GUIA LAB FISICA 1 2019-1.pdf

Índice PRESENTACIÓN .............................................................................. .......................................................................................................................... ............................................ ii OBJETIVOS .............................................................. .................................................................................................................................iii ...................................................................iii NORMAS GENERALES DEL LABORATORIO .......................................................... ................................................................................ ......................iv MODELO DE INFORME DE LABORATORIO ................................................................................ ................................................................................ v PRÁCTICA N° 01 ........................................................................................ ......................................................................................................................... ................................. 7 USO Y MANEJO DEL LABQUEST2 Y SENSORES .......................................................................... .......................................................................... 7 PRÁCTICA N° 02 ........................................................................................ ....................................................................................................................... ............................... 17 MODELACIÓN Y AJUSTE DE CURVAS ................................................................... ....................................................................................... .................... 17 PRÁCTICA N° 03 ........................................................................................ ....................................................................................................................... ............................... 23 VECTORES EN EL PLANO ............................................................... .......................................................................................................... ........................................... 23 PRÁCTICA N° 04 ........................................................................................ ....................................................................................................................... ............................... 30 MOVIMIENTO EN UNA DIMENSIÓN ......................................................... ........................................................................................ ............................... 30 PRÁCTICA N° 05 ........................................................................................ ....................................................................................................................... ............................... 38 MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES..................................................................................... DIMENSIONES..................................................................................... 38 PRÁCTICA N° 06 ........................................................................................ ....................................................................................................................... ............................... 47 PRIMERA LEY L EY DE NEWTON ........................................................... ...................................................................................................... ........................................... 47 PRÁCTICA N° 07 ........................................................................................ ....................................................................................................................... ............................... 52 SEGUNDA LEY DE NEWTON.......................................................... ..................................................................................................... ........................................... 52 PRÁCTICA N° 08 ........................................................................................ ....................................................................................................................... ............................... 58 FUERZAS DE ROZAMIENTO..................................... ROZAMIENTO...................................................................................................... ................................................................. 58 PRÁCTICA N° 09 ........................................................................................ ....................................................................................................................... ............................... 64 TRABAJO Y ENERGÍA CINÉTICA ............................................................................ ................................................................................................ .................... 64 PRÁCTICA N° 10 ........................................................................................ ....................................................................................................................... ............................... 70 CENTRO DE GRAVEDAD................................................................. ........................................................................................................... .......................................... 70 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ............................................................................................... ............................................................................................... 76

Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

i

PRESENTACIÓN

El presente “MANUAL D E PRACTICAS DE LABORATORIO DE FÍ SICA I”,

reúne dentro de su contenido la variedad de prácticas de laboratorio y está dirigida a los estudiantes de las diferentes carreras profesionales de Ingeniería de la Universidad Privada del Norte.

El objetivo del Laboratorio de Física I es que los estudiantes se familiaricen con conceptos técnicas y herramientas de laboratorio que le permitan conocer conceptos básicos de física: física: Este manual tiene la intención intención de servir como una guía guía práctica para el desarrollo de experimentos.

El manual está constituido por una serie de prácticas de laboratorio diseñada en principios como temas de acercamiento entre los temas teóricos, la observación, el análisis y la interpretación de los fenómenos físicos, pasos importantes en la formación de los estudiantes de Ingeniería.

Lic. Milton Osmar Ruiz Enríquez


ii

OBJETIVOS 

Estimular en el estudiante el desarrollo de su capacidad de observación, análisis e interpretación de fenómenos físicos que permita la comprensión del tema.



Valorar la información cualitativa y cuantitativa como parte del trabajo experimental.



Lograr que el estudiante adquiera destreza, en el manejo de equipos, técnicas y procedimientos fundamentales en el laboratorio como parte de su formación en el campo experimental.


iii

NORMAS GENERALES DEL LABORATORIO ANTES DE INICIAR SU PRÁCTICA :          

La asistencia a la práctica de laboratorio es obligatoria. La tolerancia para entrar al laboratorio será de 5 minutos según indica el Reglamento Interno de Laboratorio. Acatar las instrucciones indicadas en el Reglamento Interno de Laboratorio. No dejar abrigos, abrigos, útiles u otros objetos objetos sobre las mesas mesas de trabajo. trabajo. Es obligatorio llevar la bata en todo momento. Se deben seguir a todo momento las l as indicaciones del Docente. Es imprescindible leer la guía de prácticas antes de comenzar. Verificar que se encuentre todo el material necesario en las condiciones adecuadas. adecuadas. Comunicar cualquier anomalía al Docente Cada grupo de trabajo será responsables del material asignado. Queda prohibido, fumar, comer o beber dentro del laboratorio.

DURANTE EL TRABAJO:    



No debe jugar jugar en las mesas de trabajo. En el área de trabajo t rabajo el estudiante solo mantendrá su cuaderno o laptop. l aptop. Las prácticas son realizadas por los estudiantes en grupos conformados en la primera sesión, los cuales no deben deben cambiarse sin la autorización del del profesor. Cada estudiante tiene la obligación de leer cuidadosamente la guía de la correspondiente práctica en forma individual antes del inicio de la sesión de laboratorio, y debe saber que va a hacer. Todos los miembros del grupo deben participar en el desarrollo de cada uno de las prácticas.

AL TERMINAR : 

 

El lugar y el material de trabajo debe quedar limpio y ordenado, también se deben apagar y desenchufar los aparatos. Entregar para su revisión la rúbrica de la práctica de laboratorio realizada. Hasta que el profesor no de su autorización no se considerara finalizada la práctica y por por lo tanto, no podrás salir de laboratorio.


iv

MODELO DE INFORME DE LABORATORIO A continuación se presentan las pautas para la presentación de informes que deben ser elaborados en el desarrollo de los l os laboratorios.

