Informe de Laboratorio Fisica

INFORME LABORATORIO M.R.U. Y M.R.U.V.

FISICA I (MECANICA)

PRESENTADO POR: CAMILO JARAMILLO

201221268 EDMAN CORTES

201321116 JHON MEDINA

201320507

PRESENTADO A: MAG. PAOLA FONSEA

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD SECCIONAL SOGAMOSO

INGENIERA INDUSTRIAL SOGAMOSO

2014

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Universidad Pedaggica y Tecnolgica de Colombia

Ingeniera Industrial Seccional Sogamoso

OBJETIVOS Objetivo General

Aplicar los conocimientos tericos acerca del M.R.U (movimiento rectilneo

uniforme) y el M.R.U.V (movimiento rectilneo uniformemente variado)

mediante la experimentacin.

Objetivos Especficos

Comprender el uso de los implementos utilizados en el laboratorio con el fin

de poder reconocer su funcin dentro de la prctica.

Analizar el comportamiento de un cuerpo con M.R.U para el clculo de las

variables tales como el desplazamiento, tiempo y velocidad.

Examinar el comportamiento de un cuerpo con M.R.U.V para el clculo de

las variables tales como el desplazamiento, tiempo, velocidad y aceleracin.

Calcular varias mediciones del tiempo para el comportamiento de M.R.U y M.R.U.V y as promediarlos para obtener resultados ms precisos.

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MARCO TEORICO Marco Referencial

Los primeros en intentar describir el movimiento fueron los astrnomos y los

filsofos griegos. Hacia 1605, Galileo Galilei hizo sus famosos estudios del

movimiento de cada libre y de esferas en planos inclinados a fin de comprender

aspectos del movimiento relevantes en su tiempo, como el movimiento de los

planetas y de las balas de can. Posteriormente, el estudio de la cicloide

realizado por Evangelista Torricelli (1608-1647) fue configurando lo que se

conocera como geometra del movimiento.

Luego las aportaciones de Nicols Coprnico, Tycho Brahe y Johannes

Kepler expandieron los horizontes en la descripcin del movimiento durante el

siglo XVI. En el 1687, con la publicacin de la obra titulada Principia, Isaac

Newton hizo la mayor aportacin conocida al estudio sistemtico del movimiento.

Isaac Newton (1642 - 1727) fue un fsico y matemtico ingls, considerado una de

las mentes ms brillantes en la historia de la ciencia. Entre otros numerosos

aportes, estableci las tres leyes del movimiento que llevan su nombre,

contribuyendo as al campo de la dinmica, y tambin postul la Ley de gravitacin

universal.

El nacimiento de la cinemtica moderna tiene lugar con la alocucin de Pierre

Varignon el 20 de enero de 1700 ante la Academia Real de las Ciencias de Pars.

Fue all cuando defini la nocin de aceleracin y mostr cmo es posible

deducirla de la velocidad instantnea utilizando un simple procedimiento

de clculo diferencial.

En la segunda mitad del siglo XVIII se produjeron ms contribuciones por Jean Le

Rond d'Alembert, Leonhard Euler y Andr-Marie Ampre y continuaron con el

enunciado de la ley fundamental del centro instantneo de rotacin en el

movimiento plano, de Daniel Bernoulli (1700-1782).

El vocablo cinemtica fue creado por Andr-Marie Ampre (1775-1836), quien

delimit el contenido de esta disciplina y aclar su posicin dentro del campo de la

mecnica. Desde entonces y hasta la actualidad la cinemtica ha continuado su

desarrollo hasta adquirir una estructura propia.

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Con la teora de la relatividad especial de Albert Einstein en 1905 se inici una

nueva etapa, la cinemtica relativista, donde el tiempo y el espacio no son

absolutos, y s lo es la velocidad de la luz.

