1. UNIVERSIDAD TECNOLGICA DEL PER Vicerrectorado de InvestigacinMANUAL DE LABORATORIO DE ONDAS FLUIDO Y CALOR TINS Bsicos INGENIERA INDUSTRIAL, INGENIERA DE SISTEMAS, INGENIERA ECONMICA, INGENIERA ELECTRNICA, INGENIERA MECATRNICA, INGENIERA TEXTIL, INGENIERA DE TELECOMUNICACIONES, INGENIERA NAVAL, INGENIERA MARTIMA, INGENIERA AERONUTICA, INGENIERA AUTOMOTRIZ, INGENIERA MECNICA, INGENIERA DE SOFTWARE, INGENIERA DE TRANSPORTETEXTOS DE INSTRUCCIN BSICOS (TINS) / UTPLima Per

2. MANUAL DE LABORATORIO DE ONDAS FLUIDO Y CALOR Desarrollo y Edicin: Vicerrectorado de InvestigacinElaboracin del TINS : Lic. Jos SANTA CRUZ DELGADO M. Sc. Rafael ngel ESPINOZA MOSQUEIRA Diseo y Diagramacin: Julia Saldaa Balandra Soporte acadmico: Instituto de InvestigacinProduccin: Imprenta Grupo IDATQueda prohibida cualquier forma de reproduccin, venta, comunicacin pblica y transformacin de esta obra. 3. El presente material contiene una compilacin de obras de Laboratorio de Ondas Fluido y Calor publicadas lcitamente, resmenes de los temas a cargo del profesor; constituye un material auxiliar de enseanza para ser empleado en el desarrollo de las clases en nuestra institucin. ste material es de uso exclusivo de los alumnos y docentes de la Universidad Tecnolgica del Per, preparado para fines didcticos en aplicacin del Artculo 41 inc. C y el Art. 43 inc. A., del Decreto Legislativo 822, Ley sobre Derechos de Autor. 4. Presentacin La preocupacin creciente de una Institucin moderna de educacin, que se adapta al efecto cambiante de las fuerzas de globalizacin, obliga a la produccin de materiales didcticos de enseanza-aprendizaje diseados para la sincronia afectivaconigtiva de conocimientos concurrentes, en el espacio de obligaciones e intereses de universidad-estado-sociedad. En este ambito de preocupaciones, UTP viene desarrollado textos de instruccin TINS, como soporte didctico del desarrollo de Asignaturas, modelados en convergencia a la temtica del sillabus del Curso, encuadrado en la arquitectura de los curricula de los Cursos. El presente texto corresponde al Manual de Laboratorio de Ondas-Fluido y Calor, diseado para el aprendizaje del Curso de Fsica II, del III Ciclo de estudios, correspondiente a los currcula de las Carreras de Ingeniera: Electrnica, Mecatrnica, Textil, Aeronutica, Automotriz y Software. Anlogamente, al Manual de Electricidad y Magnetismo, el presente documento acadmico ha sido posible gracias al esfuerzo acadmico de los profesores: M Sc. Rafael Espinoza Mosqueira y Lic. Jos Santa Cruz Delgado; quienes trabajando con especial dedicacin acadmica han llevado a cabo una estructura valiosa para el desarrollo de Prcticas de los temas de: Oscilaciones y Ondas, Fluidos, Calor y Temperatura, Leyes de Gauss y Termodinmica. Al cierre de estas lneas el reconocimiento institucional a los profesores que trabajando denodadamente han logrado el presente texto con el nivel de calidad acadmica que los tiempos exige.Lucio H. Huamn Ureta Vicerrector de InvestigacinEl experimentador que no sabe lo que est buscando no comprender lo que encuentra. Claude Bernard (1813-1878) Fisilogo francs. 5. ndice EXPERIMENTOS OSCILACIONES Y ONDAS 1. Movimiento Oscilatorio...................................................................... Pndulo Simple y Compuesto............................................................. 2. 3. Ondas Estacionarias en una Cuerda ................................................... 4. Constante de Rigidez de Resortes ...................................................... 5. Determinacin del Modulo de Rigidez ..............................................01 11 25 39 51FLUIDOS 6. Hidrosttica ......................................................................................... 7. Viscosidad ........................................................................................... Tensin Superficial ............................................................................. 8.59 69 79CALOR Y TEMPERATURA 9. Dilatacin Lineal................................................................................. 10. Calor Especifico .................................................................................. 11. Equivalente Mecnico del Calor por un Mtodo Elctrico ............... 12. Absorcin de la Radiacin..................................................................93 105 117 127LEYES DE LOS GASES Y TERMODINAMICA 13. Ley de Boyle .......................................................................................135ANEXOS 1. Mediciones, Clculo de Errores y su Propagacin ............................ 2. Grficas y Ajuste de Curvas ...............................................................147 161APNDICE A: Formulario........................................................................................... B: Prefijos y Unidades ............................................................................. C: Constantes Fsicas ............................................................................... D: Datos Grficos..................................................................................... E: Uso del Software Logger Pro ............................................................. F: Glosario ...............................................................................................175 181 191 195 201 207MODELO DE ESTRUCTURA DE INFORMES ........................................ REGLAMENTO INTERNO DEL LABORATORIO DE FSICA ...........211 213 6. Experimentos de ondas, fluidos y calorLABORATORIO N 1 MOVIMIENTO OSCILATORIOT p i c o s R e l a c i on a d o s Ecuacin de movimiento, Movimiento armnico, Pndulo, Fuerzas1.OBJETIVOS: -2.EQUIPOS Y MATERIALES: -3.Comprobacin de la primera ley del pndulo simple. Encontrar el coeficiente de elasticidad de un resorte. Movimiento de recuperacin de un resorte.Un (01) metro de Hilo para hacer pndulo Un (01) juego de masas para los pndulos (dos livianas y dos mas pesadas) Un (01) Resorte Un (01) Soporte universal Una (01) nuez simple Una (01) Cinta mtrica Una (01) Balanza Un (01) CronmetroFUNDAMENTO TEORICO: MOVIMIENTO PENDULAR: Uno de los movimientos armnicos simples, ms tpico es el ejecutado por los pndulos. El pndulo simple o matemtico, es un punto geomtrico con peso suspendido de un hilo sin peso inextensible. Este modelo de pndulo llamado pndulo matemtico es imaginario. El que usaremos es solo una aproximacin.1 7. Experimentos de ondas, fluidos y calorELEMENTOS DEL MOVIMIENTO PENDULAR: a) b) c) d) e)Longitud del pndulo: Es la longitud del hilo medida desde el punto de suspensin, hasta el centro de gravedad del cuerpo que oscila. Oscilacin: Es el movimiento realizado por el pndulo, desde una posicin extrema, hasta la otra, y su vuelta hasta la primera posicin. Periodo: Es el tiempo que emplea el pndulo en realizar una oscilacin. Frecuencia: Es l numero de oscilaciones por unidad de tiempo. Amplitud: Es el ngulo formado por la vertical con el hilo cuando el pndulo esta en su posicin extrema.FIGURA N 1: Pndulo SimplePRINCIPALES LEYES DEL PNDULO SIMPLE: 12-El periodo es independiente de la masa del pndulo. El periodo es directamente proporcional a la raz cuadrada de la longitud del pndulo.2 8. Experimentos de ondas, fluidos y calorT = 2 L / gDonde:(1)T = Periodo (s). L = Longitud del pndulo (m). G = Aceleracin de la Gravedad (9,8 m/s2)LEY DE HOOKE: Expresa que la deformacin sufrida por un resorte es directamente proporcional a la fuerza. En la figura N 3 se muestra la relacin entre fuerza y la deformacin. Algebraicamente se expresa como: F = kXDonde:(2)K, es la constante de elasticidad o rigidez del resorte. X, es el estiramiento o deformacin.La ley de Hooke esta limitada por la capacidad resistiva y elstica de los cuerpos. Es decir, si la fuerza deformadora excede los limites de elasticidad del cuerpo, este pierde tal elasticidad o se produce la ruptura. En consecuencia en cualquiera de estas situaciones no se cumple con la ley de Hooke.3 9. Experimentos de ondas, fluidos y calorF (N)C B AD Punto de rupturaLimite de elasticidadRegin donde se cumple la Ley de HookeX (cm)0 FIGURA N 3: Relacin entre la Fuerza y la deformacinFIGURA N 2: Sistema experimental para el resorte4.PROCEDIMIENTO: Verificacin de la primera ley del Pndulo Simple: El periodo es independiente de la masa del pndulo". 1. 2. 3. 4. 5.Prepare un modulo con la masa ms liviana. Separe la masa de la posicin de equilibrio y soltndolo hgalo oscilar. Con l cronometro, mida el tiempo de 20 oscilantes completas (es decir el movimiento de ida y vuelta), y regstrelo en la Tabla N 1. Repita el paso anterior 2 veces ms. Prepare un pndulo con la masa de mayor peso, con la misma longitud del primer pndulo. 4 10. Experimentos de ondas, fluidos y calor6.Repita los pasos anteriores: (2), (3), (4), y registre los tiempos obtenidos en la Tabla N 2.Dividiendo el tiempo medido por l numero de oscilaciones en cada ensayo, se obtendr el periodo de oscilacin. TABLA N 1Ensayo NMasa (kg)Tiempo Medido (s)N de oscilacionesPeriodo (s)N de oscilacionesPeriodo (s)TABLA N 2Ensayo NMasa (kg)Tiempo Medido (s)Determinacin de la constante k elstica del Resorte: 7. 8. 9. 10. 11.Instale el equipo como se muestra en la figura N 2. Mida la longitud del resorte L0. Mida con la balanza, una por una, cinco masas Cuelgue del extremo del resorte una masa y mida la nueva longitud Lf adquirida por el resorte. La diferencia L0 Lf nos da la elongacin o estiramiento X producido, registre estos valores en la Tabla N 3.5 11. Experimentos de ondas, fluidos y calor12. 13. 14.Aada una masa en el extremo del resorte y repita los pasos (10) y (11) hasta completar las cinco masas. Calcule el valor de k dividiendo el peso de cada masa con el estiramiento que produce (segn F = kX ) La constante del resorte se obtendr promediando los cinco valores obtenidos para k.TABLA N 3 Masa (g)Fuerza (N)Longitud inicial (L0) (cm)Longitud inicial (Lf) (cm)X = L 0 Lf (cm)Constante k =F/X (N/cm)La constante k (promedio) es : ___________ Movimiento de Oscilacin del Resorte: 15. 16. 17. 18. 