se expresa que es lo que se conoce concerteza y en base a esto se va bosquejando las conclusiones.

En la parte de interpretacin es necesario responder a las siguientes preguntas:


8/67

8


-

Qu es importante de los resultados obtenidos?-

Qu ambigedades existen? Esto nos lleva a formular una explicacin lgica paraposibles problemas con los datos. Es importante sealar que en este caso no se puedemanifestar que el problema con los datos experimentales proviene de errores humanos, puesesto significa que el experimentador no es capaz de llevar a cabo el experimento.

Es necesario tambin hacer un anlisis del error experimental. Para esto se responde a las siguientesinterrogantes:

-

Se puede evitar el error experimental?-

De qu fue resultado el error experimental?-

Si no se puede evitar, Est dentro de la tolerancia del experimento?-

En caso de ser resultado del diseo del experimento cmo es posible mejorar elexperimento?

Al final, en el anlisis y discusin de los resultados es necesaria la explicacin de los mismos enfuncin de los planteamientos tericos y los objetivos de aprendizaje. Adems de relacionar losresultados con los objetivos del experimento.

6.

Conclusiones y Recomendaciones: En esta parte se manifiestan las conclusiones en lenguajesencillo y en forma de afirmacinConclusiones: estarn alineadas a los objetivos generales y los objetivos especficos delexperimentoRecomendaciones:proponen modificaciones al procedimiento experimental usando como base ladiscusin y los hechos relevantes sealando errores observados en la metodologa

7.

Referencias Bibliogrficas:se debe dar la referencia completa segn el modelo APA: lo cual es losiguiente para estos casos.

A) LIBROS.-Autor/a (apellido -slo la primera letra en mayscula-, coma, inicial de nombre ypunto; en caso de varios autores/as, se separan con coma y antes del ltimo con una "y"), ao (entreparntesis) y punto, ttulo completo (en letra cursiva) y punto; ciudad y dos puntos, editorial.Ejemplos: Apellido, I., Apellido, I. y Apellido, I. (1995). Ttulo del Libro. Ciudad: Editorial.

Tyrer, P. (1989). Classification of Neurosis. London: Wiley.B) CAPTULOS DE LIBROS COLECTIVOS O ACTAS.-Autores/as y ao (en la formaindicada anteriormente); ttulo del captulo, punto; "En"; nombre de los autores/as del libro (inicial,punto, apellido); "(Eds.),", o "(Dirs.),", o "(Comps.),"; ttulo del libro en cursiva; pginas que ocupael captulo, entre parntesis, punto; ciudad, dos puntos, editorial.Ejemplos: Autores/as (ao). Ttulo del Captulo. En I. Apellido, I. Apellido y I. Apellido (Eds.),Ttulo del Libro (pgs. 125-157). Ciudad: Editorial.

Singer, M. (1994). Discourse inference processes. En M. Gernsbacher (Ed.), Handbook ofPsycholinguistics (pp. 459-516). New York: Academic Press.

C) ARTCULOS DE REVISTA.-Autores/as y ao (como en todos los casos); ttulo del artculo,punto; nombre de la revista completo y en cursiva, coma; volumen en cursiva; nmero entreparntesis y pegado al volumen (no hay espacio entre volumen y nmero); coma, pgina inicial,guion, pgina final, punto.Ejemplos: Autores/as (ao). Ttulo del Artculo. Nombre de la Revista, 8(3), 215-232.


9/67

9


Gutirrez Calvo, M. y Eysenck, M.W. (1995). Sesgo interpretativo en la ansiedad de evaluacin.Ansiedad y Estrs, 1(1), 5-20.

D) MATERIAL CONSULTADO EN INTERNET.-Vase el apndice al final de esta nota.El World Wide Web nos provee una variedad de recursos que incluyen artculos de libros, revistas,peridicos, documentos de agencias privadas y gubernamentales, etc. Estas referencias deben

proveer al menos, el ttulo del recurso, fecha de publicacin o fecha de acceso, y la direccin (URL)del recurso en el Web.Formato bsico Autor/a de la pgina. (Fecha de publicacin o revisin de la pgina, si estdisponible). Ttulo de la pgina o lugar. Recuperado (Fecha de acceso), de (URL-direccin)

Ejemplo: Suol. J. (2001). Rejuvenecimiento facial. Recuperado el 12 de junio de 2001, dehttp://drsunol.com

8. Anexos. Existen dos anexos obligatorios.

Anexo 1 Tabla de datos experimentalesAnexo 2 Clculo de resultados detallando cada uno de los clculos realizados a fin de obtener los

resultados. Es necesario referenciar las formulas utilizados


10/67

10


Uso y manejo del Labquest2 y sensores

I. Marco Terico.

Antes de empezar el trabajo experimental, el estudiante debe de conocer el manejo,recomendaciones y precauciones del equipo que va a utilizar. La utilizacin inadecuada deeste equipo dara lugar a errores en las experiencias realizadas y conllevara al deterioro delequipo. A continuacin describiremos algunos de los equipos con los que trabajaremos enel curso de Fsica 1:

El Labquest2 es un dispositivo interfaz independiente y verstil utilizado para larecoleccin de datos mediante sensores con su aplicacin integrada de grficos y anlisis.La gran pantalla de alta resolucin tctil resistentehace que sea fcil e intuitiva para recoger, analizar y

compartir datos de los experimentos. Suconectividad inalmbrica fomenta la colaboracin yel aprendizaje personalizado. Tambin puede utilizarLabQuest2 como una interfaz de sensor USB usandoel software Logger. El labquest2 consta de lassiguientes partes:


11/67

11


El Sensor de temperatur ade acero inoxidable es un sensor de temperatura que se puedeutilizar en lquidos orgnicos, soluciones salinas, cidosy bases. Tiene un rango de temperatura entre 40C y135C y un tiempo de respuesta al cambio detemperatura de 90 segundos; la precisin del sensor es de

. selo como lo haracon un termmetro para experimentos en qumica, fsica,biologa, ciencias de la tierra y ciencias ambientales. Latemperatura mxima que el sensor puede tolerar sin daoes de .


12/67

12


El Sensor de fuerza de rango duales un sensor cuyo propsito general es la medicin de

las fuerzas. El sensor de fuerza tiene dos rangos de teniendo una precisin distinta para cada rango de

. Se puede utilizar en una amplia gama de

formas:

Como un reemplazo para una balanza de resorte de mano

Montado en posicin horizontal sobre un carro dinmica

para estudiar las colisiones

Montado en un anillo de pie para medir fuerzas en una

direccin vertical

Recoger datos de dos sensores de fuerza al mismo tiempo para estudiar la Tercera Ley

de Newton

El sensor de movimiento utiliza el ultrasonido para medir la posicin, velocidad y

aceleracin de los carros, pelotas, personas y otros objetos. Los

rangos de medicin es de 15 cm a 6 m. segn el tipo de objeto a

medir se configura el sensor si es una pelota o persona en el icono

representado y si es el carro de la misma manera.

Interruptor de sensibilidad reduce el ruido y produce datos de

mayor calidad para el estudio de la dinmica de los carros sobre

rieles.

Se conecta fcilmente al sistema Vernier Dinmico. Girando la cabeza permite flexibilidad en la configuracin del

experimento.

Las Fotopuertasson sensores de luz que leen cuando un objeto atraviesa y corta el haz de

luz. Adems, permiten la sincronizacin extremadamente precisa de eventos dentro de

experimentos de la Fsica, para el estudio de cada

libre, las colisiones, los perodos de pndulo, la

velocidad de un objeto, entre otras cosas. La

Fotopuerta Vernier incluye una varilla de accesoriopara el montaje en un soporte de anillo. La

Fotopuerta tiene un puerto de entrada para conectar

en una configuracin de cadena tipo margarita con

hasta cuatro puertas de ir a un solo canal de

interfaz. El ancho de la Fotopuerta es de 75 mm.


13/67

13


II. Objetivos

Objetivos Generales

Aprender el uso correcto del Labquest2 y los sensores

Objetivos Especficos

Uso y manejo correcto del Labquest2 y los sensores de Temperatura, de Fuerza, demovimiento y Fotopuerta.

III.

Material y equipo

01 Labquest2

01 sensor de Temperatura

01 sensor de Fuerza

01 sensor de Movimiento 01 sensor de Fotopuerta

IV.

Cuestionario

Investigue que otras aplicaciones se pueden utilizar con el Labquest2

Que otros sensores adems de los que se mostraron aqu se pueden utilizar con elLabquest2

Cules son las diferencias entre un sensor analgico y un sensor digital?