Marco Conceptual Fsica: Rama de la filosofa natural que estudia las propiedades bsicas del universo y por tanto est regida por los inalterables principios que la naturaleza impone. Mecnica: Es la rama de la fsica que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolucin en el tiempo, bajo la accin de fuerzas. Movimiento (en mecnica): Es un cambio de la posicin de un cuerpo a lo largo del tiempo respecto de un sistema de referencia. M.R.U: Es un movimiento cuya trayectoria es recta y su velocidad es constante M.R.U.V: Es un movimiento cuya trayectoria es recta y su aceleracin es constante. Materia: Es todo aquello que tiene localizacin espacial, posee una cierta cantidad de energa, y est sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida. Masa: Es una propiedad inherente de la materia en virtud de la cual los cuerpos se atraen entre si independientemente del medio en que se encuentren. Velocidad: Es una magnitud fsica de carcter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. Distancia: Es una magnitud escalar, que se expresa en unidades de longitud. Tiempo: Es una magnitud fsica con la que medimos la duracin o separacin de acontecimientos, sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observacin; esto es, el perodo que transcurre entre el estado del sistema cuando ste presentaba un estado X y el instante en el que X registra una variacin perceptible para un observador (o aparato de medida).

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Aceleracin: Es una magnitud vectorial que nos indica el cambio de velocidad por unidad de tiempo. Rapidez: Es la relacin entre la distancia recorrida y el tiempo empleado en completarla. Desplazamiento: Es el vector que define la posicin de un punto o partcula en relacin a un origen A con respecto a una posicin B. MONTAJE EXPERIMENTAL

Materiales

1 riel de 120 cm. 1 cronometro digital multifuncin con fuente de CC de 12V. 2 sensores fotoelctricos con soporte de fijacin (s1 y s2) 1 electroimn con bornes y varilla.

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1 fijador de electroimn con perilla de ajuste. 1 interruptor de encendido. 1 tope de carrera con roldana ranura. 1 porta pesas de 19g. 1 pesa de 10g con agujero central de 2,5 mm de dimetro. 2 pesas de 20 g con agujero central de 2,5 mm de dimetro. 1 cable de conexin combinado. 1 unidad de flujo de aire. 1 cable de alimentacin tripolar de 1,5 m. 1 manguera aspiradora de 1,5 pulgadas. 1 clavija para carrito para fijarla al electroimn. 1 carrito para riel de color negro. 1 clavija para carrito para interrupcin de sensor. 3 tuercas mariposa. 7 arandelas lisas. 4 perillas de ajuste con tornillo de latn de 13 mm. 1 clavija para carrito con gancho.

Procedimientos para analizar el M.R.U

1. Monte el equipo de acuerdo con el esquema de conexin.

2. Para completar el montaje del equipo, debemos dar al riel una inclinacin de nuevo que se compense la friccin. Cuando el carrito pase por el primer sensor (s1), el cronometro se adiciona y al pasar por el otro sensor (s2) el intervalo de tiempo queda registrado en el cronometro. Se debe retirar (caer al piso) el porta pesas colocado al extremo del hilo (29g=soporte + 1 pesa de 20g) antes de que el carrito pase por s1.

3. Coloque el electroimn en el extremo del riel y realice un ajuste para que la

distancia entre el carrito y el s1 sea igual 0,35m.

4. Posicione el sensor 1 que acciona el cronometro en la posicin Xo=0,35m (posicin inicial) y conecte el cable al termina s1 del cronometro. La medida 0,35 m queda comprendida entre la mitad del sensor y el centro del carrito (mantener constante esta medida).

5. Posicione el sensor 2 que define el cronometro en la posicin x=0,45 m (posicin final) y conecte el cable al terminar s2 del cronometro.

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6. Preste atencin en la fijacin de valores con el porta pesas para el desplazamiento acelerado no se modifique, ya que el hilo puede enrollarse en el porta pesas, modificando el M.R.U. durante los experimentos.

7. La distancia entre los sensores representa el desplazamiento del carrito delta x.

8. Coloque el tope final de carrera con la roldana ranurada en el otro extremo del riel.

9. Conecte el electroimn a la fuente de tensin variable dejando en serie el

interruptor de encendido (como se muestra en el esquema)

10. Fije el carrito al electroimn y ajuste la tensin aplicada al electroimn para que el carrito no quede muy fijo. Coloque el porta pesas en el extremo del hijo (29g=soporte + 1 pesa de 20g).

11. Desconecte el electroimn liberando el carrito y anote en la tabla de tiempo indicada por el cronometro.

12. Repita los pasos registrando tres valores de tiempo para el mismo desplazamiento. Regstrelos en la tabla y calcule el tiempo promedio.