19.Cuelgue del extremo del resorte una masa adecuada. Estire el resorte jalando hacia abajo la masa con la mano y luego suelte, provocando un movimiento armnico simple. Mida el tiempo que la masa demora en realizar 20 oscilaciones completas. Encuentre el periodo de este movimiento, dividiendo el tiempo medido entre el nmero de oscilaciones. Compare su resultado con el obtenido usando la siguiente formula:6 12. Experimentos de ondas, fluidos y calorM + m3 T = 2 k Donde:20.T: Periodo (s). M: Masa del extremo del resorte (kg). m: Masa del resorte (kg). k: Constante del resorte.Encuentre el error relativo porcentual del Periodo.Erel (%) =5.(3)Treferencial Texp erimental Treferencial100 %(4)CUESTIONARIO: 1.De que manera podra hallar el valor de la aceleracin de la gravedad, usando un pndulo?2.Describa un procedimiento para realizar un experimento de Movimiento Armnico Simple, en un manmetro de rama abierta.3.Hacer una grfica de F vs X.4.Halle la pendiente de la curva obtenida el paso anterior. Qu representa?.5.Halle la frecuencia de oscilacin para el pndulo y para el resorte.6.Para el resorte: Cul es su eficiencia?7.Investigar sobre las ecuaciones de movimiento para los dos sistemas estudiados, explicarlas ecuaciones para diversos casos.7 13. Experimentos de ondas, fluidos y calor8.9.6.Cul cree que han sido las posibles fuentes de error en su experimento? como aplicara este tema en su carrera profesional?OBSERVACIONES:----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------7.CONCLUSIONES:----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------8.RECOMENDACIONES:----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------8 14. Experimentos de ondas, fluidos y calor9.REFERENCIAS: [1] [2] [3] [4] [5] [6]JONES & CHILDERS, Fsica Contempornea, 3ra. Ed., Mc Graw Hill, Mxico D. F., Mxico, 2001. FSICA Tomo I. R. A. Serway, McGraw-Hill, 1997, Cuarta Edicin. MEINERS EPPENSTEIN MOORE Experimentos de Fsica. MARCELO ALONSO EDWARD J. FINN Fsica Volumen I. MC KELVEY AND GROTH Fsica para Ciencias e Ingeniera. Volumen I B. M. YAVORSKY A. A. DETLAF. Manual de Fsica.El movimiento no existe fuera de las cosas, pues todo lo que cambia, o cambia en el orden de la sustancia o en la cantidad, o en la calidad, o en el lugar. ARISTTELES (384 AC-322 AC) Filsofo griego.9 15. Experimentos de ondas, fluidos y calorFIGURA N 4: El antiguo puente colgante de Tacoma Narrows, cerca de Seattle, es la prueba visual ms famosa del fenmeno fsico llamado frecuencia de resonancia: en 1940, pocos meses despus de haber sido inaugurado el puente un da de viento ste comenz a ondear como si se tratase de una bandera. Tras poco ms de una hora de sacudidas y vaivenes el puente de 1.600 metros de longitud se derrumbaba y caa hecho pedazos al agua. Afortunadamente no hubo ms vctima que un cocker spaniel medio parals llamado Tubby que estaba en el interior del vehculo que aparece en la filmacin de donde se tom esta foto. El viento que provoc la cada del puente se mova a una velocidad de 61 kilmetros por hora y tena 5 segundos de frecuencia, que result ser muy similar a la frecuencia natural del puente con lo cual la energa transferida al sistema era mxima y las ondas estacionarias producidas en el puente empezaron a balancearlo y acabaron colapsndolo. Pero tambin el mtodo de construccin empleado en el puente de Tacoma influy en el incidente. La utilizacin de vigas de acero formando una estructura de sustentacin horizontal cerrada y maciza opona resistencia al viento, creando corrientes y turbulencias de aire por encima y por debajo de la estructura10 16. Experimentos de ondas, fluidos y calorLABORATORIO N 2 PENDULO SIMPLE Y COMPUESTOT p i c o s R e l a c i on a d o s Tiempo de oscilacin, periodo, amplitud, oscilacin armnica1.OBJETIVOS: -2.MATERIALES: -3.Medicin del periodo de un pndulo como una funcin de la amplitud y longitud. Determinar la aceleracin de la gravedad obtenida a travs del pndulo simple. Revisar el concepto de Inercia.Un (01) Soporte universal Una (01) Plomada Un (01) juego de masas para el pndulo simple 10 ... 50 g Una (01) Barra y masa pendular para el pndulo compuesto Una (01) Balanza de tres brazos Una (01) Regla mtrica 1m o una Wincha, 1/100 m Un (01) Transportador, 360, 1/360 Un (01) Cronometro digital, 1/100 sFUNDAMENTO TEORICO: Elementos del movimiento pendular: a)Longitud del pndulo: Es la distancia entre el punto de suspensin y el centro de gravedad del pndulo (masa).11 17. Experimentos de ondas, fluidos y calorb)c) d) e) f)Oscilacin Completa o doble Oscilacin: Es el movimiento realizado por el pndulo, desde una posicin extrema hasta la otra y su vuelta hasta la primera posicin inicial (arco ABA). Oscilacin Simple: Es la trayectoria descrita entre dos posiciones extremas (arco AB ). Periodo: Es el tiempo que emplea el pndulo en realizar una oscilacin completa. Frecuencia: Es l numero de oscilaciones por unidad de tiempo. Amplitud: Es el ngulo formado por la posicin de reposo (equilibrio) y una de las posiciones extremas.PENDULO SIMPLE: El pndulo simple o matemtico, es un punto geomtrico con masa suspendido de un hilo inextensible. Este modelo de pndulo llamado pndulo matemtico es imaginario.Figura N 1: Movimiento del