14/67

14


PRACTICA N 1

Mediciones e Incertidumbre

I. Marco Terico.

Medicines el proceso de cuantificar nuestra experiencia en el mundo exterior.

Medires un proceso de nuestra vida cotidiana, segn el cual expresamos la relacin entre lamagnitud a determinar y la unidad de medida correspondiente.

Clases de Mediciones

Medicin Di recta:se obtiene al aplicar directamente el instrumento de medicin y efectuarla lectura en su escala correspondiente.

Medicin I ndir ecta: Estas mediciones se obtienen empleando una ecuacin o frmula

matemticas que relacione la magnitud a medir con otras magnitudes que son mediblesdirectamente. Por ejemplo el rea o superficie de un objeto de forma rectangular.

I ncer tidumbre para mediciones dir ectas: Es el error experimental y segn el tipo deinstrumento con el que se trabaje se determinara para un equipo digital la incertidumbreseria: y para un equipo analgico la incertidumbre seria:

Donde

es la precisin.

I ncer tidumbre para mediciones indir ectas:se obtiene de la frmula de la medida.

Donde x, y,z son 3 mediciones directas, con incertidumbres . La incertidumbrede F est dada por la expresin:

|| || || Er ror absoluto:toda medida de una magnitud fsica, en general, presenta cierto error. Estese calcula mediante la diferencia entre el valor que se obtiene en la medicin y el valorverdadero.

Donde es el valor verdadero de la magnitud y M es el resultado de una medicin. Entodos los casos dicho valor verdadero es desconocido.


15/67

15


El err or r elativo) se define como:

Esta incertidumbre relativa con frecuencia se usa como un porcentaje, conocido como errorrelativo porcentual:

A continuacin describiremos algunos de los instrumentos y la forma en la que se utilizara:

El Vernier o Pie de Rey es un instrumento de medicin directa apropiado para medirpequeas longitudes, especialmente dimetros internos, dimetros externos yprofundidades. Este instrumento consta de dos escalas (Figura 1). Una escala principal ofija compuesta por una regla milimetrada rgida en cuyo extremo lleva un tope o palpador

fijo.Sobre esta regla se desliza un cursor mvil al que se le da el nombre de NONIO, cuyasgraduaciones difieren de las de la regla principal; y son las que nos determinan lalegibilidad del instrumento. A este cursor va unido otro al que se le conoce como palpadormvil.

1. Escala exterior o Principal2. Nonio o vernier (cada divisin vale0.05 mm)3. Palpadores de exteriores

4. Palpadores de interiores5. Palpadores de profundidad6. Muelle7. Seguro

Ejemplo: supongamos que en una medicin, las escalas del instrumento quedan como seindican en la fig. N2. La lnea cero de la escala del nonio est fijada entre la 7ma y 8avalnea de la escala principal (graduada en mm). De momento se anotara 7 como resultado de


16/67

16


la lectura. Las siguientes cifras decimales estn dadas por la escala del nonio que coincidecon alguna lnea de la escala principal. En la figura vemos que la 9ena lnea (que marca4.5) de la escala mvil, coincide exactamente con una lnea de la escala principal (en 25).Ya que la precisin del nonio es (1/20 mm. = 0.05 mm). Por tanto la lectura es:

( )

El micrmetro, tambin llamado Tornillo de Palmer, es un instrumento que sirve paratomar medidas con precisin, cuenta con 2 puntas que se aproximan entre s mediante untornillo de rosca fina, el cual tiene grabado en su contorno una escala (ver fig. N3).

El micrmetro tiene una escala longitudinal, que en su parte superior presenta las divisionesde milmetros enteros y en la inferior las de los medios milmetros, cuando el tambor girase ven estas divisiones.

En la superficie del tambor tiene grabado en toda su circunferencia 50 divisiones iguales,

indicando la fraccin de vuelta que ha realizado, una divisin equivale a 0,01 mm. Lamxima longitud de medida del micrmetro de exteriores es de 25 mm.


17/67

17


Precaucin para la medicin, se debe observar que haya coincidencia en los ceros, si no hayse debe determinar experimentalmente el error, cuando el cero de la graduacin verticalqueda sobre el cero o lnea del eje de la graduacin horizontal, dicho valor se sumara a las

lecturas o Puede ser menor que el cero de la graduacin horizontal, en cuyo caso el error serestara a las lecturas.

Ejemplo:

En la figura N5: (a) se ve la posicin del tambor para una separacin de los topes de 7.25mm, y en la figura (b) para una medida de 7.84 mm; en este ltimo caso el tambor indica 34centsimas, pero, como en la escala fija hay descubiertos 7.5 mm (7 rayas superiorescompletas, ms una raya inferior), la medida indicada es de 7.50 + 0.34 = 7.84 mm.

La balanzanos sirve para medir la masa de los cuerpos. Existen varios tipos, en los cualesla medicin de masa se hace comparando la del cuerpo de la masa desconocida con la masapatrn calibrado que posee el instrumento.

Las balanzas pueden ser mecnicas o electrnicas digitales (ver Figura N 6).


18/67

18


II. Objetivos

Objetivos Generales

Escribir correctamente las medidas de magnitudes. Aplicar el clculo de error a dichas mediciones.

Objetivos Especficos Medir magnitudes de forma directa como: longitud, masa y peso a travs de una

regla, pie de rey, micrmetro y balanza. Medir magnitudes de forma indirecta como: volumen y densidad. Determinar la precisin de las medidas directas e indirectas.

III. Material y Equipo 01 esfera de acero

01 cilindro solido

01 cilindro hueco

01 paraleleppedo 01 Vernier o pie de rey

01 Micrmetro

04 Balanzas digitales ( y )IV. Procedimiento

1. Se mide el largo, ancho y altura del paraleleppedo, con el vernier. Adems, seobtiene la masa del paraleleppedo y se anota los valores medidos, la precisin delinstrumento y la incertidumbre en la tabla 1.

2.

Se mide la masa, altura y dimetro del cilindro con el vernier y la balanza digital yse anotan los valores medidos, precisin e incertidumbre en la tabla 2.

3. Se mide el dimetro interior y exterior del cilindro hueco, adems se mide la alturaexterior e interior y se anotan los valores medidos, precisin e incertidumbre en latabla 3.


19/67

19


4. Se mide el dimetro de la esfera con el micrmetro y la masa con la balanza digitalanotando los valores medidos, la precisin del instrumento y la incertidumbre en latabla 4.

V. Datos

Tabla 1. Mediciones del paraleleppedoMagnitud Valor medido Precisin IncertidumbreLargo ( )Ancho ( )Altura ( )Masa ( )

Tabla 2. Mediciones del cilindroMagnitud Valor medido Precisin IncertidumbreAltura ( )

Dimetro ( )Masa ( )

Tabla 3. Mediciones del cilindro huecoMagnitud Valor medido Precisin Incertidumbre

Altura H ( )Altura h ( )

Dimetro D ( )Dimetro d ( )

Masa ( )

Tabla 4. Mediciones de la esfera.Magnitud Valor medido Precisin IncertidumbreDimetro ( )

Masa ( )

VI. Procesamiento de datos.

Con los datos obtenidos en la tabla 1 para el paraleleppedo; obtener el volumen y laincertidumbre de volumen con las siguientes ecuaciones:

Adems, encontrar la densidad y la incertidumbre de la densidad anotando los

valores obtenidos en la tabla 5


20/67

20


Tabla 5.

Con los datos obtenidos en la tabla 2 para el cilindro solido; obtener el volumen y laincertidumbre de volumen con las siguientes ecuaciones:

Adems, encontrar la densidad y la incertidumbre de la densidad anotando losvalores obtenidos en la tabla 6

Tabla 6.

Con los datos obtenidos en la tabla 3 para el cilindro hueco; obtener el volumen y laincertidumbre de volumen con las siguientes ecuaciones:


Tabla 7.

Con los datos obtenidos en la tabla 4 para la esfera; obtener el volumen y laincertidumbre de volumen con las siguientes ecuaciones:


21/67

21



Tabla 8. VII. Anlisis y Discusin de Resultados

Una vez obtenido los valores de las magnitudes y sus respectivas incertidumbres decada una de las figuras dadas. Encontrar los errores relativos porcentuales para ellaboratorio realizado el cual es encontrado con la siguiente ecuacin:

Qu es una medicin directa e indirecta?

Qu es la incertidumbre absoluta, que unidades tiene y en qu se diferencia del

error porcentual? Qu es el error porcentual y en que nos ayuda conocer este valor?

La precisin varia o no dependiendo el equipo que utiliza?