13. Calcule la velocidad desarrollada por el carrito al recorrer la distancia entre los sensores s1 y s2.

14. Reposicione el sensor s2 aumentando la distancia entre los dos sensores en 0,1 m (posicin final x=0,55 m) y complete la siguiente tabla, repitiendo para cada medicin los procedimientos anteriores.

15. Calcule la velocidad desarrollada por el carrito al recorrer la distancia entre

s1 y s2.

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16. Repita los procedimientos anteriores con las distancias x indicadas en la tabla 1 y compltela.

TABLA 1

Masa N Xo(m) X(m) t1(s) t2(s) t3(s) tm(s) Vm(m/s) 29g 01 0,35 0,45 0,1 0,272 0,268 0,258 0,266 0,38

02 0,35 0,55 0,2 0,551 0,531 0,532 0,538 0,37

03 0,35 0,65 0,3 0,738 0,745 0,741 0,741 0,40

04 0,35 0,75 0,4 0,978 0,981 0,981 0,980 0,41

05 0,35 0,85 0,5 1,214 1,207 1,220 1,214 0,41

0,394

La velocidad promedio es: 0,394 m/s

17. Aumente la masa en el extremo del hilo a 49g (soporte 9g + 2 pesas de 20 g), repita los procedimientos y complete la siguiente tabla:

TABLA 2

Masa N Xo(m) X(m) t1(s) t2(s) t3(s) tm(s) Vm(m/s) 39g 01 0,35 0,45 0,1 0,222 0,225 0,226 0,224 0,44

02 0,35 0,55 0,2 0,457 0438 0,443 0,442 0,45

03 0,35 0,65 0,3 0,656 0,654 0,645 0,652 0,46

04 0,35 0,75 0,4 0,808 0,872 0,859 0,846 0,47

05 0,35 0,85 0,5 1,017 0,997 1,017 1,010 0,49

0,46

La velocidad promedio es: 0,46 m/s

18. Considerando la tolerancia al error admitida (5%), es posible afirmar que la velocidad permaneci constante?

Admitiendo el error del 5% en los diferentes valores de la velocidad podemos llegar a concluir que la velocidad se mantuvo constante.

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19. Construya un grfico x=f(t) (posicin final versus intervalo de tiempo) usando los datos del experimento de la Tabla 1. Cul es su forma?

La forma de este grafico es una relacin lineal.

20. El grafico muestra que las magnitudes desplazamiento e intervalo de tiempo son: directamente proporcionales. (directamente proporcionales inversamente proporcionales).

21. Determine los coeficientes angular y lineal del grafico x=f(t).

Coeficiente angular A = 0,4271 Coeficiente lineal B = 0,3306

22. Al comparar el coeficiente lineal del grafico x=f(t) con el valor de la posicin inicial (Xo), considerando que la tolerancia al error admitida es del 5%, se concluye que son : iguales porque Xo en grafica x=f(t) => 0,35m y coeficiente lineal es = 0,3306 (Iguales/diferentes).

y= 0,4271x + 0,3306 R = 0,9985

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 0,5 1 1,5

Series1

Lineal (Series1)

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23. Cul es el significado fsico del coeficiente lineal del grafico x=f(t)? La funcin para el grafico de posicin vs tiempo:

El coeficiente lineal es el punto de corte con el eje y: -0,7719

24. Al comparar el coeficiente angular del grafico x=f(t) con el valor de la velocidad promedio (Xo), considerando que la tolerancia al error admitida es del 5% , se concluye que son : iguales porque coeficiente angular= 0,4271 y velocidad promedio = 0,39 m (iguales/diferentes)

25. Cul es el significado fsico del coeficiente angular del grafico x=f(t)? En balstica, se entiende por coeficiente angular la medida para el ngulo con que se lanza un cuerpo. En geometra y trigonometra, el coeficiente angular es la relacin abscisa/ordenada, en nuestro caso posicin/tiempo.

26. Obtenga la ecuacin horaria del movimiento del carrito.

X = 0,35m + 0,421m/s(t)

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27. Construya un grfico de v=f(t). Cul es su forma?

La forma de la grfica v=f(t) representa una curva.

28. Cul es el significado fsico del rea debajo del grafico v=f(t)?

El rea bajo la curva significa el desplazamiento que realizo el cuerpo en un lapso de tiempo.