pndulo12 18. Experimentos de ondas, fluidos y calorEn la misma Figura N 1 se representan las fuerzas que actan sobre la masa pendular. La simetra de la situacin fsica exige utilizar un sistema de coordenadas cuyos ejes tengan las direcciones de la aceleracin tangencial y de la aceleracin centrpeta de la masa. Aplicando la segunda ley de Newton y desarrollando las ecuaciones respectivas:(1) Esta ecuacin diferencial no es lineal, y por lo tanto el pndulo simple no oscila con Movimiento Armnico Simple M.A.S. (es decir que en este tipo de movimiento el periodo se conserva) Sin embargo para pequeas oscilaciones (amplitudes del orden de los 10),, se tiene:(2) es decir, para pequeas amplitudes el movimiento pendular es armnico. La frecuencia angular propia es: (3) el periodo propio ser: (Pndulo Simple) l g(4)4 2 l T2(5)T = 2 despejando g: g=Donde:T = Periodo ( s ). l = Longitud del pndulo ( m ). 13 19. Experimentos de ondas, fluidos y calorg = Aceleracin de la gravedad ( m s 2 ) Principales leyes del pndulo simple: 12-El periodo es independiente de la masa del pndulo. El periodo es directamente proporcional a la raz cuadrada de la longitud del pndulo.PENDULO COMPUESTO: Cuando un cuerpo pesado (disco metlico) no pende de un hilo sin peso, sino de un cuerpo con masa no despreciable (barra metlica) tenemos un pndulo compuesto. En este caso hay que tener en cuenta la distribucin de la masa de la barra metlica y el punto donde pende el disco metlico, de modo que su perodo de oscilacin viene dado por la expresinT = 2Le g(6)donde "Le" es la longitud equivalente del pndulo, cuyo valor es:Le =I mR(7)siendo "I" el momento de inercia respecto al eje de suspensin, "m" la masa total del pndulo (disco y barra) y "R" la distancia entre el eje de suspensin y el centro de masas del conjunto (barra y disco). Sustituyendo esta ltima expresin en la frmula que nos da el perodo de oscilacin "T" se obtiene:g=144 2 I m RT2(8) 20. Experimentos de ondas, fluidos y calorTeniendo en cuenta la geometra del sistema: NLbLaD Figura N 2: Pndulo CompuestoObtenemos las siguientes relaciones:R=1 mb Lb 2 m a + mb(9)1 mb L2 b 3(10)m a La +I = ma L2 + adonde: - ma = masa del disco metlico - mb = masa de la barra metlica - La = distancia del punto de suspensin al centro del disco metlico - Lb = longitud total de la barra metlica. Para el clculo de "I" se ha supuesto que el momento de inercia del disco, respecto a un eje perpendicular a l y que pase por su centro de gravedad, es despreciable frente al trmino ma La2 . 15 21. Experimentos de ondas, fluidos y calor4.PROCEDIMIENTO: PENDULO SIMPLE: 1. Prepare el pndulo con una masa liviana tal y como se muestra en la Figura N 3. 2. Una bola de acero de masa m, pende de un hilo inextensible cuya masa es despreciable. La longitud del pndulo es la distancia entre el extremo superior del hilo, cuyo punto est en el eje de giro (P), y el centro de la bola de acero (Q). Esta longitud (L) se mide con una regla graduada. Una vez conseguida la posicin de equilibrio, el sistema se separa de 3. la misma oscilando con amplitudes pequeas ( 30,0 EHz> 2010-15 JRayos X< 10 nm> 30,0 PHz> 2010-18 JUltravioleta extremo< 200 nm> 1,5 PHz> 99310-21 JUltravioleta cercano< 380 nm> 789 THz> 52310-21 JLuz Visible< 780 nm> 384 THz> 25510-21 JInfrarrojo cercano< 2,5 m> 120 THz> 7910-21 JInfrarrojo medio< 50 m> 6,00 THz> 410-21 JInfrarrojo lejano/submilimtrico< 1 mm> 300 GHz> 20010-24 JMicroondas< 30 cm> 1 GHz> 210-24 JUltra Alta Frecuencia - Radio 300 MHz> 2010-24 JMuy Alta Frecuencia - Radio< 10 m> 30 MHz> 20010-24 JOnda Corta - Radio< 180 m> 1,7 MHz> 1,1310-27 JOnda Media - Radio< 650 m> 650 kHz> 43,110-27 JOnda Larga - Radio< 10 km> 30 kHz> 20010-27 JMuy Baja Frecuencia - Radio> 10 km< 30 kHz< 20010-27 J189 187. Experimentos de ondas, fluidos y calorFIGURA B1: Diagrama del espectro electromagntico, mostrando el tipo, longitud de onda con ejemplos, frecuencia y temperatura de emisin de cuerpo negro.Hablamos de matar el tiempo como si no fuera el tiempo el que nos mata a nosotros. Alphonse Allais190 188. Experimentos de ondas, fluidos y calorAPENDICE C: CONSTANTES FISICAS CONSTANTES FSICAS CON ALTA DEFINICIN DECIMAL Y ALGUNAS EQUIVALENCIAS R = 8.314 m3 Pa/ mol K = 0.08314 litro bar / mol K = 0.08206 litro atm / mol K = 62.36 litro mmHg / mol K CONSTANTE DE LOS GASES (R)= 0.7302 ft3 atm / lb-mol R = 10.73 ft3 psia / lb-mol R = 8.314 J / mol K = 1.987 cal / mol K = 1.987 BTU / lb-mol RACELERACIN NORMAL DE LA GRAVEDADg = 9.80665 (m / s2) = 1.27094 E8 (m / h2) = 32.174 (ft / s2) = 4.16975 E8 (ft / h2)FACTOR DE CONVERSIN DE LA LEY DE NEWTON (gc)gc = 9.80665 (kg m / kgf s2) = 32.174 (lb ft / lbf s2)EQUIVALENTE MECNICO DE CALORJ = 4.1840 J / cal = 0.23901 cal / J = 426.63 kgf m / cal = 777.67 lbf ft / BTUNMERO DE AVOGRADONA = 6.023 E23 molculas / mol-gCONSTANTE DE BOLTZMANNK = 1.3805 E-16 erg / molec KCONSTANTE DE PLANCKh = 6.6242 E-27 erg sCONSTANTE DE FARADAYF = 96520 coulomb / equiv-gCONSTANTE DE RADIACIN DE STEFAN-BOLTZMANN4.878 E-8 (kcal / h m2 K) = 0.1712 E-8 (BTU / h ft2 R)CARGA DEL ELECTRNe = 1.602 E-19 