22/67

22


PRACTICA N 2

Modelacin y ajuste de curvas

I. Marco terico

En los experimentos fsicos, con frecuencia surge el problema de obtener una dependenciafuncional entre dos o ms magnitudes fsicas (variables), teniendo como base lasmediciones de estas magnitudes fsicas (datos experimentales). Esta dependencia funcionaltoma la forma de una ecuacin, que por ser construida con los datos experimentales se ledenomina emprica. As, el alargamiento que sufre un resorte como consecuencia de laaplicacin de una fuerza, puede ser descrito mediante una ecuacin emprica que exprese larelacin entre estas dos magnitudes (alargamiento y fuerza). En este caso, tanto la fuerzaaplicada como el alargamiento producido se pueden medir y constituyen, respectivamente,las variables independiente y dependiente de la funcin.

Para cada valor elegido de la variable independiente le corresponde un valor de lavariable dependiente , y la dependencia funcional que se obtiene en base a los diversosvalores de y forma la ecuacin emprica, la cual se expresa como:

En algunos casos el modelo son funciones conocidas, tales como polinomios o curvasestadsticas y mediante un ajuste curva obtenemos los coeficientes apropiados. Por ejemplo:

El mtodo de mnimos cuadradosse utiliza asumiendo que la grfica es una distribucinlineal para encontrar los parmetros a y b. Para n datos dados se tiene la siguiente ecuacin:

Multiplicando la ecuacin anterior por se obtiene lo siguiente:

Resolviendo las ecuaciones anteriores se obtiene una expresin para calcular los parmetrosde a y b de la funcin lineal:


23/67

23


II. Objetivos

Objetivos generales

Comprender que todo fenmeno Fsico experimental se ajusta a una curva conocida.

Objetivos especficos

Graficar los datos experimentales y encontrar la ecuacin de la recta.

Determinar de forma experimental la constante elstica del resorte (k)

III. Materiales y Equipos

01 soporte universal

01 resorte de aproximadamente.

08 pesas de 50 g, 100 g, 200 g 500 g y 1000 g

01 regla milimtrica ( ) 04 balanzas digitales ( y )

IV.

Procedimiento

1. Arme el equipo mostrado en la figura 1.2.

Sostenga el resorte del soporte universal demanera vertical y mida la longitud inicial delresorte (sin masas) con la regla milimtrica

3.

Pesa cada una de las masas en las balanzasdigitales para obtener los valores reales con susrespectivas incertidumbres y antelos en la tabla1.

4.

Coloque una masa en el extremo libre del resorte

y mida la nueva longitud del mismo con la reglamilimtrica.

5. Repita el paso anterior por lo menos con 10objetos de distinta masa (inicie con masas pequeas y luego vaya aumentado elvalor).

6. Con las longitudes finales y la longitud inicial encuentre la deformacin para cadaresorte.


24/67

24


7. Cada masa multiplique por el valor de la aceleracin de la gravedad ( )para hallar la fuerza que aplica el resorte sobre la masa.

8. Con los datos obtenidos llene la tabla 1 y luego aplicando regresin lineal ymnimos cuadrados, halle el valor de K (constante de elasticidad del resorte).

V. Datos

Tabla 1.

) 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

VI. Procesamiento de datos

De la tabla 1, los datos de la deformacin del resorte y la fuerza se llevan alprograma Excel o al Labquest2 para obtener el grafico y su ecuacin de la recta( ).

De la ecuacin el valor de la pendiente de la ecuacin de la curva obtenida en el

Excel o en el Labquest2 al ingresar los datos es la constante del resorte Tabla2

VII. Anlisis y Discusin de Resultados


25/67

25


Determine el coeficiente de correlacin para verificar el modelo estadstico. Estecoeficiente debe ser mayor al 65 % para validarlo.

Con los resultados obtenidos Qu informacin nos da la constante de k?

Cul es la ecuacin que describe este fenmeno fsico?

Despus del problema analizado depende del resorte de la fuerza aplicada?


26/67

26



27/67

27


PRACTICA N 3

MOVIMIENTO EN UNA DIMENSIN

I. Marco terico:

La cinemtica es la rama de la mecnica que estudia la geometra del movimiento. Paraestudiar la cinemtica de una partcula es necesario conocer sus ecuaciones de movimiento,las cuales describen la posicin (coordenada) y la velocidad en funcin del tiempo es decir .El desplazamiento de una partcula se define como su cambio de posicin hasta unaposicin de la partcula, su desplazamiento est dado por , y se designa con delta(), que indica el cambio en una cantidad. Por consiguiente, el desplazamiento describe elcambio en la posicin de la partcula

La velocidad promediode una partcula se define como la razn de su desplazamiento yel intervalo de tiempo .

La velocidad promedio es independiente de la trayectoria seguida por la partcula. Estosucede debido a que la velocidad promedio es proporcional al desplazamiento , el cualdepende slo de las coordenadas inicial y final de la partcula; por tanto, se deduce que siuna partcula inicia su movimiento en algn punto y regresa al mismo punto va cualquiertrayectoria, su velocidad promedio para este recorrido es cero, debido a que sudesplazamiento es cero.

Nota: El desplazamiento no debe confundirse con la distancia recorrida, puesto que encualquier movimiento la distancia recorrida es por completo diferente a cero, sin embargoel desplazamiento es nulo cuando las posiciones inicial y final tienen la misma coordenada.

La rapidez promedio se define como el cociente entre la distancia total recorrida y eltiempo total que lleva viajar esa distancia:

La unidad del SI de la rapidez promedio y la velocidad es la misma, es decir m/s. Sinembargo, a diferencia de la velocidad promedio, la rapidez promedio no tiene direccin, porlo tanto no lleva signo algebraico.


28/67

28


La velocidad instantnea de una partcula es la velocidad calculada para un intervalo detiempo infinitesimalmente pequeo; en otras palabras, en algn punto sobre una grficaespacio - tiempo ste concepto tiene una importancia especial cuando la velocidadpromedio no es constante en diferentes lapsos de tiempo.

La velocidad instantnea puede ser positiva, negativa o cero, dependiendo de la pendientede la grfica posicin - tiempo (x vs t).

La rapidez instantnea. Se define como rapidez instantnea v a la magnitud o valornumrico del vector velocidad, por lo tanto es siempre positiva.

La aceleracin promedio.Se define como la variacin de la velocidad en un intervalo detiempo. La aceleracin promedio se calcula por la siguiente ecuacin:

La aceleracin instantnease define como la variacin de la velocidad en un intervalo detiempo infinitesimalmente pequeo y se calcula con la siguiente ecuacin:

MOVIMIENTO RECTILNEO UNIFORMEMENTE VARIADO (MRUV)

Es el movimiento descrito por una partcula que se mueve con aceleracin constante a yen lnea recta; es decir, una dimensin. Las ecuaciones de movimiento para esta partculason:

En estas ecuaciones y son la coordenada (posicin) y la velocidad expresadascomo una funcin del tiempo t sobre el eje x.Adems es la posicin inicial, es la velocidad inicial, las cuales son tomadas conrespecto al tiempo de referencia. Si el movimiento es vertical va estar sobre el eje y, ytomara la aceleracin como el valor de la gravedad.


29/67

29


II. Objetivos:

Objetivos Generales:

Comprender los conceptos que permiten describir el movimiento de los cuerpos.

Comprender el movimiento de un cuerpo en movimiento rectilneo uniformementevariado (M.R.U.V.)

Comprender el fenmeno del movimiento rectilneo uniforme (M.R.U.).

Objetivos Especficos:

Determinar las ecuaciones de movimiento x(t) y v(t) de un mvil a partir de losdatos experimentales.

Interpretar las grficas x vs t(distancia vs tiempo) y v vs t(velocidad vs tiempo) deun MRUV.

Medir la aceleracin de un cuerpo en cada libre utilizando la rejilla y un sensorFotopuerta

Analizar el movimiento de cada libre como un MRUV vertical.

III. Materiales y Equipos:

Labquest2

Carro Dinmico

Riel para carro deslizante

Sensor de Movimiento

Sensor Fotopuerta

Rejilla Soporte Universal y pinza

IV.

Procedimiento:

Parte a. M.R.U. y M.R.U.V.

1. Armar el montaje como se muestra en la figura 1.2.

Conecte el sensor de movimiento al canal digital DIG 1 DIG 2 del Labquest23.

Coloque el sensor de movimiento en la parte superior del carril. La inclinacindebera formar un ngulo entre 5 y 10.

4.

Conecte el sensor de movimiento a la interface Labquest2 y empiece la toma dedatos.Cuidado:No presione fuertemente la pantalla es un equipo delicado.Nopresione la pantalla con su lapicero.

