Laboratorio Fisica I

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICADE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA

NUCLEO ZULIA-EXTENSION MARACAIBO

CONTENIDO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO FISICA I

En las dos primeras semanas se realizará un estudio teórico de las unidades1 y

2, donde se explicará:- Las Magnitudes Físicas (definición de Magnitud,

Unidad, Medida y sus relaciones entre sí).

- Diferencias entre Magnitudes Fundamentales y Magnitudes Derivadas.

- Sistemas de Unidades (CGS, MKS, etc.), Unidades de Fuerza.

- Algebra Vectorial (definición de Magnitudes Escalares y Vectoriales).

- Representación Gráfica de una Magnitud Vectorial.

- Notación Vectorial, Determinación y Operaciones con Vectores.

- Expresión analítica de un vector.

- Producto Escalar o Producto Punto.

- Principales consecuencias de la definición del producto escalar.

- Propiedades, aplicaciones y expresión analítica del producto escalar.

- Producto Vectorial o Producto Cruz.

- Expresión Analítica, consecuencias y aplicaciones del Prod. Vectorial.

- Expresión Analítica, consecuencias y aplicaciones del Producto Mixto.

A partir de la tercera semana se realizaran las prácticas utilizando materiales y

equipos existentes en el Laboratorio. Debido al alto número de participantes

(estudiantes) cada sección será dividida en dos grupos, por lo tanto se

realizaran un total de siete prácticas. Dichas prácticas podrán tener dos (2) o

tres (3) experiencias, por ejemplo la primera práctica que se realizará en la

tercera semana, consta de tres (3) experiencias para evaluar la unidad tres (3),

donde la primera experiencia tratará del Movimiento Rectilíneo Uniforme

(M.R.U) la cual se realizará en las semanas tres (3) y cuatro (4) , en la segunda

y tercera experiencia se estudiará Caída Libre de los Cuerpos, las cuales se

realizaran en las semanas cinco (5) y seis (6) respectivamente.

PROFESOR: ING. JUAN PEREA.




1ª Práctica

Unidad 3

1ª Experiencia

1) Movimiento Rectilíneo Uniforme: se efectuará en la 3ª y 4ª Semana.

Objetivo: Calcular la velocidad final (Vf); el tiempo que tardó en recorrer la mitad de la

distancia total: la distancia recorrida en la mitad del tiempo total; su velocidad cuando

había recorrido la mitad de la distancia total; la velocidad al cabo de un tiempo igual a

la mitad del total.

Materiales y Equipos: - Carril Rectilíneo

- Cinta Métrica

- Cronómetro

Procedimiento: La experiencia se debe realizar dentro del laboratorio con el equipo

existente (Carril Rectilíneo) y con el apoyo de 3 alumnos, uno acondiciona la distancia

a recorrer el móvil, otro verifica mediante el cronometro el tiempo recorrido por el móvil

y el tercero enciende el equipo.

Montaje: El móvil se coloca en el punto A, partiendo del reposo y se mueve en línea

recta con una aceleración constante, se toma la distancia a recorrer por el móvil (Ej.:

d= 100cm) y se mide el tiempo que tarda en hacer el recorrido (Ej: t= 0,04s)

a) ¿Cuál será su velocidad final?

b) ¿Qué tiempo tardó en recorrer la mitad de la distancia total?

c) ¿Cuál fue la distancia recorrida en la mitad del tiempo total?

d) ¿Cuál era la velocidad cuando había recorrido la mitad de la distancia total?

e) ¿Cuál era la velocidad al cabo de un tiempo igual a la mitad del total?

f) Verificar y sacar conclusiones de las anteriores respuestas


A --------------- 100cm ------------------B




Solución

Datos: a= constante; d= 100cm; t= 0,04 seg.

Buscamos la aceleración: d= Vot + ½ at2 donde (Vo = 0) d= ½ at2; entonces: a=2d/t2

a) Vf= Vo + at = 0+ a.0.04

b) d/2= ½ at2 t´= √d/a

c) d´= ½ at2 d´= ½ a (t/2)2 , donde t=0.04 seg.

d) Vf= Vo + at´ Vf=0 + at´

e) Vf= 0 + a.t/2 Vf= 0 + a.t/2

2ª Experiencia

2-Caída Libre de los cuerpos: se efectuará en la 5ª y 6ª Semana conjuntamente

con la experiencia Nº 3

Objetivo: Calcular la velocidad inicial (Vo=?) ; La aceleración (a=) ;Velocidad Final

(Vf).