coulVELOCIDAD DE LA LUZc = 2.99793 E-10 cm / sVOLUMEN MOLAR EN C.N.V = 22.415 m3 / mol-kgCERO ABSOLUTO DE TEMPERATURA-273.16 C = -459.69 F 191 189. CONSTANTES FSICAS MAS USADAS g = 9,8 [m/s2] e = -1,6010-19 [C] k = 1,3810-23 [J/K] G = 6,6710-11 [N-m2/kg2] 0 = 410-7 [H/m]= 1,2610-6 [H/m] Constante de permitividad: 0 = 8,8510-12 [F/m] Constante de Planck: h = 6,6310-34 [J-s] Constante de proporcionalidad: K = 9109 [N-m2/C2] Constante solar = 1340 [W/m2] Constante universal de los gases ideales: R = 0,082 [atm-l/mol-K] = 1,98 [cal/mol-K] = 8,32 [J/mol-K] Densidad del aire seco a 0 C y 1 [atm] = 1,293 [kg/m3] Densidad mxima del agua ( a 3,98 C y 1 [atm] ) = 1 [g/ml] Densidad media de la Tierra = 5522 [kg/m3] = 5,522 [kg/l] Equivalente mecnico del calor: J = 4,19 [J/cal] Longitud de onda del electrn segn Compton: e = 2,4310-12 [m] Masa de la Tierra = 5,9831024 [kg] Masa del electrn en reposo: me = 9,1110-31 [kg] Masa del neutrn en reposo: mn = 1,6710-27 [kg] Masa del protn en reposo: mp = 1,6710-27 [kg] Momento del dipolo magntico terrestre = 6,41021 [A-m2] Momento magntico del electrn = 9,2810-32 [J-m2/Wb] Nmero de Avogadro: No = 6,021023 [mol-1] Punto de congelacin del agua = 273,15 [K] Punto de ebullicin del agua = 373,15 [K] Punto triple del agua = 273,16 [K] Aceleracin de gravedad (valor promedio): Carga del electrn: Constante de Boltzmann: Constante de gravitacin universal: Constante de permeabilidad:192 190. Experimentos de ondas, fluidos y calorRadio de la primera rbita de Bohr en el tomo de hidrgeno: a0 = 5,2910-11 [m] Radio ecuatorial de la Tierra = 6,378106 [m] Radio polar de la Tierra = 6,357106 [m] Radio promedio de la Tierra = 6,371106 [m] Relacin masa-energa = 8,991016 [m2/s2] Velocidad angular media de rotacin de la Tierra = 7,2910-5 [s-1] Velocidad de la luz en el vaco: c = 3,00108 [m/s] Velocidad del sonido en el aire seco a 0 [C] y 1 [atm]= 331,4 [m/s] Velocidad orbital media de la Tierra = 29.770 [m/s] Volumen de la Tierra = 1,0871021 [m3] Volumen patrn de los gases ideales a 0 [C] y 1 [atm]= 0,0224 [m3] = 22,4 [l]La esperanza es el sueo de un hombre despierto. Aristteles193 191. Experimentos de ondas, fluidos y calorAPENDICE D: DATOS GRAFICOSCENTRO DE GRAVEDAD DE ALGUNAS FIGURASEl centro de gravedad de slidos simtricos coincide con su centro de simetra 195 192. Experimentos de ondas, fluidos y calorMOMENTO DE INERCIA DE ALGUNOS OBJETOS RIGIDOS196 193. Experimentos de ondas, fluidos y calorFIGURAS DE EQUIPOS DE LABORATORIO197 194. Experimentos de ondas, fluidos y calorFIGURAS DE SENSORES E INTERFACE DE LABORATORIO198 195. Experimentos de ondas, fluidos y calor199 196. Experimentos de ondas, fluidos y calorEl ignorante afirma, el sabio duda y reflexiona. Aristteles200 197. Experimentos de ondas, fluidos y calorAPENDICE E: USO DEL SOFTWARE LOGGER PRO (En una experiencia de laboratorio)INTERFASE LABPROInstalacin Fsica: 1.La interfase requiere de una fuente de alimentacin a 6 VDC o 4 pilas tipo AA.2.Una conexin a la PC mediante el puerto USB o el puerto Serie (una vez instalada, la interfase es reconocida automticamentepor el Logger Pro) Sensores analgicos (lado izquierdo de la interfase mximo 4), y/o Sensores digitales (lado derecho de la interfase mximo 2)3. 4.201 198. Experimentos de ondas, fluidos y calorPROCEDIMIENTO: PRIMERO: Instalar y Conectar el (los) sensor (es) + interfase + Pc, para que el software reconozca automticamente los equipos instalados. SEGUNDO: En el Escritorio del monitor del computador haga Click en el icono Logger Pro 3.4.2 Espaol . Luego, podr observar en la pantalla la presentacin del software y automticamente la tabla de datos (variables a tomar). TOMA DE DATOS TERCERO: Se inicia la toma de datos haciendo Click en la toma de datos hacer Click en, luego para finalizar.La toma de datos se realizar de forma automtica por el sensor, llevando la informacin a la computadora; donde la tabla de datos ser llenada y estos datos sern graficados inmediatamente, lo cual se podr visualizar en la pantalla en tiempo real. CUARTO: Si no se observa la grafica cmodamente, haga Click sobre ella y luego pulse las teclas Control + J al mismo tiempo, esta accin permite ampliar (auto escala) la grafica para su mejor observacin. QUINTO: Si desea conservar los datos adquiridos y realizar otra toma de datos, ubicar el puntero del Mouse sobre: Experimento Almacenar la ltima serie., luego, haga Click sobre el. Sugerencia: Los datos se guardaran no se borraran. PROCESANDO LOS DATOS SEXTO: Identificar la grafica (funcin) obtenida por el software, luego hacer el ajuste curvas (no se preocupe! el software lo har por usted). Con el puntero del 202 199. Experimentos de ondas, fluidos y calorMouse sobre la curva (grafica) seleccionar el rea de inters a analizar; haciendo Click en una extremo del rea seleccionada y arrastrando sin dejar de presionar el botn izquierdo del Mouse hacia el extremo opuesto, de esta manera quedara sombreada el rea seleccionada. Luego, dirigirse al men principal (textual o de grficos) y luego haga Click sobre la sentencia o icono de AJUSTE LINEAL si