5. Coloque el carro dinmico en el plano inclinado bajo el sensor de movimiento ysuelte.

6. Las grficas deben estar posicin vs tiempo y velocidad vs tiempo. 7. Tome algunos puntos de los datos que se obtiene en el Labquest2 y llene el cuadro


30/67

30


Parte b. Cada Libre

1. Coloque el sensor de Fotopuerta en el soporte universal armando el montajemostrado en la figura 2.

2. Conecte el sensor Fotopuerta al canal digital DIG 1 DIG 2 del Labquest2.3. Realice un reconocimiento de la rejilla, considerando que la dejara caer por medio

del sensor Fotopuerta para medir g. La distancia entre el iniciode una banda negra hasta el inicio de la siguiente banda negra es5,0 cm.

4.

Deje caer la Rejilla permitiendo que pase entre el sensorFotopuerta, el Labquest2 medir el tiempo entre el momento enque la primera barra negra bloquea la luz hasta que es bloqueadapor la segunda barra. Este proceso se har hasta que las ochobarras hayan pasado por el sensor de Barrera de Luz. Cuidado:No dejar caer la rejilla al suelo por ser un material acrlico se

puede romper.5. A partir de estos tiempos, el programa calcular las velocidades

y aceleraciones del movimiento y trazar las grficasrespectivas. Anote los valores de pendiente de las grficas

velocidad vs. Tiempo.V. Datos:

Parte a.

Tabla 01

N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t(s)

x(m)

v(m/s)

a(m/s)


31/67

31


Parte b.

Tabla 02

Intento 1 2 3 4 5 6 7 8

Pendiente(m/s2)

VI. Procesamiento de Datos:

Parte a.

Hallar las ecuaciones de movimiento x(t) y v(t).

Calcule la aceleracin del carro haciendo uso de los ajustes polinomicos y linealespara ambas grficas.

Parte b.

La aceleracin promedio se calcula obteniendo el valor promedio de los 8 datosobtenidos en la prctica. Los valores mnimo y mximo le indican la precisin de lamedicin.

Tabla 03

magnitud Mnimo Mximo Promedio

Aceleracin(m/s2)


Parte a.

En la ecuacin de la grfica v vs t. Cul es el valor de la pendiente que se obtieneen la ecuacin? Cmo se muestran las unidades, a que magnitud fsica hacereferencia?

Este valor es positivo o negativo? Qu significado tiene este signo?

Qu magnitud representa la pendiente de la grfica anterior?

En la grfica x vs t. Cul es el valor de la pendiente? Tiene un valor definido o escambiante?

Cul es su interpretacin a la respuesta anterior?

Parte b.

La precisin se determina tomando la mitad de la diferencia entre los valoresmnimo y mximo. Exprese su resultado experimental en forma final como el valorpromedio la incertidumbre. Redondee el valor de incertidumbre a un solo dgitodecimal. Redondee de la misma forma el promedio. Por ejemplo, si los valores


32/67

32


mnimo, promedio y mximo son , exprese su resultadocomo .

Exprese la incertidumbre como un porcentaje de la aceleracin. Este valor ser laprecisin de su experimento. Anota este valor en su tabla. Si usramos losresultados del ejemplo mencionado en el paso anterior, la precisin sera: Nota: Laprecisin de los experimentos en el Laboratorio debe ser menor al 10%.

Tabla 04

El grafico v vs tcorresponde a un movimiento con aceleracin constante. Justifique.

Si dejara caer la Rejilla desde una altura mayor, cambiara los resultados obtenidosen la prctica? Compruebe el resultado realizando el experimento.

Si lanza la Rejilla hacia abajo, pero soltndola en el momento que pasa por el sensorde Barrera de Luz, cambiaran los resultados? Cambiaran si se lanzar la Rejillahacia arriba? Compruebe el resultado realizando el experimento.

Aceleracin debida a la gravedad,g m/s2

Precisin %


33/67

33


PRACTICA N 4

MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES

I. Marco terico

Se conoce como movimiento en dos dimensiones a una partcula que se mueve en un plano.An con esta dimensin adicional se sigue restringiendo los movimientos de la partculaque se mueve con una aceleracin constante, es decir que su magnitud y direccin nocambian durante el movimiento. E1 vector posicin de una partcula que se mueve en elplano xyes una funcin del tiempo, se escribe como: Entonces, por definicin la velocidad de la partcula en el plano xyes:

Donde

son las componentes de la velocidad en la direccin x ey. Si la aceleracin

es constante, sus respectivas componentes tambin lo son. Entonces, aplicando lasecuaciones cinemticas de la velocidad seria: [ ]

De manera similar a la que se obtuvo la velocidad se obtiene la posicin en funcin deltiempo en cada direccin xe y, para una partcula que en el instante inicial se encuentraen la posicin inicial se obtiene la posicin de la partcula en cualquierinstante t:

Movimiento Parabli cose le conoce al movimiento de un objeto que es lanzado al aire conuna velocidad con una direccin arbitraria. Este movimiento describe una trayectoriacurva en un plano. Para este movimiento se toman las siguientes suposiciones: a) Laaceleracin es la gravedad y se considera constante en todo el movimiento y b) se despreciael efecto del rozamiento del aire.Se elige generalmente el sistema de coordenadas (x,y)y se considera como la composicinde un movimiento en cada libre (M.R.U.V.) en el eje vertical tomando ,y unmovimiento con velocidad constante (M.R.U.) en el eje horizontalx tomando , conestas consideraciones tenemos las siguientes ecuaciones para el movimiento parablico: a)


34/67

34


donde es el ngulo que hace la velocidad inicial con el eje horizontal.

El movimiento circular es el movimiento que realiza unapartcula describiendo una trayectoria circular sobre un eje degiro, con velocidad v. Para un objeto si la velocidad es constante,

el movimiento es M.C.U.

Desplazamiento angular, es el desplazamiento recorrido de lapartcula en radianes se denota por la letra .La velocidad angular media() se define como la variacin deldesplazamiento angular sobre un tiempo determinado, susunidades son rad/s:

La velocidad angul ar instantnea se define como la variacin de la velocidad en unintervalo de tiempo infinitesimalmente pequeo y se calcula con la siguiente ecuacin

La velocidad tangencialde la partcula se calcula a partir de la velocidad angular. Si esla velocidad tangencial, que est a lo largo de una circunferencia de radio R, se tiene que:

La aceleracin angular se define como la variacin de la velocidad angular sobre untiempo determinado.

La aceleracin angular instantnea se define como la variacin de la velocidad en unintervalo de tiempo infinitesimalmente pequeo y se calcula:

La aceleracin tangencialde la partcula se calcula a partir de la aceleracin angular. Si es la aceleracin tangencial, que est a lo largo de una circunferencia de radio R, se tieneque:


35/67

35


II. Objetivos


Comprender el movimiento de un cuerpo en dos dimensiones (MovimientoParablico y Movimiento Circular).

Verificar los conceptos de Movimiento Parablico y Movimiento Circularexperimentalmente.


Medir la velocidad de una esfera con el uso de un sensor Fotopuerta

Calcular la distancia para predecir el punto de impacto de una esfera como si fuera un

proyectil.

Encontrar experimentalmente la aceleracin angular para un brazo giratorio.

Encontrar una relacin experimental entre la aceleracin angular y la fuerza

tangencial que se le aplica al objeto en rotacin.

III. Materiales y Equipos 01 Labquest2

01 Soporte universal

01 Rampa o Tobogn

01 Regla de 100 cm ( ) 01 Esfera pequea

01 Sensor Fotopuerta

01 Aparato de fuerza centrpeta

05 masas de 20 g, 50 g, 100 g y 200 g 04 Balanzas digitales ( y )

IV.

ProcedimientoParte a. Movimiento Parablico.

1.

Coloque la rampa sobre la mesa de tal manera que laesfera pueda ser lanzada por ella, describiendo unmovimiento parablico.

2. Ubique el sensor de Fotopuerta como se muestra en la

figura usando para ello el soporte universal, de tal maneraque la pelota pueda pasar por medio de ellasinmediatamente despus de ser lanzadas.

3.

Conecte el sensor Fotopuerta al canal digital DIG 1 DIG 2 del Labquest24. Deje caer la esfera desde el punto alto del tobogn y presione play en la pantalla de

Labquest2.


36/67

36


5. En el Labquest2 aparece un grfico indicando la velocidad de cada intento y en laparte derecha aparece el tiempo que se demor la esfera en atravesar el sensorFotopuerta y su velocidad.

6.