1.

Título. El título del trabajo debe ser especifico e informativo

2. Resumen: Es el condensado de las ideas centrales o suscripción sucinta de todo el contenido del informe de investigación. Debe incluir la justificación, objetivo general, principales resultados y conclusiones. Su extensión extensión varía de las 200 hasta las 300 palabras como máximo. 3. Datos Experimentales: Algunos proporcionados por la teoría básica o tablas y otros que tendrán que ser calculados en conjunto para llegar a un resultado final. Además calcular los tipos de errores, relativa, porcentual, etc.... También información detallada, ordenada y correcta de datos. 4. Procesamiento de Datos: Los resultados deben presentarse preferiblemente en forma de gráficos. En lo posible evitemos la inclusión de tablas de datos a menos que sean sustanciales. Los datos del experimento deben estar diferenciados de otros datos que puedan incluirse para comparación y tomados de otras fuentes. Como practica invariante debemos expresar resultados con sus incertidumbres en lo posible especificando como las calcularon. 5. Análisis y Discusión de Resultados: En esta parte se presentaran los resultados organizados en tablas, figuras, diagramas (con sus respectivos nombres, unidades y variables), etc. así como sus interpretaciones y comentarios. En caso de tratarse de más de una variable es necesario considerar leyenda. En la discusión se hace la comparación de los resultados medidos versus los resultados estimados y se responde a las siguientes interrogantes: -

¿Qué indican los resultados? ¿Qué se ha encontrado? De tal forma que finalmente se expresa que es lo que se conoce con certeza y en base a esto se va bosquejando las conclusiones.

En la parte de interpretación es necesario responder a las siguientes preguntas: -

¿Qué es importante de los resultados obtenidos? ¿Qué ambigüedades existen? Esto nos lleva a formular una explicación explicación lógica para posibles problemas con los datos. Es importante señalar que en este caso no se puede manifestar que el problema con los datos experimentales proviene de errores humanos, pues esto significa que el experimentador experimentador no es capaz de llevar a cabo el experimento. experimento.

Es necesario también hacer un análisis del error experimental. Para esto se responde a las siguientes interrogantes: -

¿Se puede evitar el error experimental? ¿De qué fue resultado el error experimental? Si no se puede evitar, ¿Está dentro de la tolerancia del experimento? En caso de ser resultado del diseño del experimento ¿cómo es posible mejorar el experimento?


v

Al final, en el análisis y discusión de los resultados es necesaria la explicación de los mismos en función de los planteamientos teóricos y los objetivos de aprendizaje. Además de relacionar los resultados con los objetivos del experimento.

6. Conclusiones: En esta parte se manifiestan las conclusiones en lenguaje sencillo y en forma de afirmación, los cuales estarán alineadas a los objetivos generales y los objetivos específicos del experimento 7. Referencias Bibliográficas: se debe dar la referencia completa según el modelo APA: lo cual es lo siguiente para estos casos. A) LIBROS.- Autor/a (apellido -sólo la primera letra en mayúscula-, coma, inicial de nombre y punto; en caso de varios autores/as, se separan con coma y antes del último con una "y"), año (entre paréntesis) y punto, título completo (en letra cursiva) y punto; ciudad y dos puntos, editorial. Ejemplos: Apellido, I., Apellido, I. y Apellido, I. (1995). Título del Libro. Ciudad: Editorial. Edit orial. Tyrer, P. (1989). Classification of Neurosis. London: Wiley.

B) CAPÍTULOS DE LIBROS COLECTIVOS O ACTAS.- Autores/as y año (en la forma indicada anteriormente); título del capítulo, punto; "En"; nombre de los autores/as del libro (inicial, punto, apellido); "(Eds.),", o "(Dirs.),", o "(Comps.),"; título del libro en cursiva; páginas que ocupa el capítulo, entre paréntesis, paréntesis, punto; ciudad, dos puntos, editorial. Ejemplos: Autores/as (año). Título del Capítulo. En I. Apellido, I. Apellido y I. Apellido (Eds.), Título del Libro (págs. 125-157). Ciudad: Editorial. Singer, M. (1994). Discourse inference processes. En M. Gernsbacher (Ed.), Handbook of Psycholinguistics (pp. 459-516). New York: Academic Press.

C) ARTÍCULOS DE REVISTA.- Autores/as y año (como en todos los casos); título del artículo, punto; nombre de la revista completo y en cursiva, coma; volumen en cursiva; número entre paréntesis y pegado al volumen (no hay espacio entre volumen y número); coma, página inicial, guion, página final, punto. Ejemplos: Autores/as (año). Título del Artículo. Nombre de la Revista, 8(3), 215-232. Gutiérrez Calvo, M. y Eysenck, M.W. (1995). Sesgo interpretativo en la l a ansiedad de evaluación. Ansiedad y Estrés, 1(1), 5-20.

D) MATERIAL CONSULTADO EN INTERNET.- Véase el apéndice al final de esta nota. El World Wide Web nos provee una variedad de recursos que incluyen artículos de libros, revistas, periódicos, documentos de agencias privadas y gubernamentales, etc. Estas referencias deben proveer al menos, el título del recurso, fecha de publicación o fecha de acceso, y la dirección (URL) del recurso en el Web. Formato básico Autor/a de la página. (Fecha de publicación o revisión de la página, si está disponible). Título de la página o lugar. Recuperado (Fecha de acceso), de (URL-dirección) Ejemplo: Suñol. J. (2001). Rejuvenecimiento facial. Recuperado el 12 de junio de 2001, de http://drsunol.com


vi

PRÁCTICA N° 01 USO Y MANEJO DEL LABQUEST2 Y SENSORES I.