fuera el caso que sea una funcin lineal, o dirigirse a AJUSTE DE CURVAS si la curva fuera una funcin polinomial u otra funcin.,Ejemplo N 1: Si el rea seleccionada contuviese una curva descrita por una funcin cuadrtica, entonces procederemos de la siguiente manera en este orden:203 200. Experimentos de ondas, fluidos y calor204 201. Experimentos de ondas, fluidos y calorEjemplo N 2: Demostracin de datos Seleccione la regin de intersMuestra de Graficas y Tablas205 202. Experimentos de ondas, fluidos y calorUSO DEL SENSOR DE MOVIMIENTO Y FORMA DE TRABAJAR EN EL ALBORATORIO DE FISICAQue la comida sea tu alimento y el alimento tu medicina. Hipcrates206 203. Experimentos de ondas, fluidos y calorGLOSARIOCiencia; es un conjunto de conocimientos ordenados, sistematizados con una metodologa propia. Capilaridad; es la cualidad que posee una sustancia para absorber un lquido. Sucede cuando las fuerzas intermoleculares adhesivas entre el lquido y el slido son mayores que las fuerzas intermoleculares cohesivas del lquido. Esto causa que el menisco tenga una forma curva cuando el lquido est en contacto con una superficie vertical. En el caso del tubo delgado, ste succiona un lquido incluso en contra de la fuerza de gravedad. Este es el mismo efecto que causa que los materiales porosos absorban lquidos. Colisin; encuentro entre dos partculas subatmicas incluyendo los fotones. Compresin; esta fuerza aparece en el interior de los cuerpos, cuando fuerzas exteriores tratan de comprimirlo. Desplazamiento; sentido vectorial que define la posicin final de un mvil respecto a su origen o punto de partida. Diagrama de Cuerpo Libre; (DCL) es el dibujo aislado de uno de los cuerpos de un sistema, en el cual se grafican todas las fuerzas externas aplicadas sobre l. Dinmica; parte de la Mecnica de Slidos que estudia el movimiento teniendo en cuenta las causas que lo producen. Electrn voltio; eV, unidad de energa equivalente a la energa ganada por un electrn al pasar por una diferencia de potencial, V. Emisin termoinica; emisin de electrones a partir de una superficie caliente. Energa; es la capacidad que tiene un cuerpo para poder realizar trabajo, esta medida en joulio, [J]. Espectro electromagntico; continuo de energa, fotones x, gamma y los otros tipos de radiacin no ionizante. Espacio recorrido; es la longitud de la trayectoria que describe un mvil. Esttica; estudia las condiciones que deben cumplirse para que un cuerpo, sobre el cual actan fuerzas o cuplas, o cuplas y fuerzas a la vez, quede en equilibrio. 207 204. Experimentos de ondas, fluidos y calorExcitacin; la adicin de energa al sistema, transfiriendo energa del estado base a un estado excitado. Fsica; ciencia cuyo objetivo es estudiar los componentes de la materia y sus interacciones mutuas. En funcin de estas interacciones el cientfico explica las propiedades de la materia en conjunto, as como los otros fenmenos que observamos en la naturaleza. Fotn; cuanto de energa electromagntica. Frecuencia; (f) es el tiempo empleado por un mvil en dar una vuelta completa sobre una trayectoria circular. Friccin; se llama rozamiento o friccin a aquella fuerza que aparece en la superficie de contacto de dos cuerpos diferentes en movimiento relativo, oponindose siempre a dicho movimiento. Fuerza; magnitud fsica que viene a ser el resultado de la interaccin entre las diferentes formas de movimiento de la materia. Se tiene: fuerza gravitacionales, fuerzas electromagnticas, fuerzas mecnicas, fuerzas nucleares, etc. Gravedad; (g) es la atraccin que la tierra ejerce sobre los dems cuerpos. Tambin se le llama "aceleracin gravitatoria terrestre". Ella determina el peso de los cuerpos.. Interaccin; fenmeno, por el cual puede o no existir variacin en la direccin y/o cambios en la energa de las partculas. Ion; partcula con carga elctrica. Ionizacin; quitar un electrn de un tomo. Isbaros; tomos que tienen el mismo nmero de nucleones, pero distinto nmero de protones y neutrones. Istonos; tomos con el mismo nmero de neutrones. Istopos; tomos con el mismo nmero de protones. Isotrpico; con la misma intensidad en todas direcciones. Ley de La Inercia; una partcula libre se mueve siempre con velocidad constante, o (lo que es lo mismo) sin aceleracin. 208 205. Experimentos de ondas, fluidos y calorLongitud de onda; distancia entre puntos similares de una onda senoidal; longitud de un ciclo. Masa; magnitud fsica escalar que mide la cantidad de materia que posee un cuerpo, esta dada en kilogramos, [kg]. Materia; cualquier cosa que ocupa un lugar y tiene forma y tamao. Medir; es comparar una magnitud con otra de su misma especie asumida en forma arbitraria como unidad. Monoenergtico; fotn de una sola energa. Mvil; cuerpo o partcula que se mueve. Movimiento Circular; es aquel movimiento cuya trayectoria es una circunferencia. Movimiento Relativo; cuando las caractersticas fsicas de las partculas (tales como velocidad, aceleracin, trayectoria, etc.), se refieren a ejes mviles o son medidos desde sistemas coordenados en movimiento. Nuclen; protn o neutrn. Periodo; (T) es el tiempo