Para cada intento; adems, usted tomara los siguientes datos: a) la altura desdedonde sale disparada la esfera del tobogn, b) la distancia a la que la esfera toca el

suelo y estos datos usted los colocara en las tablas de datos.

Parte b. Movimiento Circular

1. Ajustamos el sensor Fotopuerta en posicin vertical de tal manera que quede sobrela polea.

2. Ajustamos otra polea por donde se sujetara las masas de 20 g, 50 g, 100 g y 200 g;estas masas provocaran el movimiento circular sobre el equipo.

3. Se mide la distancia de radio de giro que detectara el sensor, esto es, distancia deleje de giro al extremo del brazo.

4.

Se coloca la pesa de 20 g al extremo de lacuerda que posee el equipo, se enrolla lacuerda tal que la pesa este a nivel de lamesa y se procede a la toma de datos almomento de soltar la masa presionandoplay.

5.

En el Labquest2 presionar el modo Movdefinido por usuario y se multiplica0.628*radio y obtendr la grfica velocidadvs tiempo para obtener la pendiente de una

regresin lineal.6. Obtenemos la aceleracin tangencial para

obtener la aceleracin angular.

V. Datos:

Parte a.

Tabla 1.Altura (h)

Tabla 2: Datos obtenidos de velocidad inicialIntento 1 2 3 4 5 6 7 8

Velocidad (m/s)

Distancia (m)

Parte b.


37/67

37


Tabla 3.

Masa

(g)

Aceleracin 1

(m/s2)

Aceleracin 2

(m/s2)

Aceleracin 3

(m/s2)

Aceleracin

promedio (m/s2)

20

50

100

200

500

Longitud del radio de giro: m

VI.

Procesamiento de DatosParte a.

Como usted puede verificar, los valores obtenidos de velocidad, no fue igual entodos los casos. Para esto determine los valores promedio, mximo y mnimopresionando la pestaa Analizar/Estadsticas y en la parte derecha del Labquest2aparecern los valores antelos en las tablas.

Tabla 4: Datos velocidades mximo, mnimo y promedio

Use estos tres valores para calcular las distancias en los tres casos, tomando comobase las ecuaciones (8) y (9) obtenemos la siguiente ecuacin para calcular lasdistancias:

Tabla 5: Distancias calculadas

Punto de impacto estimado m

Mnima distancia al punto de impacto m

Mxima distancia al punto de impacto m

Parte b.

magnitud Mnimo Mximo Promedio

Velocidad (m/s)


38/67

38


De la tabla 1 de las aceleraciones promedios, determine las aceleraciones angulares paracada caso. Anote estos resultados en la tabla 2.

Masa (g) Aceleracin angular (rad/s2)

20

50

100

200

500


Parte a.

Qued en su actual punto de impacto entre los valores mnimo y mximoestimados para el punto de impacto? Si fue as, su prediccin fue correcta. Si no fueas, a qu podra deberse?

Analice y discuta las posibles causas del error porcentual entre los valorescalculados de la distancia y sus valores medidos. Recuerde: el error porcentual nodebe ser mayor a 10%

Tom en consideracin la resistencia del aire en su prediccin? Si lo hizo, de qu

manera? Si no lo hizo, cmo puedo esta resistencia cambiar la distancia alcanzadapor la pelota?

Parte b.

Qu sucedera si el radio del crculo fuera mayor, que sucedera con la aceleracinangular?

Qu aplicaciones posee el estudio del movimiento circular uniforme? Qu aplicaciones posee el estudio del movimiento circular uniformemente

variado? De 3 ejemplos de movimiento circular que usted puede ver en la vida cotidiana


39/67

39


PRACTICA N 5

Leyes de Newton

I. Marco Terico

En la naturaleza todo movimiento se da gracias a fuerzas presentes en el entorno. En fsicaidentificamos una fuerza por el efecto que produce. Estas fuerzas estn compiladas yestudiadas a travs de las tres leyes de newton, que a continuacin describiremos:

1ra Ley de Newton:(Ley de Inercia). Todo cuerpo contina en un estado de reposo o de

movimiento rectilneo uniforme respecto de un sistema de referencia inercial a menos que

exista una fuerza que cambie dicho estado.Esta ley se comprime en el siguiente enunciado

matemtico:

2da Ley de Newton: (De Cantidad de Movimiento) La aceleracin de un cuerpo esdirectamente proporcional a la fuerza resultante que acta sobre el cuerpo e inversamente

proporcional a su masa.

3ra Ley de Newton:(Accin y Reaccin) Por cada fuerza que acta sobre un cuerpo, ste

realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo .

II.

Objetivos


Comprender el efecto de una fuerza sobre un cuerpo.

Verificar los conceptos de las tres Leyes de Newton realizadas en clase.


Comprobar experimentalmente la primera ley de Newton como la primera condicin

de equilibrio.

Determinar experimentalmente la relacin entre la aceleracin del carro y la fuerza

neta aplicada.

III.

Materiales y Equipos 01 Labquest2

02 Soporte universal


40/67

40


02 sensores de Fuerza

01 Regla de 100 cm ( ) 01 Barra de aluminio con agujeros

01 Varilla

01 Sistema Dinmico Vernier

03 masas de 100 g, 200 g y 500 g


01 polea


Parte a. Primera Ley de Newton

1. Utilizando la balanza digital determine la masa de la barra y con ayuda de la regla

milimtrica determine el centro de gravedad de la barra.2. Coloque una varilla sobre dos soportes universales para fijar los sensores de Fuerza

y suspender sobre ellos la barra de aluminio con agujeros. Esta barra debe estarnivelada con la superficie de la mesa de manera que los sensores y la barra formenun ngulo de 90.Cuidado:No olvide Calibrar el sensor de Fuerza, antes de tomarlos datos

3.

Presione play y tome 30 s de datos de Fuerza. Una vez obtenido los datos presioneAnalizar/Estadstica, escriba los valores promedios de las fuerzas en la tabla 1.

Parte b. Segunda Ley de Newton

1.

Ajuste una ultrapolea a un extremo del Sistema Dinmico Vernier. Nota:Asegrese de que el Modo del Labquest2 este en Polea de 10 radios/Bordeinterior.

2. Conecte el sensor Fotopuerta a la pista utilizando un soporte de manera que losrayos de la polea se interrumpen el haz como se muestra en la figura

3. Conecte el sensor de Fuerza a una masa que cuelga4. Conecte el sensor de fuerza y un sensor Fotopuerta a la interfaz; a continuacin,

presione play y comience la recoleccin de datos.


41/67

41


V. Datos

Parte a.

Tabla 1.N Fuerza sensor 1

(N)Fuerza sensor 2

(N)Peso de labarra (N)

Peso adicional(N)

1 023

Parte b.

Tabla 2.

Fuerza (N)Aceleracin 1

Aceleracin 2

Aceleracin 3

Aceleracin

VI.

Procesamiento de Datos.

Parte a.

Una vez obtenido los datos de fuerza se procede a comprobar la primera ley denewton; es decir, la suma de todas las fuerzas es igual a cero

Tabla 3.N Fuerza Resultante (N)123

Parte b.

Con los datos de Fuerza y aceleracin, obtener una grfica y realizar un ajuste lineal paratener el valor de la pendiente.

Tabla 4.Fuerza (N) Aceleracin


42/67

42


Pendiente kg


Parte a.

El resultado de la fuerza resultante es cero, si o no? explique su respuesta Cul es el valor del error porcentual? Si se agrega otra masa adicional seguir cumpliendo la primera ley de Newton.

Qu sucede con los valores de los sensores de Fuerza? Cules son las principales aplicaciones en la vida diaria de la primera ley de

Newton. Mencione 3 ejemplos.

Parte b.

Escriba la ecuacin que representa la relacin entre la fuerza que acta sobre elcarro y su aceleracin.


Cul es la dependencia entre la aceleracin y la fuerza? El valor de la pendiente Qu magnitud Fsica representa? Cules son sus unidades

en el SI? El error porcentual de la pendiente es:


43/67

43


PRACTICA N 6

Fuerzas de Rozamiento

I. Marco Terico

La fuerza de rozamiento es una fuerza que aparece cuando un cuerpo est en contacto conuna superficie. Es una fuerza importante para el estudio del movimiento de los cuerpos, enla vida cotidiana la necesitamos para caminar sobre la superficie y el movimiento de losautos.

La fuerza de rozamiento es paralela a la superficie y tiene una direccin opuesta almovimiento del cuerpo. En la naturaleza la fuerza se produce por la irregularidad en lassuperficies de contacto. La fuerza de rozamiento entre dos cuerpos no depende del tamaode la superficie de contacto entre los dos cuerpos, depende de la naturaleza de la superficiede contacto.

