Laboratotios Sesión 1(2015 II) (1)

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Tutor: Edson Daniel Benitez Rodriguez e-mail:[email protected]

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO DE FÍSICA GENERAL

SESIÓN No 1

OBJETIVOS

Comprobar la relación de proporcionalidad entre diferentes magnitudes.

Aprender a manejar los instrumentos de medición que se utilizan en el laboratorio.

PRÁCTICA 1: PROPORCIONALIDAD.

RECURSOS:

Una probeta graduada de 100 ml, un vaso plástico, balanza, fluido y un picnómetro..

CONOCIMIENTOS PREVIOS O PRE SABERES: Manejo de Unidades, regresión lineal.

PROCEDIMIENTO:

1) Identifique los objetos que usará en la práctica. 2) Calibre el cero de la balanza.

3) Determine la masa de la probeta y tome este valor como M0. 4) Vierta 10 ml, 20 ml, 30 ml, hasta llegar a 100 ml de H2O en la probeta y determine en cada caso la masa

de la probeta más el líquido (MT). Registre los valores en la tabla 1.

a. Determine correctamente la variable independiente del experimento. b. Determine la variable dependiente del experimento.

5) Calcule la masa del líquido ML sin la probeta para cada medición. 6) Registre estos resultados en la siguiente tabla

M0=

H2O

V(ml) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

MT(g)

ML(g)

Tabla 1.

7) Realice el mismo procedimiento desde el punto 4) para la glicerina y registre la información en la tabla 3 (la glicerina utilizada y limpia, se regresa al envase original), manteniendo siempre las mismas condiciones

experimentales.

M0=

Glicerina

V(ml) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

MT(g)

ML(g)

Tabla 2.

8) Con ayuda de la balanza digital, determine la masa del picnómetro vacío y seco (Mop).

9) Agregue agua al picnómetro hasta que este se encuentre lleno, registre la masa del agua. Repita el mismo

proceso para la glicerina y completa la tabla 3

Mop = _______________

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FLUIDO MASA VOLUMEN DENSIDAD

AGUA

CLICERINA

TABLA 3

INFORME

1. Realice la gráfica de masa-líquido Vs Volumen

2. Determine la relación de proporcionalidad en el gráfico anterior utilizando un método de regresión lineal. 3. Encuentre la ecuación experimental a partir de la gráfica

4. Calcule la constante de proporcionalidad e indique sus unidades.

5. Indique qué variable física representa la constante de proporcionalidad en la práctica 6. Determine la densidad de la sustancia a partir de la medición con un picnómetro y compare este valor con

la constante de proporcionalidad obtenida. 7. Compare la densidad del H2O con la densidad de la glicerina e indique de qué depende esta diferencia.

8. Analice las causas ambientales que pueden influir en la densidad de un líquido (Ejemplo: temperatura, presión, etc.

9. Describa tres situaciones físicas en las cuales la relación entre las magnitudes sea de proporcionalidad directa

10. Describa tres situaciones físicas en las cuales la relación entre las magnitudes sea de proporcionalidad inversa

11. Realice un análisis de la práctica y sus resultados. 12. Conclusiones.

PRÁCTICA 2: INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

RECURSOS:

Calibrador pie de rey o Vernier, tornillo micrométrico y piezas de diferentes materiales.

CONOCIMIENTOS PREVIOS O PRE SABERES: Manejo de Unidades, cálculo de errores en la medida.

PROCEDIMIENTO CON EL CALIBRADOR:

1) Identifique los objetos que usará en la práctica.

2) Determine y registre cual es la precisión del instrumento de medida (Revise el instrumento).

3) Haga un dibujo de la pieza problema e indique el nombre de cada una de las dimensiones (Alto, diámetro…) 4) Mida el diámetro externo, interno y espesor de la pieza en tres ocasiones y registre las medidas en la tabla

4. Nota: solamente se deben diligenciar los espacios que correspondan según la pieza.

PIEZA

(Arandela)

Diámetro

externo

Diámetro

interno

Altura o

espesor Volumen

Arandela

Esfera

Cilindro

Tabla No 4. PROCEDIMIENTO CON TORNILLO MICROMÉTRICO O PALMER

Repita los pasos anteriores (1 al 4) con el tornillo micrométrico o de Palmer ahora utilizando la tabla 5.

Nota: solamente se deben diligenciar los espacios que correspondan según la pieza.

PIEZA

(Arandela)

Diámetro

externo

Altura o

espesor Volumen

Arandela

Esfera

Cilindro

Tabla No 5.

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INFORME

1. Realice el dibujo de cada pieza y calcule su volumen teniendo en cuenta el uso de cifras significativas y los

sistemas de unidades. Especifique el procedimiento (forma de calcular) para cada caso. 2. Compare las medidas obtenidas con el tornillo micrométrico y el calibrador.

3. Determine y realice los cálculos de error en la medición que se pueden tener con los dos instrumentos

4. Explique qué es exactitud y precisión e indique cómo estos son aplicados en la práctica. 5. Realice el análisis de sus resultados

6. conclusiones de la práctica.