empleado por un mvil en una vuelta completa sobre una trayectoria circula. Peso; es la fuerza con la que la tierra atrae a un cuerpo. Es una magnitud vectorial como toda fuerza, y su direccin es vertical dirigida hacia el centro de la tierra. Radiacin; energa emitida y transferida a travs de la materia. Radiacin electromagntica; radiacin x o gamma y algunas radiaciones no ionizantes. Radiactividad; propiedad de ciertos ncleos de emitir partculas o fotones (x o gamma) espontneamente. Resonancia mecnica; es un fenmeno que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la accin de una fuerza peridica cuyo periodo de vibracin coincide con el periodo de vibracin caracterstico de dicho cuerpo. En estas circunstancias el cuerpo vibra, aumentando de forma progresiva la amplitud del movimiento tras cada una de las actuaciones sucesivas de la fuerza. Este efecto209 206. Experimentos de ondas, fluidos y calorpuede ser destructivo en algunos materiales rgidos como el vaso que se rompe cuando un tenor canta. Sistema Internacional (SI); En la X Conferencia de Pesas y Medidas (1954) se establecieron las unidades y magnitudes fundamentales de SI. Este sistema fue complementado en la XIV Conferencia, (realizado en Francia en 1971). Dicho sistema tambin es conocido como sistema "GIORGI". Tensin; es aquella fuerza interna que aparece en el interior de los cuerpos flexibles (cuerdas, cables) o barras (en este caso se denomina "traccin"), tratando de evitar su posible estiramiento. Actan a lo largo de estos cuerpos manteniendo constante su valor, excepto en los puntos donde haya contacto con otros cuerpos. Tensin Superficial; al fenmeno por el cual la superficie de un lquido tiende a comportarse como si fuera una delgada pelcula elstica. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Hydrometra stagnorum), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensin superficial (una manifestacin de las fuerzas intermoleculares en los lquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los lquidos y las superficies slidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad, Trayectoria; lnea que resulta de unir todas las posiciones sucesivas ocupadas por un mvil durante su movimiento. Vector; segmento de recta orientado (comnmente llamado flecha), que sirve para representar las magnitudes vectoriales. Velocidad; es una magnitud vectorial cuyo mdulo mide la rapidez con que el mvil cambia de posicin."La que llamamos "casualidad" no es ms qua la ignorancia de las causas fsicas." LEIBNITZ210 207. Experimentos de ondas, fluidos y calorMODELO DE ESTRUCTURA DE INFORMES*Cartula*Resumen Conciso, coherente, mencionar resultados importantes*ndice o contenido*Introduccin Marco referencial de la importancia del trabajo Breve descripcin de los captulos del trabajo o puntos ms importantes del trabajo*Teora del Tema Fundamento detallado en que se basa el trabajo*Parte Experimental o Clculos Experimental - Descripcin experimental del trabajo - Descripcin del Equipo: Marca, Modelos, principales, Calibracin de los equipos. - Mediciones o Toma de datos Clculos - Modelos Fsico - matemticos - Mtodos numricos utilizados - Metodologa del procesamiento de los clculos*Anlisis y Discusin de Resultados Limitaciones encontradas en los modelos, teoras, etc. Comparacin de resultados con otros de referencia Errores 211Caractersticas 208. Experimentos de ondas, fluidos y calor*Resultados Resultados en tablas y grficos con descripcin sucinta pero muy consistente*Conclusiones Conclusiones bsicamente de los resultados del trabajo*Sugerencias y Observaciones Referidas al trabajo para mejoras futuras*Bibliografa Bien escrita Ejemplo: [1] DAHL, R.E., YOSHIKAWA, H.H., Neutron spectra calculations for radiation damage studies, Nucl. Sci. Eng. 17 (1963) 389-403.*Apndices o Anexos Temas especiales que complementan el trabajo y no es conveniente ubicarlo dentro del contenido principal del trabajo. Ejemplo: Modelos tericos especiales, listado de programas de clculo, etc.Cuando asum el cargo, slo los fsicos energticos haba odo hablar de la World Wide Web. Ahora hasta mi gato tiene su propia pgina. Bill Clinton212 209. Experimentos de ondas, fluidos y calorREGLAMENTO INTERNO LABORATORIO DE FISICADE LOS USUARIOS Son usuarios del Laboratorio de Fsica: Todo el personal directivo y docente de todas las facultades. Toda persona que tenga la debida autorizacin del Vicerrectorado Acadmico. Alumnos del rea de Ingeniera. DE LOS SERVICIOS El Laboratorio de Fsica ofrece los siguientes servicios a los usuarios: Prstamo de equipos y materiales a usar en el laboratorio para el desarrollo de prcticas, proyectos e investigaciones que tengan que ver con la carrera del usuario. Prstamo de material bibliogrfico (Hojas tcnicas, catlogos) para consulta dentro del laboratorio. Orientacin a todos los usuarios en cuanto a la utilizacin de los recursos del laboratorio. Asesora y orientacin en los cursos de Fsica. DE LOS REQUISITOS PARA UTILIZAR EL LABORATORIO DE FISICA Los usuarios del Laboratorio de Fsica deben de cumplir con los siguientes requisitos para