Laboratorio Fisica I

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE 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. PROFESOR: ING. JUAN PEREA .

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CONTENIDO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO FISICA I En las dos primeras semanas se realizar un estudio terico de las unidades1 y 2, donde se explicar:- Las Magnitudes Fsicas (definicin de Magnitud, Unidad, Medida y sus relaciones entre s). - Diferencias entre Magnitudes Fundamentales y Magnitudes Derivadas. - Sistemas de Unidades (CGS, MKS, etc.), Unidades de Fuerza. - Algebra Vectorial (definicin de Magnitudes Escalares y Vectoriales). - Representacin Grfica de una Magnitud Vectorial. - Notacin Vectorial, Determinacin y Operaciones con Vectores. - Expresin analtica de un vector. - Producto Escalar o Producto Punto. - Principales consecuencias de la definicin del producto escalar. - Propiedades, aplicaciones y expresin analtica del producto escalar. - Producto Vectorial o Producto Cruz. - Expresin Analtica, consecuencias y aplicaciones del Prod. Vectorial. - Expresin Analtica, consecuencias y aplicaciones del Producto Mixto. A partir de la tercera semana se realizaran las prcticas utilizando materiales y equipos existentes en el Laboratorio. Debido al alto nmero de participantes (estudiantes) cada seccin ser dividida en dos grupos, por lo tanto se realizaran un total de siete prcticas. Dichas prcticas podrn tener dos (2) o tres (3) experiencias, por ejemplo la primera prctica que se realizar en la tercera semana, consta de tres (3) experiencias para evaluar la unidad tres (3), donde la primera experiencia tratar del Movimiento Rectilneo Uniforme (M.R.U) la cual se realizar en las semanas tres (3) y cuatro (4) , en la segunda y tercera experiencia se estudiar Cada Libre de los Cuerpos, las cuales se realizaran en las semanas cinco (5) y seis (6) respectivamente.

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1 Prctica Unidad 3 1 Experiencia

1) Movimiento Rectilneo Uniforme: se efectuar en la 3 y 4 Semana.Objetivo: Calcular la velocidad final (Vf); el tiempo que tard en recorrer la mitad de la distancia total: la distancia recorrida en la mitad del tiempo total; su velocidad cuando haba recorrido la mitad de la distancia total; la velocidad al cabo de un tiempo igual a la mitad del total. Materiales y Equipos: Carril Rectilneo Cinta Mtrica Cronmetro

A --------------- 100cm ------------------B Procedimiento: La experiencia se debe realizar dentro del laboratorio con el equipo existente (Carril Rectilneo) y con el apoyo de 3 alumnos, uno acondiciona la distancia a recorrer el mvil, otro verifica mediante el cronometro el tiempo recorrido por el mvil y el tercero enciende el equipo. Montaje: El mvil se coloca en el punto A, partiendo del reposo y se mueve en lnea recta con una aceleracin constante, se toma la distancia a recorrer por el mvil (Ej.: d= 100cm) y se mide el tiempo que tarda en hacer el recorrido (Ej: t= 0,04s) a) Cul ser su velocidad final?

b) Qu tiempo tard en recorrer la mitad de la distancia total?c) Cul fue la distancia recorrida en la mitad del tiempo total? d) Cul era la velocidad cuando haba recorrido la mitad de la distancia total? e) Cul era la velocidad al cabo de un tiempo igual a la mitad del total?

f) Verificar y sacar conclusiones de las anteriores respuestas

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Solucin Datos: a= constante; d= 100cm; t= 0,04 seg. Buscamos la aceleracin: d= Vot + at2 donde (Vo = 0) d= at2; entonces: a=2d/t2

a) Vf= Vo + at = 0+ a.0.04 b) d/2= at2 c) d= at2 d) Vf= Vo + at e) Vf= 0 + a.t/2t= d/a d= a (t/2)2 , donde t=0.04 seg. Vf=0 + at Vf= 0 + a.t/2 2 Experiencia 2-Cada Libre de los cuerpos: se efectuar en la 5 y 6 Semana conjuntamente con la experiencia N 3 Objetivo: Calcular la velocidad inicial (Vo=?) ; La aceleracin (a=) ;Velocidad Final (Vf). Materiales y Equipos: Pelota Cinta Mtrica Cronmetro

Procedimiento: La experiencia se realizar dentro del laboratorio con el apoyo de 4 alumnos mediante los siguientes pasos: del piso. Otro alumno mide la distancia desde el piso hasta la Otro alumno con el cronometro mide el tiempo en el Un cuarto alumno toma los dados. altura donde se encuentra la pelota. instante en que la pelota toca el suelo. Un alumno toma con la mano la pelota a cierta altura

h=?

t=?