MARCO TEÓRICO.

Antes de empezar el trabajo experimental, el estudiante debe de conocer el manejo, recomendaciones recomendaciones y precauciones del equipo que va a utilizar. La utilización inadecuada de este equipo daría lugar a errores en las experiencias realizadas y conllevaría al deterioro del equipo. A continuación describiremos algunos de los equipos con los que trabajaremos en el curso de Física 1: E l L abq abquest2 uest2 es un dispositivo interfaz independiente y versátil utilizado para la recolección de datos mediante sensores con su aplicación integrada de gráficos y análisis. La gran pantalla de alta resolución táctil resistente hace que sea fácil e intuitiva para recoger, analizar y compartir datos de los experimentos. Su conectividad inalámbrica fomenta la colaboración y el aprendizaje personalizado. También puede utilizar LabQuest2 como una interfaz de sensor USB usando el software Logger. El labquest2 consta de las siguientes partes:

F i gur gu r a 1. 1. Parte P artess de de un La L abquest uest 2


7

F i gur gu r a 2. 2. Pa P ar tes tes de de un La L abquest uest 2

F i gur gu r a 3. 3. Pa P ar tes tes de de un La L abquest uest 2 E l Se S ensor de te tempe perr atur atura a de acero inoxidable es un sensor de temperatura que se puede utilizar en líquidos orgánicos, soluciones salinas, ácidos y bases. Tiene un rango de temperatura entre – 40°C 40°C y 135°C y un tiempo de respuesta al cambio de temperatura de 90 segundos; la precisión del sensor es de . Úselo como lo haría con un termómetro para experimentos en química, física, biología, ciencias de la tierra y ciencias ambientales. La temperatura máxima que el sensor puede tolerar sin daño es de .

±0.2 °  0 °,±0. °, ±0.5 °  100 °

150 °


8

F i gur a 4. 4. Se S ensor nsor de Tem Temper atura ur a Verni er E l Se S ensor de fuerza de r ango dual dual es un sensor cuyo propósito general es la medición de las fuerzas. El sensor de fuerza tiene dos rangos de teniendo una precisión distinta para cada rango de . Se puede utilizar en una amplia gama de formas:

±10 ±1 0   ± 50  ±0.±0.01   ± 0.0505 

   

Como un reemplazo para una balanza de resorte de mano Montado en posición horizontal sobre un carro dinámica para estudiar las l as colisiones Montado en un anillo de pie para medir fuerzas en una dirección vertical Recoger datos de dos sensores de fuerza al mismo tiempo para estudiar la Tercera Ley de Newton

F i gur gu r a 5. Se S ensor nsor de F uer uer za de de r ango ng o dual E l sensor de mov movii mi ento utiliza el ultrasonido para medir la posición, velocidad y aceleración de los carros, pelotas, personas y otros objetos. Los rangos de medición son de 15 cm a 6 m. según el tipo de objeto a medir se configura el sensor si es una pelota o persona en el el icono representado representado y si es el carro carro de la misma manera. manera. 

 

Interruptor de sensibilidad reduce el ruido y produce datos de mayor calidad para el estudio de la dinámica de los carros sobre rieles. Se conecta fácilmente al sistema Vernier Dinámico. Girando la cabeza permite flexibilidad en la configuración del experimento.


9

F i gur a 6. Se S ensor nsor de Movi Movi mi ento L as F otop otopuertas uertas son sensores de luz que leen cuando un objeto atraviesa y corta el haz de luz. Además, permiten la sincronización extremadamente precisa de eventos dentro de experimentos de la Física, para el estudio de caída libre, las colisiones, los períodos de péndulo, la velocidad de un objeto, entre otras cosas. La Fotopuerta Vernier incluye una varilla de accesorio para el montaje en un soporte de anillo. La Fotopuerta tiene un puerto de entrada para para conectar en una configuración configuración de cadena cadena tipo margarita con hasta hasta cuatro puertas de ir a un solo canal de interfaz. El ancho de la Fotopuerta es de 75 mm.

F i gur a 7. 7. Se S ensor nsor F otop topuer uer ta E l sensor sensor de luz se se puede usar para mediciones de intensidad de luz en una variedad de situaciones. Como: 

     

Realice experimentos de intensidad de luz cuadrada inversa utilizando una fuente puntual de luz. Llevar a cabo estudios de filtros polarizados. Demostrar el parpadeo de lámparas fluorescentes y otras lámparas. Llevar a cabo estudios de energía solar. Realizar estudios de reflectividad. Estudie la intensidad de la luz l uz en varias partes de una casa o escuela. Úselo como parte de un estudio del crecimiento de la planta para medir la intensidad de la luz.


10

El interruptor en la caja se usa para seleccionar el rango. Si la lectura del sensor alcanza el máximo para los rangos seleccionados, seleccionados, debe cambiar a un rango menos sensible. Si la la lectura es muy pequeña o 0, debe seleccionar un rango más sensible. 





El rango de 0-600 lux es el rango más sensible. Es útil para bajos niveles de iluminación. El rango de 0-6000 lux es un buen rango de uso general para niveles de luz interior. El rango de 0-150,000 lux se usa principalmente para mediciones en luz solar.

F i gur a 8. Se S ensor nsor de luz E l sensor de campo campo mag mag néti néti co mide un componente vectorial del campo magnético cerca de la punta del sensor. La punta se puede ajustar, permitiendo al usuario medir campos que son paralelos o perpendiculares al eje largo del sensor. El sensor de campo magnético se puede utilizar para una variedad de experimentos interesantes que involucran campos magnéticos.     