29. En vista de los resultados obtenidos, Cmo clasificara el movimiento del carrito entre los dos sensores?

Evaluando los valores obtenidos en cada uno de los puntos anteriores, haciendo uso de los conocimientos tericos, aplicando el concepto de que la velocidad es directamente proporcional al espacio e inversamente proporcional al tiempo y encontrando que el movimiento de los mviles se enmarca dentro de una trayectoria con la velocidad constante y la aceleracin nula, se puede describir el M.R.U. Procedimientos para analizar el M.R.U.A.

1. Monte el equipo como se muestra en la imagen.

2. Comparando el montaje del equipo para M.R.U. con el montaje para M.R.U.V, el accionamiento del cronometro se produce a travs del interruptor de encendido. Cuando se apaga el interruptor, se libera el carrito y se acciona el cronometro. En el cronometro elija la funcin F2

0,3650,37

0,3750,38

0,3850,39

0,3950,4

0,4050,41

0,415

0 0,5 1 1,5

Series1

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3. Conecte el interruptor de encendido al cronometro con un cable apropiado.

4. Coloque una pesa de 39 g en el extremo del hilo (39g=soporte 9g + 1 pesa de 10g + 1 pesa de 20g). El hilo debe tener una longitud suficiente para que el porta pesas no toque el piso al final del desplazamiento estudiado.

5. Ajuste el electroimn para que el carrito tenga como Xo=0,35 m.

6. Posicione el sensor 2 hasta obtener un x = 0,1 m .Este desplazamiento debe medirse entre la clavija central del carrito y el centro s2 (Stop).

7. Conecte el electroimn a la fuente de tensin variable dejando en serie el

interruptor de encendido.

8. Fije el carrito al electroimn, ajuste la tensin aplicada al electroimn para que el carrito no quede muy fijo y ponga el cronometro en 0.

9. Apague el electroimn liberando el carrito y anote en la tabla el intervalo del tiempo indicado en el cronometro.

10. Repita los pasos tomando tres valores de tiempo para el mismo desplazamiento, antelos en la tabla y calcule el tiempo promedio.

11. Encuentre la posicin inicial y la velocidad inicial del carrito.

12. Calcule la aceleracin.

13. Calcule la velocidad final para el desplazamiento de 0,1 m.

14. Reposicione el sensor 2 hasta obtener un x = 0,2 m . Complete la tabla a

continuacin. Repita los procedimientos anteriores para realizar cada medicin.

N Xo (m)

X(m) t1(s) t2(s) t3(s) tm(s) tm^2(s^2) a(m/s^2) Vo (m/s)

V(m/s)

01 0,350

0,35 0,1 0,367 0,362 0,362 0,364 0,132 0,76 0 0,27

02 0,45 0,2 0,530 0,528 0,525 0,528 0,278 0,72 0 0,38

03 0,55 0,3 0,640 0,637 0,645 0,641 0,410 0,73 0 0,47

04 0,65 0,4 0,746 0,737 0,743 0,742 0,550 0,73 0 0,54

05 0,75 0,5 0,836 0,829 0,835 0,833 0,694 0,72 0 0,60

06 0,85 0,6 0,911 0,909 0,912 0,910 0,829 0,72 0 0,66

Pgina 13



0,73

La aceleracin promedio es de: 0,73 m/s^2

15. Considerando la tolerancia al error admitida del (5%), es posible afirmar

que la aceleracin constante? Se puede entender que al admitir el error del 5%, la aceleracin permanece constante.

16. Construya un grfico x = f(t) (posicin final versus intervalo de tiempo) usando los datos del experimento cul es su forma?

17. Linealice el grafico x=f(t) , que se convierte en x=f(t^2).

y = 0,903x - 0,0032 R = 0,9794

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Series1

Lineal (Series1)

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18. El grafico del elemento anterior demuestra que el experimento es directamente (directamente/inversamente) proporcional al cuadrado( del / de la) de la aceleracin (aceleracin/ intervalo de tiempo/velocidad)

19. Determine los coeficientes lineal y angular del grafico x=f(t^2) Coeficiente angular A = 0,7181 Coeficiente lineal B = 0,2537

20. Compare el coeficiente lineal del x=f(t^2) con el valor de la posicin inicial.

Cul es el significado fsico del coeficiente lineal?