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Solucin 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 ecuacin d= h= Vot + 1/2at2 c) Vf= Vo + at d) Conclusiones 3 Experiencia 3) Cada 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) despus de golpear el piso; velocidad con que sale despus de golpear el piso, la aceleracin media durante el contacto. Materiales y Equipos: Pelota Cinta Mtrica 2 Cronmetros

Procedimiento: La experiencia es muy similar a la anterior, solamente se le adicionarn los datos despus 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 ltimo se tomarn los datos recogidos.

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H=?

t2=? h=? t1=?

Solucin 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 frmulas: H= 1/2gt12 t1= 2H/g Vo =0 Vf1= gt1 0= Vo gt t Vf2=gt t1 - to

b) Vf1= Vo + gt1 c) h=1/2 gt22 d) Vo= Vf2

t2= 2h/g Vf= Vo gt a= V = Vf2 + Vf1

e) V= Vf2 (-Vf1) = Vf2 + Vf1

f) Conclusiones.2 Prctica Unidades 4 y 5 1 Experiencia Leyes de Newton: 1- Primera Ley de Newton (Ley de Inercia) y Segunda Ley de Newton (Ley de Masa) : Se efectuarn en la 7 y 8 semana en conjunto con la 3 Ley.

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA NUCLEO ZULIA-EXTENSION MARACAIBOObjetivo: -Verificar y analizar el comportamiento de un cuerpo en reposo cuando no acta ninguna fuerza o actan varias fuerzas equilibradas las cuales se anulan entre s, entonces el cuerpo est en reposo. -Verificar y analizar un cuerpo en M.R.U (a velocidad constante) continuar con dicho movimiento mientras no acte sobre l una fuerza no equilibrada. Materiales y Equipos: - Carril Rectilneo. Procedimiento: Mediante el carril rectilneo se explicar un cuerpo en reposo, las actuaciones de las fuerzas y luego se le aplicar una fuerza para producir el M.R.U (a velocidad constante) para verificar el comportamiento de dicho movimiento. Conclusiones: - S sobre un cuerpo no acta ninguna fuerza o actan varias fuerzas que se anulan entre s (fuerzas equilibradas) entonces el cuerpo est en reposo bien en movimiento rectilneo con velocidad constante. - Un cuerpo en reposo permanecer en reposo y un cuerpo en Movimiento Rectilneo Uniforme (a velocidad constante) continuar con dicho movimiento mientras no acte sobre l una fuerza no equilibrada. - Un objeto de masa m sobre la que acta una fuerza total F, adquiere una aceleracin a en la direccin de F. El mdulo de a es F/m, donde F es el mdulo de la fuerza F y m es la masa del objeto. - S una fuerza no equilibrada acta sobre un cuerpo, ste ser acelerado; la magnitud de la aceleracin (mdulo) es proporcional a la magnitud de la fuerza (mdulo) no equilibrada y la direccin de la aceleracin es la direccin de la fuerza no equilibrada. 2 Tercera Ley de Newton (Principios de Accin y Reaccin). 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 elsticas.1.11.22.1Mano - Resorte Techo - Resorte Resorte Tierra

2- Interaccin gravitatoria- En la interaccin elstica, Mano Resorte, La mano aplica al resorte una fuerza F mr, a su vez el resorte aplica sobre la mano una fuerza (reaccin) Frm