Materiales y Equipos: - Pelota

- Cinta Métrica

- Cronómetro

Procedimiento: La experiencia se realizará dentro del laboratorio con el apoyo de 4

alumnos mediante los siguientes pasos:

- Un alumno toma con la mano la pelota a cierta altura

del piso.

- Otro alumno mide la distancia desde el piso hasta la altura donde se encuentra la

pelota.

- Otro alumno con el cronometro mide el tiempo en el instante en que la pelota toca

el suelo.

- Un cuarto alumno toma los dados.


h=?

t=?




Solución

Con los datos recogidos como son: la altura (h) y el tiempo (t); se halla:

a) Vo= 0

b) a= 2h/t2 Nos apoyamos en la ecuación d= h= Vot + 1/2at2

c) Vf= Vo + at

d) Conclusiones

3ª Experiencia

3) Caída Libre de los cuerpos (Rebote)

Objetivo: Calcular el tiempo con que choca la pelota con el piso y compararlo con el

tiempo medido; la velocidad final con que choca la pelota con el piso; tiempo que

demora en alcanzar la altura (h) después de golpear el piso; velocidad con que sale

después de golpear el piso, la aceleración media durante el contacto.

Materiales y Equipos:

- Pelota

- Cinta Métrica

- 2 Cronómetros

Procedimiento: La experiencia es muy similar a la anterior, solamente se le

adicionarán los datos después del rebote mediante los siguientes pasos:

- Un alumno toma con la mano la pelota a cierta altura

del piso.

- Otro alumno mide la distancia desde el piso hasta la

altura donde se encuentra la pelota.

- Otro alumno mide con el cronometro el tiempo en el

instante en que la pelota toca el suelo.

- Otro alumno toma la altura del rebote.

- Y otro toma el tiempo que demora en alcanzar la

altura del rebote.

- Y por último se tomarán los datos recogidos.





Solución

Con los datos recogidos como son: la altura del golpe con el piso (H); el tiempo del

golpe (t1), la altura del rebote (h); el tiempo del rebote (t2).

a) Comparar el tiempo medido con el tiempo calculado mediante las siguientes

fórmulas:

H= 1/2gt12 t1´= √2H/g

b) Vf1= Vo + gt1 Vo =0 Vf1= gt1

c) h=1/2 gt22 t2= √2h/g

d) Vo= Vf2 Vf= Vo –gt 0= Vo –gt Vf2=gt

e) ΔV= Vf2 – (-Vf1) = Vf2 + Vf1 a= ΔV = Vf2 + Vf1

Δt t1 - to

f) Conclusiones.

2ª Práctica

Unidades 4 y 5

1ª Experiencia

Leyes de Newton: 1- Primera Ley de Newton (Ley de Inercia) y Segunda Ley de

Newton (Ley de Masa) : Se efectuarán en la 7ª y 8ª semana en conjunto con la 3ª

Ley.


h=?

t2=?

t1=?

H=?




Objetivo: -Verificar y analizar el comportamiento de un cuerpo en reposo cuando no

actúa ninguna fuerza o actúan varias fuerzas equilibradas las cuales se anulan entre

sí, entonces el cuerpo está en reposo.

-Verificar y analizar un cuerpo en M.R.U (a velocidad constante) continuará con dicho

movimiento mientras no actúe sobre él una fuerza no equilibrada.

Materiales y Equipos: - Carril Rectilíneo.

Procedimiento: Mediante el carril rectilíneo se explicará un cuerpo en reposo, las

actuaciones de las fuerzas y luego se le aplicará una fuerza para producir el M.R.U (a

velocidad constante) para verificar el comportamiento de dicho movimiento.

Conclusiones: - Sí sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza o actúan varias fuerzas

que se anulan entre sí (fuerzas equilibradas) entonces el cuerpo está en reposo ò bien

en movimiento rectilíneo con velocidad constante.

- Un cuerpo en reposo permanecerá en reposo y un cuerpo en Movimiento Rectilíneo

Uniforme (a velocidad constante) continuará con dicho movimiento mientras no actúe

sobre él una fuerza no equilibrada.