poder hacer uso de los recursos: Los estudiantes deben tener su carn actualizado. Presentar el carn y la ficha de solicitud al encargado del laboratorio; el carn le ser devuelto cuando se haga la devolucin del equipo en buen estado. El uso del carn es personal e intransferible; el mal uso que se haga de ste es responsabilidad nica del usuario. En caso de recuperacin de laboratorio, gestionar con anticipacin dicha recuperacin va escuela acadmica. DEL COMPORTAMIENTO DENTRO DEL LABORATORIO Dentro del laboratorio se deben guardar las siguientes normas de comportamiento: No se permite el ingreso de comestibles o bebidas al laboratorio.213 210. Experimentos de ondas, fluidos y calorEst terminantemente prohibido realizar prcticas ajenas a la carrera a la cual pertenece el usuario. El laboratorio tiene asignados horarios de prcticas para algunas asignaturas; cuando stas se estn efectuando se prohibe el ingreso de estudiantes que no pertenezcan a estos grupos. (los horarios sern publicados en cartelera y debern ser respetados). La hora de entrada tiene una tolerancia mxima de cinco (05) minutos, despus de eso el alumno perder la prctica de laboratorio. No interrumpir mientras el profesor este dictando su clase de laboratorio. El alumno debe anotarse en la lista de asistencia del Laboratorio de Fsica para sus archivos. Cada mesa de trabajo tendr un mximo de cuatro (04) alumnos que formaran un grupo de trabajo. Se prohibe estar paseando de mesa en mesa, si se requiere realizar alguna consulta, tendr que levantar la mano y esperar que el profesor lo atienda. Deber respetar las prcticas realizadas en los ambientes junto al laboratorio. Deber guardar cordura y respeto hacia el profesor y sus compaeros. Las parejas evitaran mostrarse en el laboratorio de Fsica. OBS: Para el desarrollo de las experiencias de laboratorio, la asistencia a las prcticas es condicin necesaria para aprobar la asignatura. DE LOS PRESTAMOS DE EQUIPOS DE LABORATORIO Y MATERIALES En el formato de prstamo deben ir registrados todos los nombres de las personas que integran el grupo de trabajo; adems, los equipos, materiales, hojas tcnicas que se deseen utilizar. La solicitud de prstamo debe ir acompaada del carn del responsable de mesa. Una vez le sean entregados los equipos al usuario, ste es responsable de ellos; por tal razn, se recomienda verificar su estado y notificar al encargado si existe alguna falla antes de iniciar su prctica. Cuando no est seguro del manejo de un equipo, solicite ayuda a su profesor o al encargado del laboratorio; tambin puede consultar los manuales de usuario de los equipos que se encuentran en el laboratorio. Los manuales de diseo y catlogos no podrn retirarse para consulta fuera del laboratorio y deben ser entregados antes de terminar la hora asignada. RECOMENDACION: Para el buen xito de sus trabajos en el laboratorio es importante el buen manejo que usted haga de los equipos, manuales y componentes; el buen trato de stos alarga su vida til.214 211. Experimentos de ondas, fluidos y calorDE LAS SANCIONES Sern causales de sancin para el usuario del laboratorio las siguientes: Dao o deterioro de elementos o equipos de laboratorio. Comportamiento que atnte contra las normas establecidas en el reglamento del laboratorio. Extravo o prdida definitiva de elementos que le sean prestados. Art. 1. El usuario que sin previa autorizacin retire material del laboratorio (manuales o elementos) perder el derecho a usar el laboratorio durante una semana si los elementos son devueltos el mismo da; por cada da de retraso, recibir una semana sin servicios de cualquier tipo en el laboratorio. Art. 2. Las personas que por mal manejo o descuido daen total o parcialmente un equipo (instrumento de laboratorio) debern reponerlo con uno de las mismas caractersticas en un perodo no mayor a un mes o, en su defecto, pagar el costo de reparacin. Adicionalmente, se le sancionara adecuadamente. Art. 3. El material y equipo prestado en forma excepcional deber ser devuelto en el plazo fijado. El incumplimiento a esta norma ser sancionado con una amonestacin por escrito, con copia a la facultad que pertenece y a Vice Presidencia Acadmica, adems se le suspender del servicio de prstamo por un perodo prefijado. Art. 4. Toda persona que viole las normas de comportamiento dentro del Laboratorio de Fsica tendr una sancin disciplinaria y le ser suspendido el servicio por un perodo indeterminado. Art. 5. A la persona que intencionalmente maltrate y malogre un equipo o material de laboratorio se le suspender todos los servicios de laboratorio por un perodo de un mes. DE LOS PAZ Y SALVOS El Laboratorio de Fsica retendr las fichas para matrcula o certificados de graduacin a todas las personas que tengan deudas con el laboratorio al final del semestre acadmico. Este reglamento empezar a regir a partir de su fecha de expedicin: Febrero del 2001 ADVERTENCIA: Al hacer uso de cualquier equipo o implemento del Laboratorio, el usuario declara haber ledo, entendido y aceptado el presente reglamento antes de hacer uso del (de los) mismo(s).215