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Fmr = - Frm Conclusin: si dos cuerpos A y B interaccionan la fuerza Fab, ser la que el cuerpo A. Aplica al B y en virtud de la tercera ley el cuerpo B debe reaccionar aplicndole a A una fuerza - Fba Donde: Fab = - Fba Para la otra interaccin elstica, Techo Resorte, existe aplicada sobre el resorte la fuerza Ftr y este a su vez aplica sobre el techo una fuerza Frt, Verificndose entre ellas la tercera ley de newton, es decir: Ftr = - Frt Por ultimo, debido a que consideramos el resorte con una masa m, este interacta 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, verificndose para este par de pruebas. La fuerza neta aplicada sobre el resorte ser la suma vectorial de las fuerzas Fmr, Ftr ,FTr, De acuerdo a la segunda ley de newton, verificndose que: Ftr = Ftr + Fmr

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Experiencia 2 Movimiento circular uniforme

Semana 9 y 10Objetivo: Calcular la velocidad en el punto A. y la tensin de la cuerda. Materiales y equipos: - Cordel de nylon. - Bloque o pelota. - Cinta mtrica.

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 est 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 accin de la gravedad, tal como se muestra en la figura. a)- Cul ser la velocidad critica en el punto A bajo la cual la cuerda se afloja? b)- Cul ser la tensin de la cuerda cuando el cuerpo este en el punto A?

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Solucin: 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. Prctica N 3 Experiencia N 1 Ley de Hooke, energa y conservacin de la energa Semana 11 y 12 conjuntamente con la experiencia N 2 Objetivo: Calcular la constante K de un resorte. Materiales y equipos: - Soporte Fijo. - Resorte. - Masa u objeto - Dinammetro - Cinta mtrica. Explicacin grfica de la ley de Hooke: Figura A

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Figura B

Montaje: Con el dinammetro 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 ltimo 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. Conclusin: Calcular la constate K de un resorte del cual pende un cuerpo de Anewton y produce un alargamiento de x centmetros. Solucin: Datos: F = A Newton X = X cms K =? Mediante la ley de Hooke: F = - kx -> K = F/X = A/X = N/cms

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA NUCLEO ZULIA-EXTENSION MARACAIBOExperiencia N 2 Objetivo: Calcular la contante K; la energa potencial al comprimirse, la energa potencial al estirarse y que tanto se estirar el resorte. Materiales y equipos:- Soporte fijo. - Resorte - Balanza - Masa - Cinta mtrica

Montaje: Primero se toma la masa del cuerpo y se monta en el soporte fijo en conjunto con el resorte en posicin vertical. Procedimiento: Previamente montado el resorte con la masa en el soporte fijo, un alumno tomar 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 segn 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)- Energa potencial de la masa m en la posicin comprimido (Figura b) c)- Energa potencial de la masa m en la posicin estiramiento (Figura c) d)- Energa potencial elstica y que tanto se estirar el resorte.

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Solucin a) F = mg y F = -kd b) Ep = mgs1 c) Ep = mgs2 d)- La diferencia de ambas energas potenciales, debe transformarse en energa potencial elstica: Epe = 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. Prctica 4 (unidad 9) Choque elstico semana (13 y 14) Contenido: Calcular la velocidad de la pelota y del bloque despus del choque. Materiales y equipos: - Pelota de madera - Bloque de madera - Cordel de nylon. entonces: mg = -kd -> K = mg/d.

U=U1; V=V1; Velocidades de la pelota despus del choque. -U2 = 0

U2 y V2; Velocidades del bloque de madera.

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA NUCLEO ZULIA-EXTENSION MARACAIBOMontaje: Se ata un cordel a una pelota de madera, previamente se han tomado las masas de la pelota y del bloque de madera, como tambin 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 despus del choque. Solucin: a)- Velocidad de la pelota Epm = mgR Ecm = 1/2m U1^2 -> mgR = 1/2 m U1^2, entonces U1= 2gR -> U1 = 2gR; entonces por el principio de conversacin 1/2 m U1 1/2 mV1 = 1/2 mV2 - 1/2 MU2 b)- Velocidad del bloque: El choque es elstico entonces Eci = Ecf De donde Ec = 1/2 m U1^2 de la cantidad de movimiento Adems U1 = - V1 1/2 mU1 + 1/2 mU1 = 1/2 mV2 2mU1 = mV2 -> V2 = 2mU1 / m

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

NOTA: ^ 2= Elevado al cuadrado

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