- Un objeto de masa “m” sobre la que actúa una fuerza total “F”, adquiere una

aceleración “a” en la dirección de “F”. El módulo de “a” es “F/m”, donde “F” es el

módulo de la fuerza “F” y “m” es la masa del objeto.

- Sí una fuerza no equilibrada actúa sobre un cuerpo, éste será acelerado; la magnitud

de la aceleración (módulo) es proporcional a la magnitud de la fuerza (módulo) no

equilibrada y la dirección de la aceleración es la dirección de la fuerza no equilibrada.

2 –Tercera Ley de Newton (Principios de Acción y Reacción).

Objetivo: - Analizar las interacciones producidas por la mano y un resorte al producir

estiramiento y al comprimirse respectivamente (ver figura).

Materiales y Equipos: - Soporte fijo.

- Resorte.

Existen las siguientes interacciones:

1- Interacciones elásticas.

1.1- Mano - Resorte

1.2- Techo - Resorte

2- Interacción gravitatoria

2.1- Resorte – Tierra

- En la interacción elástica, Mano – Resorte, La mano aplica al resorte una fuerza Fmr,

a su vez el resorte aplica sobre la mano una fuerza (reacción) Frm





Fmr = - Frm

Conclusión: si dos cuerpos “A” y “B” interaccionan la fuerza Fab, será la que el cuerpo

“A”. Aplica al “B” y en virtud de la tercera ley el cuerpo “B” debe reaccionar aplicándole

a “A” una fuerza - Fba Donde:

Fab = - Fba

Para la otra interacción elástica, Techo – Resorte, existe aplicada sobre el resorte la

fuerza Ftr y este a su vez aplica sobre el techo una fuerza Frt, Verificándose entre ellas

la tercera ley de newton, es decir:

Ftr = - Frt

Por ultimo, debido a que consideramos el resorte con una masa “m”, este interactúa

gravitatoriamente con la fuerza y en consecuencia la tierra le aplica al resorte una

fuerza Ftr (peso del resorte) y a su vez esta aplica sobre la tierra una fuerza Frt,

verificándose para este par de pruebas.

La fuerza neta aplicada sobre el resorte será la suma vectorial de las fuerzas Fmr,

Ftr ,FTr, De acuerdo a la segunda ley de newton, verificándose que:

Ftr = Ftr + Fmr





Experiencia 2

Movimiento circular uniforme

Semana 9 y 10

Objetivo: Calcular la velocidad en el punto A. y la tensión de la cuerda.

Materiales y equipos:

- Cordel de nylon.

- Bloque o pelota.

- Cinta métrica.

Montaje: Se calcula la masa de cuerpo (bloque o pelota), y la longitud del cordel atado

a un extremo del cuerpo.

Procedimiento: La experiencia se puede realizar en el laboratorio, Un alumno toma la

medida de la masa del cuerpo, El alumno toma el cordel en el extremo contrario donde

está atado el cuerpo, se toma la longitud o el radio del cordel o cuerda, ya con dicho

radio “R” se le hace girar en un circulo vertical, bajo la acción de la gravedad, tal como

se muestra en la figura.

a)- ¿Cuál será la velocidad critica en el punto “A” bajo la cual la cuerda se afloja?

b)- ¿Cuál será la tensión de la cuerda cuando el cuerpo este en el punto “A”?





Solución:

a)- ac = V^2/R Fc = m V^2/R F = mg -> mg = m V^2/R V=√gR

b)- T+mg = Fc. -> T+mg= mv^2/R, Despejando T, se tiene:

T = mV^2/R – mg = m (V^2/R – g)

NOTA: ^ 2= Elevado al cuadrado .

Práctica Nº 3

Experiencia Nº 1

Ley de Hooke, energía y conservación de la energía

Semana 11 y 12 conjuntamente con la experiencia Nº 2

Objetivo: Calcular la constante “K” de un resorte.


- Soporte Fijo.

- Resorte.

- Masa u objeto

- Dinamómetro

- Cinta métrica.