Mide y estudia el campo magnético de la Tierra. Determine la dirección del norte magnético. Estudia el campo magnético cerca de un imán permanente. p ermanente. Mida el campo cerca de un cable portador de corriente. Mida el campo en la apertura de un solenoide.

F i g ura ur a 9. Se S ensor de C ampo M agné gn ético


11

II.

OBJETIVOS

Objetivo General: 

Aprender el uso correcto del Labquest2 Labquest2 y los sensores

Objetivo Específico: 

III.

MATERIAL Y EQUIPO    

IV.

Uso y manejo correcto del Labquest2 Labquest2 y los sensores sensores de Movimiento, Fotopuerta, Fuerza, Temperatura, Campo Magnético y Luz.

01 Labquest2 01 Sensor de Movimiento 01 Sensor de Fotopuerta 01 Sensor de Fuerza

PROCEDIMIENTO

Parte “a”: VELOCIDAD DE MARCACIÓN 1. Encienda el dispositivo labquest2. 2. Conecte el sensor fotopuerta al labquest2 (conector blanco en el puerto DIG 1 ó DIG2, el conector negro al sensor fotopuerta) 3. En la pantalla del labquest2 localice TEMPORALIZADOR y presiónelo con el lápiz del dispositivo, aparecen 5 opciones de marcado, debe seleccionar la segunda y dar OK. 4. Con una mano sostenga el sensor fotopuerta de forma horizontal, presione PLAY y con la otra mano pase el cart picket fence de forma vertical (como si pasara una tarjeta) entre los brazos del sensor fotopuerta asegurando que las marcas de la regleta pasen por el haz de luz. 5. Una vez realizado el paso de la regleta el labquest2 mostrara dos gráficos (Dist VS Tiempo y Velo VS Tiempo) calcularemos la velocidad promedio presionando ANALIZAR – ESTADISTICAS ESTADISTICAS – VELOCIDAD VELOCIDAD 6. Para observar el valor requerido r equerido presione VELOCIDAD que se encuentra al lado derecho de la pantalla y aparecerá todos los datos obtenidos con la estadística, anote la media en la tabla. 7. Los demás miembros del grupo deben repetir el procedimiento.


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MIEMBRO DEL GRUPO

VELOCIDAD (m/s) DE ABAJO DE ARRIBA HACIA ARRIBA HACIA ABAJO

Parte “b”: ¿QUÉ TAN RÁPIDO CAMINAMOS? 1. Encienda el dispositivo labquest2. 2. Conecte el sensor de movimiento en la entrada DIG1 o DIG2. 3. Un compañero debe sostener el sensor de forma fo rma vertical apuntando a un segundo compañero que debe estar de pie a 3 m aproximadamente. 4. Un tercer compañero debe presionar PLAY para que el sensor empiece a tomar datos y el segundo compañero que está de pie debe acercarse al primer compañero que sostiene el sensor caminando constantemente, una vez que estén muy próximos (50cm aproximadamente) el tercer compañero debe detener el sensor volviendo a presionar PLAY. 5. En el grafico VELO VS TIEMPO seleccione con el lápiz del dispositivo la parte más horizontal que encuentre y presione ANALIZAR – ESTADISTICAS – VELOCIDAD, al lado derecho del grafico aparecerá los valores de la estadísticas, debe anotar la media que representa la velocidad promedio del segundo compañero. 6. Procede a tomar datos cuando el segundo compañero se aleja del primero y encontramos se velocidad al alejarse. 7. Realice los mismos procedimientos para registrar las velocidades promedios de cada miembro del grupo en la tabla.

MIEMBRO DEL GRUPO


VELOCIDAD PROMEDIO (m/s) SE ACERCA

SE ALEJA

13

Parte “c” EL “c” EL PESO DEL ESTUDIO 1. 2. 3. 4.

Descargue en su celular la app SPARKvue de Pasco. Encienda el sensor de fuerza y active la aplicación. Sincronice el sensor con su celular mediante bluetooth. Calibre el sensor de fuerza a cero y tome datos de fuerza de diferentes objetos con que cuente a su disposición. (guía, cuaderno, cartuchera, etc.) 5. Cada miembro del grupo debe realizar lo mismo con sus propios útiles.

OBJETO

PESO (N)

TOTAL

V.  

  

CUESTIONARIO Investigue que otras aplicaciones se pueden realizar con el Labquest2. Que otros sensores además de los que se mostraron aquí se pueden utilizar con el Labquest2 ¿Cuáles son las diferencias entre un sensor analógico y un sensor digital? En la vida cotidiana, ¿qué sensores se podría utilizar util izar y que magnitud se mediría? ¿Qué sensores no necesitan del dispositivo Labquest2?

RIESGOS  Las bancas no deben estorbar el paso a los usuarios.  No colocar en en los bordes de la mesa el labquest2 labquest2 y los sensores. sensores.  No utilizar los toma corrientes corrientes sin la autorización autorización de los responsables. responsables.  No tener comida comida ni bebidas sobre sobre la mesa. Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

14

Fecha: …… / …… / ……

Mesa:…………

I NFORME NFORME DE LABORATO LABORATORI RI O Integrantes: 1.-…………………………………………………………… 2.-…………………………………………………………… 3.-…………………………………………………………… 4.-…………………………………………………………… 5.-…………………………………………………………… 6.-……………………………………………………………

Nota Final: ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… ………………

RESUMEN: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………

PROCESAMIENTO DE DATOS: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………


15

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………

CONCLUSIONES Y REFERENCIAS: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………

Visto Bueno del Docente: ________________________ ________________________ Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

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PRÁCTICA N° 02 MODELACIÓN Y AJUSTE DE CURVAS I.