PRACTICA Nº 3: MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES

TITULO: Movimiento de Proyectiles.

OBJETIVO: Verificar experimentalmente las características de un movimiento bidimensional: Movimiento

Parabólico.

ELEMENTOS PREVIOS:

En la vida real, el movimiento de un objeto se realiza en el plano, y de manera más general en el espacio1.

Cuando un objeto se lanza cerca de la superficie de la Tierra y éste forma un ángulo de inclinación con la horizontal, su trayectoria parabólica se puede describir como la composición de dos movimientos, uno en el eje

horizontal: Movimiento Rectilíneo Uniforme (M.R.U.) y un Movimiento Uniformemente Acelerado (M.U.A.) en el eje vertical. ¿Cuáles son las características de cada uno de estos movimientos? ¿En qué se diferencian dichos

movimientos? ¿Qué consecuencias tendría tener sólo uno de los movimientos?

TEORÍA

La figura que se muestra a continuación representa un movimiento parabólico, el cual está constituido por dos

movimientos, uno horizontal en el que el proyectil recorre distancias iguales en tiempos iguales (el valor de la

componente de la velocidad es igual a la inicial en cualquier instante de tiempo) y un movimiento vertical con aceleración constante (en este caso actúa la aceleración de la gravedad).

Fig. 1. Tomada de http:// http://wwwmisguiasdematematicas.blogspot.com.co/p/8-movimiento-parabolico.html

Donde:

Vo: Velocidad inicial del proyectil.

Θ: Ángulo que forma con la horizontal. Ymax: Altura máxima alcanzada por el proyectil.

Xmax: Alcance horizontal máximo.

Para describir este movimiento se usan las siguientes ecuaciones que por ser vectoriales se deben tratar por

componentes rectangulares:

Componentes de la velocidad inicial:

𝑉𝑜𝑥 = 𝑉0𝐶𝑜𝑠𝜃 𝑉𝑜𝑦 = 𝑉0𝑆𝑒𝑛𝜃

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Velocidad vertical:

𝑉𝑦 = 𝑉0𝑆𝑒𝑛𝜃 − 𝑔𝑡

Altura máxima que alcanza el proyectil:

𝑌𝑚á𝑥 =(𝑉0)2(𝑆𝑒𝑛 𝜃)2

2𝑔

Alcance horizontal máximo:

𝑋𝑚á𝑥 =(𝑉0)2𝑆𝑒𝑛 2𝜃

𝑔

MATERIALES: Solicite los materiales para el experimento de Movimiento de Proyectiles. Y realice el montaje de la figura 2.

Fig. 2. Tomada http://www.phywe-systeme.com

PROCEDIMIENTO:

1. Cubra la mesa con papel blanco y sobre éste coloque papel carbón para registrar cada impacto de la esfera sobre la mesa.

2. Determine un ángulo (sugerencia: 300, 450 y 600) y ajuste la unidad balística como indica la figura del montaje (registrar en la tabla 6)

3. Ajuste los tornillos de la base y gire hasta obtener una proyección vertical. 4. Dispare el balín (observará que se ha realizado una medición de velocidad inicial)

5. Con una regla mida el alcance horizontal del balín y luego compárelo con el valor que obtiene aplicando las

ecuaciones. 6. Repita el mismo procedimiento para tres ángulos diferentes.

Θ (Grados)

Vo(m/s) Vox(m/s) Voy(m/s) Xmáx(m) Regla

Xmáx(m) Fórmula

Ymáx(m) Tv(s)

Tabla 6.

http://www.phywe-systeme.com/

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INFORME

1. Realice el diagrama de los vectores velocidad (Vx y Vy) y aceleración y señale cómo cambian a lo largo de

la trayectoria seguida por el balín. 2. Determine el valor de las componentes de la velocidad inicial (Especifique el procedimiento utilizado para

realizar dichos cálculos).

3. Determine el alcance horizontal máximo alcanzado por el proyectil como función del ángulo de inclinación, y compare el resultado obtenido con el valor medido ¿Qué puede concluir?

4. Determine la altura máxima alcanzada por el proyectil como función del ángulo de inclinación, (Especifique el procedimiento utilizado para realizar dichos cálculos).

5. Determine el tiempo de subida y de bajada del proyectil, ¿Son iguales? ¿Por qué? (Especifique el procedimiento utilizado para realizar dichos cálculos).

6. Trace una gráfica de Y vs X y realice su respectivo análisis.

7. Realice el análisis de la práctica y de sus resultados 8. Conclusiones.

PRÁCTICA 4: LEY DE HOOKE.

OBJETIVO GENERAL:

Estudiar experimentalmente el comportamiento de resortes.

Figura 3. Montaje para determinar la constante de elasticidad del resorte.

RECURSOS:

Resortes, masas, regla de 1 m, calibrador pie de rey (0,05 de precisión), soporte universal con gancho o nuez,

PROCEDIMIENTO:

1. Mida con la regla métrica la longitud L0 del resorte que va a utilizar en la práctica. Registre el valor obtenido

en la TABLA 7.