Explicación gráfica de la ley de Hooke:

Figura A





Figura B

Montaje: Con el dinamómetro se toma la fuerza del objeto o masa, luego se coloca en

el soporte fijo el resorte y se toma la medida del resorte, para posteriormente colgar el

objeto o masa en el resorte y último por medir el alargamiento que se produce.

Procedimiento: Un alumno toma la fuerza del objeto, otro alumno coloca el resorte

verticalmente en el objeto fijo y verifica la longitud del resorte luego otro alumno coloca

el objeto o masa que pende del resorte y toma el valor del alargamiento que se

produce.

Conclusión: Calcular la constate “K” de un resorte del cual pende un cuerpo de “A-

newton” y produce un alargamiento de “x centímetros”.

Solución:

Datos:

F = A Newton

X = X cms

K =?

Mediante la ley de Hooke:

F = - kx -> K = F/X = A/X = N/cms





Experiencia Nº 2

Objetivo: Calcular la contante “K”; la energía potencial al comprimirse, la energía

potencial al estirarse y que tanto se estirará el resorte.

Materiales y equipos:- Soporte fijo.

- Resorte

- Balanza

- Masa

- Cinta métrica

Montaje: Primero se toma la masa del cuerpo y se monta en el soporte fijo en

conjunto con el resorte en posición vertical.

Procedimiento: Previamente montado el resorte con la masa en el soporte fijo, un

alumno tomará la medida “d” tal como se aprecia en la figura (a), luego otro alumno

comprime masa y resorte para que otro alumno tome las distancias “so” y “s1” según

Fig. (b), la masa y resorte se debe mantener comprimido para luego soltarlo

bruscamente, donde se tomaran las distancias, “s2” y “s3” respectivamente.

Calcular:

a)- La constancia “K” (Figura a)

b)- Energía potencial de la masa “m” en la posición comprimido (Figura b)

c)- Energía potencial de la masa “m” en la posición estiramiento (Figura c)

d)- Energía potencial elástica y que tanto se estirará el resorte.





Solución

a) F = mg y F = -kd entonces: mg = -kd -> K = mg/d.

b) Ep = mgs1

c) Ep = mgs2

d)- La diferencia de ambas energías potenciales, debe transformarse en energía

potencial elástica: Epe = ½ KX^2

mgs1 - mgs2 = 1/2 k (S1 – S2) ^2 -> mg (S1 – S2) = 1/2 mg/d (S1 – S2) ^2

2d = S1 – S2 -> d = S1 – S2 / 2 NOTA: ^ 2= Elevado al cuadrado .

Práctica 4 (unidad 9)

Choque elástico semana (13 y 14)

Contenido: Calcular la velocidad de la pelota y del bloque después del choque.


- Pelota de madera

- Bloque de madera

- Cordel de nylon.

U=U1; V=V1; Velocidades de la pelota después del choque.

-U2 = 0

U2 y V2; Velocidades del bloque de madera.





Montaje: Se ata un cordel a una pelota de madera, previamente se han tomado las

masas de la pelota y del bloque de madera, como también se ha escogido la distancia

en el cordel “R” y luego el bloque se coloca en el borde de una mesa.

Procedimiento: Un alumno coloca el bloque de madera en el borde de la mesa y otro

alumno toma la pelota de madera atada con el cordel y en el otro extremo del cordel

horizontalmente se fija, luego manteniendo fijo el extremo del cordel se suelta la pelota

para que haga contacto con el bloque de madera.

Encontrar la velocidad de la pelota y la del bloque inmediatamente después del

choque.

Solución:

a)- Velocidad de la pelota

Epm = mgR Ecm = 1/2m U1^2 -> mgR = 1/2 m U1^2, entonces U1= √2gR

b)- Velocidad del bloque: El choque es elástico entonces Eci = Ecf

De donde Ec = 1/2 m U1^2 -> U1 = √2gR; entonces por el principio de conversación

de la cantidad de movimiento 1/2 m U1 – 1/2 mV1 = 1/2 mV2 - 1/2 MU2

Agrupando tenemos: 1/2 m U1 + 1/2 mU2 = 1/2 mV1 + 1/2 MV2; siendo U2=0

Además U1 = - V1

1/2 mU1 + 1/2 mU1 = 1/2 mV2

2mU1 = mV2 -> V2 = 2mU1 / m

NOTA: ^ 2= Elevado al cuadrado


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