MARCO TEÓRICO

En los experimentos físicos, con frecuencia surge el problema de obtener una dependencia funcional entre dos o más magnitudes físicas (variables), teniendo como base las mediciones de estas magnitudes físicas (datos experimentales). experimentales). Esta dependencia funcional toma la forma de una ecuación, que por ser construida con los datos experimentales se le denomina empírica. Así, el alargamiento que sufre un resorte como consecuencia de la aplicación de una fuerza, puede ser descrito mediante una ecuación empírica que exprese la relación entre estas dos magnitudes (alargamiento y fuerza). En este caso, tanto la fuerza aplicada como el alargamiento producido se pueden medir y constituyen, respectivamente, respectivamente, las variables independiente y dependiente dependiente de la función.



Para cada valor elegido de la variable independiente le corresponde un valor de la variable dependiente , y la dependencia funcional que se obtiene en base a los diversos valores de y forma la ecuación empírica, la cual se expresa como:

   



1

En algunos casos el modelo son funciones conocidas, tales como polinomios o curvas estadísticas y mediante un ajuste curva obtenemos los coeficientes apropiados. Por ejemplo:

: + :   ++

    :  +   1

E l métod método o de de míni mínimo moss cuadrad cuadr ados os se utiliza asumiendo que la gráfica es una distribución lineal para encontrar los parámetros a y b. Para n datos dados se tiene la siguiente ecuación:

  =   +  =   se obtiene lo siguiente: Multiplicando la ecuación anterior por ∑=     =   +   = = Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

2 3 17

Resolviendo las ecuaciones anteriores se obtiene una expresión para calcular los parámetros de a y b de la función lineal: lineal:

   ∑ ∑ ∑    −     = = =    ∑=  − ∑=        ∑ ∑ ∑ ∑   −     = = = =    ∑  − ∑   =

II.

=

4 5

OBJETIVOS

Objetivo General:  Comprender que todo fenómeno Físico experimental se ajusta a una curva conocida. Objetivos Específicos:  Graficar los datos experimentales y encontrar la ecuación de la recta. r esorte (k).  Determinar de forma experimental la constante elástica del resorte III.     

IV.

MATERIALES Y EQUIPOS 01 Soporte Universal 01 Resorte 08 Pesas de 50 g, 100 g, 200 g 500 g y 1000 g 01 Regla Milimétrica ( ) 04 Balanzas Digitales ( y )

±1± 0.1 g ± 0.01 g

PROCEDIMIENTO 1. Arme el equipo mostrado en la figura 1. 2. Sostenga el resorte del soporte universal de manera vertical y mida la longitud inicial del resorte (sin masas) con la regla milimétrica 3. Pesa cada una de las masas en las balanzas digitales para obtener los valores reales con sus respectivas incertidumbres y anótelos en la tabla 1. 4. Coloque una masa en el extremo libre del resorte y mida la nueva longitud del mismo con la regla milimétrica. 5. Repita el paso anterior por lo menos con 10 objetos de distinta masa (inicie con masas pequeñas y luego vaya aumentado el valor). 6. Con las longitudes finales y la longitud inicial encuentre la deformación para cada resorte. 7. Cada masa multiplique por el valor de la aceleración de la gravedad para hallar la fuerza que aplica el resorte sobre la masa. 8. Con los datos obtenidos llene la tabla 1 y luego aplicando regresión lineal y mínimos cuadrados, halle el valor de K (constante de elasticidad del resorte).




18

F i gura ur a 1. E sque squem ma de de la práctica mod modelación lación y aj aj uste de curva cur va

V.

DATOS

Tabla 1.

°          −   )

1

 

2 3 4 5 6 7 8 9 10 VI.

PROCESAMIENTO DE DATOS 

Con los datos de la tabla 1, llenar la tabla 2 para utilizar las ecuaciones (4) y (5); calcular los valores de “a” y “b”.





De la tabla 1, los datos de la deformación del resorte y la fuerza se llevan al programa Excel o al Labquest2 para obtener el grafico y su ecuación de la recta ( ). El valor de la pendiente de la ecuación de la curva obtenida en el Excel o en el Labquest2 al ingresar los datos es la constante del resorte , anotarlo en la tabla 3.

+


 /

19

Tabla 2.

° 1









2

2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tabla 3.

VII. 

 



 /

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS



Determine el coeficiente de correlación para verificar el modelo estadístico. Este coeficiente debe ser mayor al 65 % para validarlo. Con los resultados obtenidos ¿Qué información nos da la constante de k? Si existe un modelo físico teórico y lineal, ¿podemos utilizar la regresión para estimar los parámetros? Explique. Si el modelo teórico no es lineal, ¿se puede transformar en lineal? Explique.

RIESGOS  Las bancas no deben estorbar el paso a los usuarios.  No colocar en en los bordes de la mesa el labquest2 labquest2 y los sensores. sensores.  No utilizar los toma corrientes corrientes sin la autorización autorización de los responsables. responsables.  No tener comida comida ni bebidas sobre sobre la mesa.  Tener cuidado de que las pesas caigan de la mesa. Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

20

Fecha: …… / …… / ……

Mesa:…………


Nota Final: ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… ………………

RESUMEN: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………



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Visto Bueno del Docente: _______________________ ________________________ _ Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

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PRÁCTICA N° 03 VECTORES EN EL PLANO I.

MARCO TEÓRICO.

Un vector es un segmento de recta dirigido en el espacio, tiene tres características esenciales: modulo, dirección y sentido. Los vectores se representan geométricamente con flechas y se les asigna una letra en su parte superior, como se indica en la figura1.

F i g ura ur a 1. E lem lementos ntos de un vect vector or

Uno de los métodos más usuales para operar vectores consiste en reducirlos a sus componentes (figura 2). Si analizamos vectores en un plano bidimensional, cualquier vector puede representarse como la suma de dos componentes:

Donde:

⃗ ⃗ y

⃗  ⃗ + ⃗

son las componentes del vector a dirigido a lo largo de los ejes “x” y

“y”, respectivamente.