2. Acomode dicho resorte según sea su montaje experimental (Figura 3).

3. Se escogen pesas de distinta masa (5 en total) que no deben ser excesivamente grandes para no exceder el

límite de elasticidad del resorte y se sujetan extremo del resorte. Registre el valor de L en la tabla 7 (donde l es la longitud del resorte con las masas) para cada pesa.

4. Reporte el valor de fuerza registrado ejercido por el peso de las masas.

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INFORME:

1. Calcule el valor de ΔL para cada masa y registre los datos en la tabla 4.

2. Calcule el valor de K mediante la ecuación Fe=K ΔL (Ley de Hooke), para cada masa y registre los datos en la tabla 7.

3. Representando gráficamente Fe Vs ΔL y calcule el valor de la constante de elasticidad a partir de la gráfica.

Compare el valor obtenido de K, con el valor del promedio de K.

_______ L0(cm)

MASA(kg) L(m) ΔL(m) F (N) K(N/m)

PROMEDIO

TABLA 7.

4. Realice el análisis de la práctica y de sus resultados

5. Conclusiones

PRACTICA Nº 5: Leyes de Newton

TITULO: segunda Ley de Newton y cinemática

OBJETIVO: Verificar la segunda Ley de Newton

ELEMENTOS PREVIOS:

La aplicación de fuerzas es algo que sucede en lo cotidiano, por ejemplo el juego de la cuerda. Las fuerzas que

actúan en la misma dirección y sentido se suman, mientras que las que actúan en la misma dirección y sentido contrario se restan. Así uniendo las fuerzas para halar la cuerda varias personas en una misma dirección son

capaces de producir un efecto mucho mayor en el movimiento que si se dividen para halar en direcciones contrarias. ¿Qué es una fuerza? ¿Qué efectos produce una fuerza? ¿Qué ocurre cuando varias fuerzas actúan

sobre un objeto?

TEORIA

La segunda ley de Newton creó un nuevo concepto, la fuerza, y ese nuevo concepto permitió entender los

movimientos, por eso es conocida como “Ley del movimiento”.

La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. La fuerza neta aplicada sobre un

cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que se puede expresar la siguiente relación:

∑ �⃗� = 𝑚�⃗�

MATERIALES

Solicite los materiales para el experimento de segunda ley de newton y realice el montaje de la figura 4.

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Fig. 4. Tomada de http://www.phywe-systeme.com

PROCEDIMIENTO:

1. Coloque el deslizador en la posición inicial y fíjelo al sistema de arranque mediante el imán. En el otro extremo

se encuentran las pesas con las que será halado el objeto. Luego, suelte el deslizador y registre con el cronometro el tiempo en que tarda en recorrer una distancia de ___ m. Repita este proceso en tres ocasiones

y registre esa información en la tabla 8.

2. Realice un tratamiento de errores con los tiempos tomados y regístrelos en la tabla 8.

No de medida.

Tiempo(s) Error Absoluto

(EA)

Error Relativo

(ER)

Error Porcentual

(E%)

Medida No 1

Medida No 2

Medida No 3

Promedios

Tabla 8.

3. En la tabla 9 realice el diagrama de cuerpo libre (DCL) que consiste en un diagrama vectorial que describe

todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo u objeto en particular. Para el sistema propuesto en la práctica se realiza (DCL) para los siguientes cuerpos:

M: Masa del deslizador o masa del carro.

m: Masa del lastre o masa que cuelga.

Diagrama 1: FUERZAS

QUE ACTÚAN SOBRE M.

Diagrama 2: FUERZAS

QUE ACTÚAN SOBRE m.

Tabla 9.

Datos de las masas: M= _____ g y m= _______ g.

http://www.phywe-systeme.com/

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INFORME

1. Calcule la aceleración del sistema, utilizando la información del tiempo promedio de la tabla 8, la distancia

de ___m y las ecuaciones de movimiento del M.U.A. y muestre el procedimiento realizado. Ecuaciones del M.U.A.

𝑽𝒇 = 𝑽𝟎 + 𝒂𝒕 𝑿𝒇 − 𝑿𝒐 = 𝑽𝒐𝒕 +𝟏

𝟐𝒂𝒕𝟐 𝒚 𝑽𝒇

𝟐 − 𝑽𝒐𝟐 = 𝟐𝒂(𝑿𝒇 − 𝑿𝒐)

2. Calcule la aceleración del sistema, aplicando la segunda ley de Newton, muestre el procedimiento realizado y compare el valor de la aceleración con el obtenido en el numeral 1.

3. A partir de los diagramas de cuerpo libre indique las fuerzas que actúan sobre cada uno de los cuerpos y

plantee la sumatoria de fuerzas que se podrían tener para cada uno de estos.

4. Realice el análisis de la práctica y de sus resultados

5. Conclusiones.

INTEGRANTES:

No NOMBRES Y APELLIDOS PROGRAMA CÓDIGO FIRMA

1

2

3

4

5

FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: ______________________ .

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