La fuerza de rozamientoentre dos cuerpos es proporcional a su Normal, es decir:

Donde es el coeficiente de rozamiento.Encontramos dos tipos de coeficiente de rozamiento: el coeficiente de rozamiento estticoy el coeficiente de rozamiento cintico .

La fuerza de rozamiento esttico se define:

La fuerza de rozamiento cintico se define

II. Objetivos

Objetivos Generales

Comprender el concepto de Fuerza de rozamiento


Determinar la relacin entre la fuerza de rozamiento y la normal.

Determinar los coeficientes de rozamiento esttico y cintico.



44/67

44


01 Labquest2

01 masa de distintos materiales

01 sensores de Fuerza

01 resorte

01 bloque con gancho


1. Mida la masa del bloque con la balanza analtica y registre en la tabla 12.

Arme el montaje como se muestra en la figura 1.3.

Sostener el sensor de la fuerza en la posicin, lista para jalar el bloque Presioneponer a cero en la pantalla del Labquest2 para calibrar el sensor de Fuerza.

4. Presione play para comenzar la recoleccin de los datos. Jale el bloque aumentandola fuerza gradualmente. Repita el proceso las veces que sea necesario para obtener

el grafico deseado5. En esta seccin usted medir la fuerza rozamiento esttico y la fuerza de rozamiento

cintico como una funcin de la fuerza normal sobre el bloque.

V. Datos

Tabla 1: Masa del bloqueMasa del Bloque kg

Tabla 2: Datos de la friccin esttica mxima

MasaTotal (kg)

FuerzaNormal

(N)

Fuerza de rozamiento esttica (N) Promedio delrozamientoesttico (N)

Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3

Tabla 02: Datos de la friccin cintica a velocidad constante


45/67

45


Masa Total(kg)

FuerzaNormal

(N)

Fuerza de rozamiento cintico Promedio delrozamientocintico (N)

Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3

VI.

Procesamiento de datos

Una vez obtenido el valor de la Fuerza normal y el valor promedio de la fuerza derozamiento cintico. Trazar la grfica con estos valores y linealizar para obtener laecuacin y as el valor de la pendiente (coeficiente de rozamiento esttico).

Pendiente De manera similar encuentre el coeficiente de rozamiento cintico.Pendiente

VII. Anlisis y Discusin de Resultados.

Escriba el coeficiente de correlacin para verificar el modelo estadstico. Estecoeficiente debe ser mayor al 65 % para validarlo.

Realice una bsqueda y encuentre los coeficientes de rozamiento esttico y cinticoy comprelos con sus resultados y as obtener sus respectivos errores porcentuales.

Usando el grafico Fuerza vs tiempo, compare ambas fuerzas necesarias paramantener el bloque y movimiento y la fuerza necesaria para moverlo del estado dereposo.

Analizando los resultados: El coeficiente de rozamiento cintico depende de lavelocidad?

La fuerza de rozamiento cintico depende del peso del bloque? Explicar El coeficiente de rozamiento cintico depende del peso del bloque?


46/67

46


PRACTICA N 7

Trabajo y Energa

I. Marco Terico

Los conceptos de Trabajo y Energa se fundamentan de las leyes de Newton. Para realizarel trabajo sobre un objeto, es necesario aplicar una fuerza en la direccin del movimiento oen contra. El trabajo se define como el producto escalar del vector Fuerza por el vectordesplazamiento y se calcula:

Donde Fes una fuerza constante y ses el desplazamiento del objeto.

En la naturaleza no solo se encontraran fuerzas constantes, para ello debemos calcular eltrabajo para una fuerza variable mediante:

Si esa fuerza variable est dada por un resorte, el valor de la fuerza se define como .Entonces el valor de trabajo del resorte usando la ecuacin (2) es:

La Energa Potencial gravitator ia es la energa asociada a la posicin del objeto con

respecto a un sistema de referencia. Lo dicho sugiere que hay energa potencial asociada alpeso de un cuerpo y a su altura sobre el suelo.

El teorema de conservacin TrabajoEnerga potencial relaciona el trabajo con la energapotencial.

II. Objetivos

Objetivos Generales

Reforzar los conocimientos adquiridos en clase sobre Trabajo y Energa

Comprender los conceptos Trabajo y Energa.

Comprender la diferencia entre energa cintica, potencial y elstica.



47/67

47


Determine el trabajo hecho sobre un objeto usando una grfica de fuerza vsposicin.

Calcular la constante del resorte usando el concepto de Trabajo.

Comparar el trabajo hecho sobre un objeto con el Labquest2 y el clculo

obtenido.


01 Labquest2

01 sensor de movimiento

01 sensor de fuerza

01 riel del sistema dinamico

02 masas de 200 g y 500 g

01 resorte

04 Balanzas digitales (

y

)

IV.

Procedimiento

Parte a. Trabajo para una fuerza constante

1.

En esta parte usted medir el trabajo necesario para levantar unobjeto en lnea recta a velocidad constante. El trabajo se puedecalcular usando el desplazamiento y la fuerza promedio, ytambin encontrando el rea bajo la curva en la grfica fuerza vsposicin.

2. Arme el esquema que se muestra en la figura 1., conecte el

sensor de movimiento al Labquest2. Configure la escala a 10 N.3. Cuelgue una masa de 200 g del sensor de fuerza.4.

Eleve el sensor de fuerza y la masa aprox. a 0.5 m sobre elsensor de movimiento. Presione play para comenzar la coleccinde datos.

5.

Examine la grfica posicin vs tiempo y fuerza vs tiempo. Identifique cuando elpeso comenz a moverse hacia arriba a una velocidad constante, as como, cuandoel peso paro de moverse hacia arriba. Determine la fuerza promedio ejercidamientras que usted levantaba la masa. Haga esto seleccionando la porcin de lagrfica fuerza vs tiempo que corresponde al tiempo que usted levantaba, presione enla pestaa analizar/estadsticas, para calcular la fuerza media. Registre en la tabla 2.

6. En la grfica fuerza vs posicin seleccione la regin que corresponde al movimientoascendente del peso. Presione en la pestaa Analizar/Integracin para determinarel rea bajo curva. Registre en la tabla 2.

7. Repita el procedimiento para la masa de 500 g.

Parte b. Trabajo para una fuerza variable


48/67

48


En la parte b usted medir el trabajo necesario para estirar un resorte. A diferencia de

la fuerza que se necesit para levantar una masa, la fuerza hecha en estirar un resorte

no es una constante. El trabajo an se calcula usando el rea bajo la grfica de fuerza

vs posicin.

1.

Arme el esquema que se muestra en la figura 2., conecte el sensor de movimiento alLabquest2. Configure la escala a 10 N.

2.

El experimento empieza con el resorte en un estado de equilibrio. Sostenga elextremo del sensor de Fuerza que esel ms cercano al sensor demovimiento, este medir la distanciadel sensor de Fuerza a su mano.

3. Presione play para comenzar lacoleccin de datos. Dentro de loslmites del resorte, mueva el sensor

de la fuerza y estire lentamente el

resorte aprox. de 20 a 25 cm durante varios segundos. Todava sostenga el

sensor hasta que la coleccin de datos se detenga.4. Examine las grficas de posicin vs tiempoy fuerza vs tiempo. Identifique el

tiempo en que comenz a jalar en el resorte. Registre este tiempo de salida, el

tiempo en que par de jalar el resorte. y colquelo en la tabla 3. Presione en la

pestaa Analizar/Ajuste de Curva y seleccione el grfico fuerza vs posicin,

para determinar la pendiente que es la constante elstica del resorte, K Escriba

los valores en la tabla 4.

V.

Datos

Parte a.

Tabla 1:Tiempo (s) Posicin (m)

Comienzo del movimiento

Fin del movimiento

Tabla 2:Fuerza promedio (N)

Trabajo hecho (J)

Integral (J)

Parte b.

Tabla 3:Tiempo (s) Posicin (m)


49/67

49


Comienzo del movimiento

Fin del movimiento

Tabla 4:

Trabajo hecho (J)Integral

Constante del Resorte (K)


Parte a.

Obtenido La Fuerza Promedio y la distancia trasladada con el Labquest2encontrar el trabajo realizado con la frmula:

Parte b. Una vez obtenido el valor del trabajo mediante la integral usando la ecuacin

de trabajo para un resorte obtenemos el valor de la constante k dado por la

siguiente ecuacin:

VII.

Anlisis y Discusin de Resultados

Parte a.