F i gura ur a 2. Co C omponente onentess de un vecto vectorr

Entonces, las componentes

 

⃗ ⃗ ⃗   ̂ ⃗  ̂     y

̂ ̂

y , respectivamente. pueden escribirse de este modo: modo:

Para los ejes “ x” y “ y” se designara los vectores unitarios

Donde ahora y son números ordinarios o escalares. El modulo ó tamaño del vector, situado en el plano es por el teorema de Pitágoras:

  √  + 


23

El cálculo de

Y además:

  y

es a partir de la figura 2.

    

La suma de dos vectores A y B, al reducirse ambos a componentes, es sencilla y se opera de este modo:

⃗  ̂̂ ++   ̂̂   ⃗ +     + ̂ + (  + )̂    ++ 

Aquí definimos un vector suma C, el cual tendrá las siguientes componentes:

Donde este vector queda determinado completamente, conociendo el módulo, dirección y sentido de los vectores A y B. Si un cuerpo está en equilibrio, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, es necesario (aunque no suficiente) que:

 ⃗  0

Si sobre un cuerpo de dimensiones despreciables actúan dos fuerzas, podemos calcular su resultante por este método. Luego, para lograr que el cuerpo se encuentre en equilibrio, habrá que aplicarle una tercera fuerza de igual magnitud y dirección, pero de sentido contrario, por lo cual se cumplirá que:

⃗ + ⃗ + ⃗  0 ⃗ −⃗ + ⃗

Si las fuerzas están situadas en la misma dirección, hallar su resultante es trivial. En el caso de que las fuerzas sean perpendiculares, perpendiculares, el cálculo de la resultante también es sencillo, ya que mediante el teorema de Pitágoras:

  √  +  


24

Si las fuerzas no son perpendiculares (figura 3), tenemos que descomponer y hallar la resultante como se indicó anteriormente. No obstante, si lo único que se desea es hallar la magnitud, podemos aplicar el teorema de Pitágoras generalizado. El mismo plantea que la resultante resultante de dos vectores vectores de módulos F 1 y F2 que forman entre si un ángulo  puede calcularse calcularse como:

  √  +  ± 2

Donde usamos el signo “+” si el ángulo es agudo y el signo “–” si es obtuso. Observe que si  es de 90°, este teorema se reduce al anterior.

F i g ura ur a 3. Sum S uma ator tor i a de de f uer uer zas no pe per pendi ndi culares

II.

OBJETIVOS Objetivo General:  Comprender el concepto de vectores, su definición y suma. Objetivos Específicos:  Comprobar experimentalmente la adición de vectores en un sistema de Fuerzas.  Hallar en forma experimental las componentes rectangulares rectangulares de una fuerza.  Verificar las condiciones de equilibrio de una partícula.

III.       

IV. 1. 2. 3. 4. 5.

MATERIALES Y EQUIPOS: 01 Labquest2 02 Soportes Universales 01 Sensor de Fuerza 04 Masas de 100 g, 200 g, 50 g y 20 g. 02 Poleas 01 transportador Hilo Pabilo PROCEDIMIENTO Conecte el sensor de fuerza al canal analógico CH1 o CH2 del labquest2 y calíbrelo presionando la pantalla del labquest2 y seleccionando poner a cero. Encontramos el peso de cada una de las masas con el sensor de fuerza colocando los valores de fuerza en la tabla 1. Arme el montaje como se muestra en la figura 4. Ajuste las poleas en cada uno de los soportes universales. Coloque el sensor de fuerza y analice el sistema en equilibrio para las masas y .






25

 

6. Mida los ángulos y con ayuda del transportador. 7. Cambie la fuerza y repita el paso anterior llenando los datos en la tabla 2.

F i gura ur a 4. 4. E sque squem ma de de la pr pr ácti ácti ca de V ector ctor es

V.

DATOS

Tabla 1. MASAS

FUERZA (N)

   

Tabla 2. Fuerza 2: …………. ………… . N° 1

 

 °

 °

SENSOR (N)

2 3 4 5 6 7 8 9 10


26

VI. 

PROCESAMIENTO DE DATOS Una vez obtenido los datos de la tabla 2, realizar una suma de todas las fuerzas presentes para comprobar comprobar cada uno de los valores del sensor de fuerza obtenidos para cada fuerza fuerza .



   −







Llenar los valores obtenidos en la tabla 3.

Tabla 3. N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 VII. 



SENSOR

e%

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Encontrar el error porcentual de cada uno de los resultados obtenidos comparándolos comparándolos con el valor de Fuerza dado por el sensor:

|100% %|ó −ó







¿A qué se debe el error experimental que se encontró? y ¿Cómo se podría disminuir? ¿El experimento que usted trabajo considera vectores en 2 dimensiones o en 3 dimensiones? dimensiones? Justifique Justifi que su respuesta. De 3 ejemplos donde se pueda ver los vectores en la vida cotidiana.

RIESGOS  Las bancas no deben estorbar el paso a los usuarios.  No colocar en en los bordes de la mesa el labquest2 labquest2 y los sensores. sensores.  No utilizar los toma corrientes corrientes sin la autorización autorización de los responsables. responsables.  No tener comida comida ni bebidas sobre sobre la mesa.  Tener cuidado que las pesas caigan de la mesa. Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

27

Fecha: …… / …… / ……

Mesa:…………


Nota Final: ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… ………………

RESUMEN: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………



28




29

PRÁCTICA N° 04 MOVIMIENTO EN UNA DIMENSIÓN I.