La funcin para el grafico de posicin vs (tiempo)^2:

El coeficiente lineal es el punto de corte con el eje y: 0,2537 La posicin inicial es en: 0,35

21. Compare el coeficiente angular del grafico x=f(t^2) con el valor de la aceleracin promedio de la tabla. Cul es el significado fsico del coeficiente angular?

El coeficiente angular es: 0,7181 La aceleracin promedio es de: 0,73

y = 0,7181x + 0,2537 R = 0,9999

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Series1

Lineal (Series1)

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En balstica, se entiende por coeficiente angular la medida para el ngulo con que se lanza un cuerpo. En geometra y trigonometra, el coeficiente angular es la relacin abscisa/ordenada, en nuestro caso posicin/(tiempo)^2.

22. Obtenga la ecuacin horaria del movimiento del carrito.

23. Construya el grafico de V=f(t) (velocidad en funcin del intervalo de tiempo). Cul es su forma?

24. Determine los coeficientes angular y lineal del grafico anterior.

Coeficiente angular A = 0,7042 Coeficiente Lineal B =0,0163

y = 0,7042x + 0,0163 R = 0,999

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Series1

Lineal (Series1)

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25. Compare el valor del coeficiente angular con el valor de la aceleracin promedio en la tabla. Cul es el significado fsico del coeficiente angular?

El coeficiente angular es: 0,7042 La aceleracin promedio es = 0,73 En balstica, se entiende por coeficiente angular la medida para el ngulo con que se lanza un cuerpo. En geometra y trigonometra, el coeficiente angular es la relacin abscisa/ordenada, en nuestro caso velocidad/tiempo

26. Obtenga la ecuacin velocidad del movimiento del carrito.

27. Cul es el significado fsico del rea debajo del grafico v=f(t)?

El rea bajo la curva significa el desplazamiento que realizo el cuerpo en un lapso de tiempo.

28. Construya el grafico a=f(t). Qu forma presenta?

29. Qu representa el rea bajo este grafico? El rea bajo la curva significa la velocidad con la que se mova el cuerpo.

0,71

0,72

0,73

0,74

0,75

0,76

0,77

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Series1

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CONCLUSIONES

Mediante el desarrollo de esta prctica logramos estudiar ms a fondo los movimientos M.R.U y el M.R.U.V. analizando su comportamiento por medio de mediciones tomadas, con lo cual calculamos las relaciones entre tiempo, velocidad, aceleracin, espacio recorrido con el fin de entender las caractersticas especficas de cada uno de estos fenmenos fsicos. . Cuando desarrollamos la primer parte del experimento nos dimos cuenta que el cuerpo recorra (tomando en cuenta el error porcentual del 5%) espacios iguales en tiempos iguales, adems esto es corroborado por la grfica la cual detallamos que tiene una relacin lineal por lo cual establecimos que el cuerpo presentaba un M.R.U. En la segunda parte del experimento cuando dejamos que las pesas no se detuvieran en la mesa si no que continuaran hasta donde se detuviera por el largo del hilo, nos dimos cuenta analizando las relaciones de tiempo con la velocidad, esta aumentaba constantemente su velocidad, con lo cual descartamos el M.R.U, ahora con ayuda de la grfica y el resultado de los clculos (tomando en cuenta el error porcentual del 5%) dedujimos que esta vez el mismo mvil presentaba un M.R.U.V. Gracias al anterior experimento adems de las clases tericas hemos abierto nuestra mente a un sinfn de aplicaciones para estos fenmenos fsicos, ya que con ellos podemos comprender mejor el mundo que nos rodea en el lenguaje universal de las matemticas y la lgica.

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BIBLIOGRAFIA Ercilla Santiago , Burbano Enrique & Gracia Carlos (2003). Fsica General. Madrid. Editorial :Tebar 32 edicin. Franco Joaquin (2007). Enseando fsica y qumica con ideas quijotescas. Ministerio de Educacion. Sol 90 (2014) Encyclopaedia Britannica, Inc Costa J. M. (2005). Diccionario de qumica fsica. Barcelona: Ediciones UB. G. Loyarte Ramon. (1927). Fsica General. Facultad de ciencias fsico-matemtica puras y aplicadas: Volumen 1.

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