Determine el error porcentual del trabajo obtenido mediante la ecuacin (6) y laintegral obtenida por el Labquest2

Cundo decimos que una fuerza es conservativa? Enuncie 2 ejemplos.

Slo las fuerzas conservativas realizan trabajo? si? no? Por qu?

Cul es el motivo que exista error con el valor obtenido tericamente y el

valor obtenido con el Labquest2?

Parte b.

Compare el resultado de la constante k del resorte con el valor que terico

dado por el docente.

Son conservativas las fuerzas de rozamiento, las fuerzas centrales y las

fuerzas constantes?


50/67

50


PRACTICA N 8

Trabajo y Energa cintica

I. Marco Terico

En la naturaleza todo movimiento se da gracias a fuerzas presentes en el entorno. En fsicaidentificamos una fuerza por el efecto que produce. Estas fuerzas al ejercerse sobre uncuerpo cambian el desplazamiento produciendo as un nuevo concepto conocido comotrabajo.

Los conceptos de Trabajo y Energa se fundamentan de las leyes de Newton. Para realizarel trabajo sobre un objeto, es necesario aplicar una fuerza en la direccin del movimiento oen contra. El trabajo se define como el producto escalar del vector Fuerza por el vectordesplazamiento y se calcula:

Donde Fes una fuerza constante y ses el desplazamiento del objeto.La Energa cintica es una cantidad escalar que depende de la masa y la velocidad delobjeto que se est estudiando, no de la direccin del movimiento de este. La Energa secalcula:

Existe una relacin que combina tanto el Trabajo y la Energa Cintica, conocida como elteorema de conservacin Trabajo - Energa Cintica:

II. Objetivos

Objetivos Generales

Comprender el Teorema de TrabajoEnerga cintica.


Calcular el trabajo realizado por el peso de un cuerpo en un plano inclinado.

Determinar el valor de la velocidad de un carro en 2 puntos distintos.

Demostrar experimentalmente el Teorema de TrabajoEnerga cintica.


01 Labquest2


51/67

51


02 soportes universales

02 sensor Fotopuerta

01 rejilla para carro

01 sistema dinmico vernier

04 Balanzas digitales (

y

)

IV. Procedimiento

1. Armar el montaje mostrado en la figura 01.

2. Coloque ambos sensores Fotopuerta en intervalos de 40 cm. Sostenga el carro con larejilla en la parte mxima del riel.

3. Presione play en el Labquest2 y suelte el carro para comenzar a recolectar los datos.4.

En el Labquest2, analice los datos obtenidos en cada sensor Fotopuerta obteniendo

la velocidad a partir de la grfica distancia vs tiempo. Llene la tabla 15. La velocidad en el punto 1 es la velocidad inicial con la que empieza el movimiento,

por lo tanto, la velocidad es cero.

V. Datos

Tabla 1.N 1 2 3 4 5 6 7 8

Velocidad en1.

Velocidad en2. Velocidad en3. Tabla 2. Velocidad promedio y masa del carro


52/67

52


Masa (kg)

Tabla 3. Distancias recorridas VI. Procesamiento de datos.

Una vez obtenido los valores promedio de la velocidad y la masa del carro se puedeobtener el valor de la Energa cintica con la siguiente ecuacin:

Realizar un diagrama de cuerpo libre sobre el carro y obtener la fuerza que realiza elmovimiento del carro.

Una vez obtenido la fuerza multiplicar por la distancia . Obteniendo el trabajo:


Calcular el error porcentual que se obtiene con los valores de Energa y Trabajo

Porque no se considera la altura del plano inclinado para este trabajo?

Si la velocidad fuera constante a lo largo de todo el trayecto como se veraafectado este experimento?


53/67

53


PRACTICA N 9

Trabajo de Fuerzas no Conservativas

I. Marco Terico

La ley de conservacin de la energa mecnica establece que la energa mecnica total deun sistema permanece constante si las nicas fuerzas que realizan trabajo sobre el sistemason conservativas. Cuando una cantidad fsica no cambia, decimos que se conserva. Decirque la energa se conserva significa que la cantidad total de energa de un sistema naturalno cambia, no se puede crear ni destruir energa, slo se puede convertir de una forma aotra. Es una de las leyes fundamentales de la Fsica, deducida a partir de una de las leyesfundamentales de la mecnica, la segunda ley de Newton.

Si las fuerzas presentes en un sistema mecnico no son conservativas, como ocurre en lossistemas reales, la energa aparentemente no se conserva, porque se transforma en otro tipode energa. Por ejemplo, la fuerza de roce se dice que es disipativa porque disipa energa,

que se transforma en calor en la superficie de contacto entre los cuerpos. En efecto, sepuede aplicar el teorema del trabajo y la energa tomando en cuenta la existencia de lasfuerzas no conservativas. Si es el trabajo sobre una partcula de todas las fuerzas noconservativas y el trabajo de todas las fuerzas conservativas, entonces:

Adems, estn dadas por el trabajo realizado por las fuerzas gravitatorias donde , quedando la ecuacin como sigue:

Si reemplazamos por sus valores de cada uno delos trminos de energa, la ecuacin quedade la siguiente manera.

II. Objetivos

Objetivos Generales

Comprender el concepto de Fuerzas no conservativas


Encontrar trabajo de las fuerzas no conservativas en una rampa utilizando sensoresFotopuerta

III.

Materiales y Equipos 01 Labquest2

02 soportes universales


54/67

54


02 sensor Fotopuerta

04 Balanzas digitales ( y ) 01 rampa o tobogn

01 vernier

01 esfera de acero

01 regla IV. Procedimiento1. Armar el esquema que se muestra en la figura 1.

2. Mide con la regla las alturas por las que la esfera de acero pasara en dos puntosdistintos de la rampa o tobogn donde estarn conectadas los sensores Fotopuertaspara tomar las velocidades de la esfera.

3. Mida con el vernier el dimetro de la esfera y adems pese la masa en la balanza

digital4. Sostenga la esfera en la parte superior del tobogn y suelte al presionar play para

comenzar la toma de datos.5. Anote los valores de velocidad obtenidos del labquest2 en la tabla2

V.

Datos

Tabla 1 Tabla 2 promedio

VI. Procesamiento de datos Una vez obtenido la velocidad promedio en los dos puntos reemplazar estos datos en la

ecuacin y obtener el valor del Trabajo de fuerzas no conservativas


55/67

55


Tabla 3 Con el valor del obtenga el valor experimental del coeficiente de rotacin del equipo Tabla 4 Donde N es la fuerza normal y s es la distancia recorrida de la esfera

VII. Anlisis y discusin de resultados

A que fuerza se refiere el trabajo de la fuerza no conservativa que se est encontrando.

Podra calcular de otra forma el trabajo de una fuerza no conservativo s o no?fundamente su respuesta

Encuentre el error porcentual del coeficiente de rozamiento comparando este valor conlos obtenidos en tablas.

Por qu a una fuerza se le conoce como fuerza no conservativa? Fundamente


56/67

56


PRACTICA N 10

Centro de Gravedad

I. Marco Terico:

El centro de gravedad es el punto geomtrico ubicado dentro y fuera del cuerpo, por el cualla fuerza de gravedad acta sobre cada una de las partculas que forman el cuerpo. Adems,es considerado como el punto donde est concentrado el peso del cuerpo.

Para cuerpos superficialmente homogneos, es decir, densidad constante; el peso esdirectamente proporcional al rea, por lo que se puede calcular de la siguiente manera:

Donde Aes la rea de las figuras y xe yson las coordenadas de centroide de cada figura.

II. Objetivos

Objetivos Generales

Reforzar los conceptosde centro de gravedad y centroide


Encontrar experimentalmente la ubicacin del centroide de cuerpos de geometra

compuestas

Encontrar tericamente la ubicacin del centroide de cuerpos de geometra

compuestas


02 recortes de figuras geomtricas compuestas

02 papeles milimetrados

01 alfiler

30 cm de hilo

01 masa mayor o igual a 5g.

IV. Procedimiento

1. En una cartulina se dibuja y se cortan las imgenes que se muestran en la gua deLaboratorio


57/67

57


Caso A

Caso B


58/67

58


2. Con ayuda de un hilo atamos a uno de sus extremos un alfiler y en el otro unapequea pesa para luego incrustar en algunas esquinas de las figuras.

3. Tomando el alfiler, dejamos en suspensin la figura y la pesa, procediendo a marcarcon un lpiz el lugar por donde pasa el hilo sobre la figura en suspensin (ver figura1).

4.