MARCO TEÓRICO:

La cinemática es la rama de la mecánica que estudia la geometría del movimiento. Para estudiar la cinemática de una partícula es necesario conocer sus ecuaciones de movimiento, las cuales describen la posición (coordenada) y la velocidad en función del tiempo es decir .

   

⃗   ⃗ –⃗

E l desplaz desplazam amii ento de una partícula se define como su cambio de posición hasta una posición de la partícula, su desplazamiento está dado por , y se designa con delta (Δ), que indica el cambio en una cantidad. Por consiguiente, el desplazamiento describe el cambio en la posición de la partícula

⃗

∆⃗⃗  –⃗

1

⃗ ∆∆⃗ ⃗ −– ⃗

2 ∆⃗

L a veloci velocida dad d pr pr ome omedio dio de una partícula se define como la razón de su desplazamiento y el intervalo de tiempo .

∆⃗

∆



La velocidad promedio es independiente de la trayectoria seguida por la partícula. Esto sucede debido a que la velocidad promedio es proporcional al desplazamiento , el cual depende sólo de las coordenadas inicial y final de la partícula; por tanto, se deduce que si una partícula inicia su movimiento en algún punto y regresa al mismo punto vía cualquier trayectoria, su velocidad promedio para este recorrido es cero, debido a que su desplazamiento es cero. Nota: El desplazamiento no debe confundirse con la distancia recorrida, puesto que en cualquier movimiento la distancia recorrida es por completo diferente a cero, sin embargo el desplazamiento es nulo cuando las posiciones inicial y final tienen la misma coordenada. L a r api api de dezz prom prome edio dio se define como el cociente entre la distancia total recorrida y el tiempo total que lleva viajar esa distancia:

           

3

La unidad del SI de la rapidez promedio y la velocidad es la misma, es decir m/s. Sin embargo, a diferencia de la velocidad promedio, la rapidez promedio no tiene dirección, por lo tanto no lleva signo algebraico. algebraico.


30

L a veloci velocida dad d instantá instantánea nea de una partícula es la velocidad calculada para un intervalo de tiempo infinitesimalmente pequeño; en otras palabras, en algún punto sobre una gráfica espacio - tiempo éste concepto tiene una importancia especial cuando la velocidad promedio no es constante en diferentes lapsos de tiempo.

∆

⃗ ⃗

4

La velocidad instantánea puede ser positiva, negativa o cero, dependiendo de la x vs t ). pendiente de la gráfica posición - tiempo tiempo ( x ). L a r api api de dezz i nstantánea nstantánea.. Se define como rapidez instantánea v a la magnitud o valor numérico del vector velocidad, por lo tanto, t anto, es siempre positiva. L a aceler aceleraci ación ón pr pr ome omedio. Se define como la variación de la velocidad en un intervalo de tiempo. La aceleración promedio se calcula por la siguiente ecuación:

⃗ ∆∆⃗

5

⃗ ⃗

6

L a ace aceleraci leración ón insta i nstantá ntánea nea se define como la variación de la velocidad en un intervalo de tiempo infinitesimalmente pequeño y se calcula con la l a siguiente ecuación:

MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE VARIADO (MRUV) Es el movimiento descrito por una partícula que se mueve con aceleración constante “a” y en línea recta; es decir, una dimensión. Las ecuaciones de movimiento para esta partícula son:

   +  −  + 12  −     +−    +2    

7 8 9

En estas ecuaciones y son la coordenada (posición) y la velocidad expresadas como una función del tiempo t sobre el eje x .



Además es la posición inicial, es la velocidad inicial, las cuales son tomadas con respecto al tiempo de referencia . Si el movimiento es vertical va estar sobre el eje y , y tomaría la aceleración como el valor de la gravedad.


31

II.

OBJETIVOS:

Objetivos Generales:  Comprender los conceptos que permiten describir el movimiento de los cuerpos.  Comprender el movimiento de un cuerpo en movimiento rectilíneo uniformemente variado (M.R.U.V.)  Comprender el fenómeno del movimiento rectilíneo uniforme (M.R.U.). Objetivos Específicos:  Determinar las ecuaciones de movimiento x(t) y v(t) de un móvil a partir de los datos experimentales. vs t y y v vs t de de un MRUV.  Interpretar las gráficas x vs  Medir la aceleración de un cuerpo en caída libre utilizando la rejilla y un sensor Fotopuerta  Analizar el movimiento de caída libre como un MRUV vertical. III.       

IV.

MATERIALES Y EQUIPOS: 01 Labquest2 01 Carro Dinámico 01 Riel para carro deslizante 01 Sensor de Movimiento 01 Sensor Fotopuerta 01 Regleta 01 Soporte Universal y pinza PROCEDIMIENTO:

Parte a. M.R.U. y M.R.U.V. 1. Armar el montaje como se muestra en la figura 1. 2. Conecte el sensor de movimiento al canal digital DIG 1 ó DIG 2 del Labquest2 3. Coloque el sensor de movimiento en la parte superior del carril. La inclinación debería formar un ángulo entre 5° y 10°. 4. Conecte el sensor de movimiento a la interface Labquest2 y empiece la toma de datos. Cuidado: “ No presione fuertemente la pantalla es un equipo delicado ”. “ No presione la pantalla pantalla con su lapicero lapicero ”. 5. Coloque el carro dinámico en el plano inclinado bajo el sensor de movimiento y suelte. 6. Las gráficas deben estar posición vs tiempo y velocidad vs tiempo. 7. Tome algunos puntos de los datos que se obtiene en el Labquest2 y llene el cuadro.