Realizamos el paso anterior usando otra esquina de la pieza (ver figura 2) y ambaslneas se intersecan en un punto el cual ser la ubicacin del centro de gravedad.

5. Despus de haber realizado todo el procedimiento en las dos figuras, procederemosa hallar la ubicacin del centro de gravedad, para lo cual usaremos un eje X(horizontal)y un eje Y (vertical)

V. Datos

Tabla 1. Centro de gravedad experimentalmente

Coordenadas

XC(mm) YC(mm)

Caso A

Caso B


Obtener el valor del centro de gravedad tericamente usando las formulas dadas enel marco terico.

Tabla 2. Centro de gravedad terico

Coordenadas

XC(mm) YC(mm)

Caso A

Caso B


59/67

59



Encontrar el valor del error porcentual para las coordenadas y con los valorestericos y experimentales obtenidos.

Qu aplicaciones del centro de gravedad encuentra en la vida diaria?

El centro de gravedad y el centro de masa es lo mismo? Explicar El centro de gravedad de un objeto se puede encontrar fuera del objeto? Justifique

su respuesta


60/67

60


PRACTICA N 11

Momento de Inercia

I. Marco Terico:

El momento de inerciaes una unidad de medida de la inercia rotacional de un cuerpo, msconcretamente el momento de inercia es una magnitud escalar que refleja la distribucin demasas de un cuerpo o un sistema de partculas en rotacin, respecto al eje de giro. Elmomento de inercia slo depende de la geometra del cuerpo y de la posicin del eje degiro; pero no depende de las fuerzas que intervienen en el movimiento.

La ecuacin de momento de inercia, para una masa puntual y un eje arbitrario, el momentode inercia es:

Donde mes la masa del punto yres la distancia al eje de rotacin.Dado un sistema de partculas y un eje arbitrario, se define como la suma de los productosde las masas de las partculas por el cuadrado de la distancia r de cada partcula a dicho eje.Matemticamente se expresa como:

Para un cuerpo de masa continua, se generaliza como:

Existe una relacin entre el momento externo aplicado y el momento de inercia del cuerpo

Donde es el momento aplicado al cuerpo, es el momento de inercia del cuerpo conrespecto al eje de rotacin y es la aceleracin angular.La energa cintica de un cuerpo en rotacin con velocidad angular

es

La rueda de maxwellconsta de un anillo volante de radios y que gira sobre un ejede radio rubicado en su centro de masa.


61/67

61


Si, partiendo del reposo, la rueda de masa my momento de inercia I, rueda sobre su ejedescendiendo por un par de rieles inclinados y recorre una distancia d, mientras desciendeuna altura h, la energa potencial inicial mgh, se transformar en energa cintica detraslacin, (siendo vla velocidad final) y la energa cintica de rotacin (siendo

la velocidad angular final).

Por el principio de conservacin de la energa y despreciando las prdidas debido a lafriccin entre ejes y pistas, se tiene:

Como el radio del eje es r, se tiene . La velocidad media del descenso de v/2, demodo que, si t es el tiempo de recorrido, , nos permite escribir.

{ } II.

Objetivos:

Objetivos Generales

Comprobar experimentalmente el momento de Inercia.


Determinar el momento de Inercia de la rueda de maxwell, utilizando unplano inclinado

III.

Materiales y Equipos Rueda de Maxwell

04 Balanzas digitales ( y ) Regla

Labquest2

Sensor de movimiento

Dos rieles y soportes


62/67

62


IV. Procedimiento

1. Arme el equipo mostrado en la figura1

2. Conecte el sensor de movimiento al Labquest2 y colquelo en la parte

inferior. Presione play y suelte la rueda de maxwell desde la parte superior.3. Tome los datos de tiempo cada 5 cm desde la parte superior verificando esto

desde la tabla de datos.4. Anote los datos obtenidos de la tabla de datos a la tabla 1.

V.

Datos

Tabla 1.

N Distancia (m) Tiempo (s)

1

2

3

4

5

6

7

8

Tabla 2.

Masa (kg)

Radio (m)

VI. Procesamiento de Datos

Los datos de la tabla 1 se colocan en el programa Excel y se proceder alinealizar obteniendo la ecuacin.

Ecuacin de la recta


63/67

63


Obtenido el valor de la pendiente, encuentra el valor del momento de Inerciacon la siguiente ecuacin:

VII.

Anlisis y Discusin de Resultados Determine el coeficiente de correlacin para verificar el modelo

estadstico. Este coeficiente debe ser mayor al 65 % para validarlo.

Encontrar el error porcentual del experimento.

Explique mediante ejemplos el teorema de ejes paralelos (Teorema deSteiner)

Mencione 5 aplicaciones del momento de Inercia en la rea de Ingeniera


64/67

64


PRACTICA N 12

Momento de Inercia y Energa Rotacional

I. Marco Terico

El momento de inerciaes una unidad de medida de la inercia rotacional de un cuerpo, msconcretamente el momento de inercia es una magnitud escalar que refleja la distribucin demasas de un cuerpo o un sistema de partculas en rotacin, respecto al eje de giro. Elmomento de inercia slo depende de la geometra del cuerpo y de la posicin del eje degiro; pero no depende de las fuerzas que intervienen en el movimiento.

La ecuacin de momento de inercia, para una masa puntual y un eje arbitrario, el momentode inercia es:

Donde mes la masa del punto yres la distancia al eje de rotacin.

Dado un sistema de partculas y un eje arbitrario, se define como la suma de los productosde las masas de las partculas por el cuadrado de la distancia r de cada partcula a dicho eje.Matemticamente se expresa como:

Para un cuerpo de masa continua, se generaliza como:

Existe una relacin entre el momento externo aplicado y el momento de inercia del cuerpo

Donde es el momento aplicado al cuerpo, es el momento de inercia del cuerpo conrespecto al eje de rotacin y es la aceleracin angular.La energa cintica de un cuerpo en rotacin con velocidad angular es El teorema de Steiner establece que el momento de inercia con respecto a cualquier ejeparalelo a un eje que pasa por el centro de masa, es igual al momento de inercia con


65/67

65


respecto al eje que pasa por el centro de masa mas el producto de la masa por el cuadradode la distancia de los dos ejes:

Donde es el momento de inercia respecto al eje que no pasa por el centro de masa; es el momento de inercia para un eje paralelo al anterior que pasa por el centro de masa; Mes la masa total y h es la distancia entre los ejes

II. Objetivos

Objetivos Generales

Comprender los conceptos de momento de inercia de diferentes cuerpos yconfiguraciones de cuerpos.

Comprender los conceptos de momento de inercia y verificar el teorema de ejesparalelos.


Analizar un sistema mecnico a partir de las leyes de la dinmica de traslacin yrotacin empleando el principio de conservacin de la energa.

III. Materiales y equipos

01 Aparato de Fuerza centrpeta

08 Masas de 50 g, 100 g, 200 g y 500 g. 01 Vernier

01 Labquest2


01 Polea


1. Arme el sistema de la figura que por accin de la tensin de la cuerda sobre el tambor

de radio .2. Con el vernier mida el radio del tambor del aparato de fuerza centrpeta.3. Pese cada una de las masas con sus respectivas incertidumbres

Parte a. Momento de Inercia del Aparato de Fuerza centrpeta:


66/67

66


4. Sin colocar todava ninguna de las masassobre el aparato de fuerza centrpeta cuelguede la cuerda una masa m lo suficientemente

grande como para producir una aceleracin (sesugiere una masa de 100 g).

5.

Suelte la masa desde una altura h

previamente escogida y mida la aceleracincon ayuda de la interface Labquest2

6. Repita esta medida de tiempo para la mismaaltura h (y la misma masa) por lo menos tres

veces. Consigne sus resultados en la tabla 1.

V.

Datos

Tabla 1

Masa (kg) Peso (N)

Radio del CFA (m)


De la ecuacin del torque despejamos la aceleracin en funcin de la fuerza.

Con los valores de peso y aceleracin promedio obtener la curva peso vs aceleracin y la

ecuacin que describe la curva.


67/67

Ecuacin de la recta

Con el valor de la pendiente calcular el momento de Inercia del aparato de fuerzacentrpeta.



Calcule el error porcentual de cada uno de los momentos de inercia obtenidosexperimentalmente respecto a cada uno de los valores convencionalmente verdaderosdeterminados.

Se podra calcular el momento de Inercia de un objeto colocado en uno de los extremosdel aparato de fuerza centrpeta

Defina con sus propias palabras que es el momento de inercia

Guia de Laboratorio - Fisica General 1 (1) (1)

Documents

Transcript of Guia de Laboratorio - Fisica General 1 (1) (1)