32

F igura ig ura 1. E sque squem ma de M R U y M R UV

Parte b. Caída Libre 1. Coloque el sensor de Fotopuerta en el soporte universal armando el montaje mostrado en la figura 2. 2. Conecte el sensor Fotopuerta al canal digital DIG 1 ó DIG 2 del Labquest2. 3. Realice un reconocimiento de la rejilla, considerando que la dejara caer por medio del sensor Fotopuerta para medir g. La distancia entre el inicio de una banda negra negra hasta el inicio de la siguiente banda banda negra es es 5,0 cm. 4. Deje caer la Rejilla permitiendo que pase entre el sensor Fotopuerta, el Labquest2 medirá el tiempo entre el momento en que la primera barra negra bloquea la luz hasta que es bloqueada por la segunda barra. Este proceso se hará hasta que las ocho barras hayan pasado por el sensor de Barrera de Luz. Cuidado: “No dejar caer la rejilla al suelo por ser un material acrílico se puede omper”. r omper”. 5. A partir de estos tiempos, el programa calculará las velocidades y aceleraciones del movimiento y trazará las gráficas respectivas. Anote los valores de pendiente de las gráficas velocidad vs. Tiempo. Presioné (Análisis/Ajuste Curva/Velocidad/Elegir Curva/Velocidad/Elegir Ajuste/Lineal)

F i gur gu r a 2. 2. E sque squem ma de de la pr pr áctica áctica Caíd Caí da libre libr e


33

V.

DATOS:

Parte a. Tabla 01 N

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

7

8

t (s) x (m) (m) v (m (m/s) a (m/s²) (m/s²)

Parte b. Tabla 02 Intento

1

2

3

4

5

6

Pendiente (m/s 2) VI.

PROCESAMIENTO:

Parte a.  Hallar las ecuaciones de movimiento x(t) y v(t).  Calcule la aceleración del carro haciendo uso de los ajustes polinómicos y lineales para ambas gráficas. Parte b.  La aceleración promedio se calcula obteniendo el valor promedio de los 8 datos obtenidos en la práctica. Los valores mínimo y máximo le indican la precisión de la medición. Tabla 03 Magnitud Mínimo Máximo Promedio Aceleración (m/s 2) VII.

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Parte a.  En la ecuación de la gráfica v vs t . ¿Cuál es el valor de la pendiente que se obtiene en la ecuación? ¿Cuáles son sus unidades, a que magnitud física hace referencia?  ¿Qué significado tiene el signo de la pendiente?  En la gráfica x vs t. ¿Cuál es el valor de la pendiente? ¿Tiene un valor definido o es cambiante?  ¿Cuál es su interpretación a la respuesta anterior?


34

Parte b.  La incertidumbre se determina tomando la mitad de la diferencia entre los valores mínimo y máximo. Exprese su resultado experimental en forma final como el valor promedio ± la incertidumbre. Redondee el valor de incertidumbre a dos dígitos decimales. Redondee de la misma forma f orma el promedio. Por ejemplo, si los valores mínimo, promedio y máximo son , exprese su resultado como .  Exprese el error porcentual de la aceleración. Este valor será el error de su experimento, se calcula dividiendo la incertidumbre y el valor promedio. Anota este valor en su tabla. Si usáramos los resultados del ejemplo mencionado en el paso anterior, la precisión sería: Nota: La precisión de los experimentos en el Laboratorio debe ser menor al 10%.

 9. 0 2; 9. 9 3  10. 2 4 /   9.9393 ± 0.6161 / /

Tabla 04

0.9.6913 ×100%6.14%

Aceleración debida a la gravedad, g= Error porcentual 



±

m/s2 %

El grafico v vs t ¿Corresponde a un movimiento con aceleración constante? Justifique. Suponer que lanzamos verticalmente hacia arriba una moneda. ¿Es válido tratar la moneda como una partícula si estamos interesados en la máxima altura que alcanzara? ¿Es válido tratar la moneda como una partícula si estamos interesados en averiguar sobre qué lado (cara o sello) caerá? Justifique.

RIESGOS  Las bancas no deben estorbar el paso a los usuarios. en los bordes de la mesa el labquest2 labquest2 y los sensores. sensores.  No colocar en  No utilizar los toma corrientes corrientes sin la autorización autorización de los responsables. responsables.  No tener comida comida ni bebidas sobre sobre la mesa.  No descuide el carro dinámico, cuando no lo esté utilizando colóquelo llantas para arriba.  No dejar caer la regleta marcada vernier al piso. Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

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Fecha: …… / …… / ……

Mesa:…………


Nota Final: ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… ………………

RESUMEN: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………



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37

PRÁCTICA N° 05 MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES I. MARCO TEÓRICO Se conoce como movimiento en dos dimensiones a una partícula que se mueve en un plano. Aún con esta dimensión adicional se sigue restringiendo los movimientos de la partícula que se mueve con una aceleración constante, es decir que su magnitud y dirección no cambian durante el movimiento. E1 vector posición de una partícula partí cula que se mueve en el plano xy es es una función del tiempo, se escribe como:

  ⃗+⃗

1

Entonces, por definición la velocidad de la partícula en el plano xy es: es:

  

    ⃗+ ⃗   ⃗+ ⃗ 

2

Donde son las componentes de la velocidad en la dirección x e y . Si la aceleración es constante, sus respectivas componentes también lo son. Entonces, aplicando las ecuaciones cinemáticas de la velocidad seria:

     − .  − ⃗+[  − .−]⃗ 3 ⃗ ⃗ −⃗.−  4   ⃗  ⃗+ ⃗  ⃗  ⃗ +⃗.  −  + 12 ⃗ .−  5 ⃗

De manera similar a la que se obtuvo la velocidad se obtiene la posición en función del tiempo en cada dirección x e y , para una partícula que en el instante inicial se encuentra en la posición inicial se obtiene la posición de la partícula en cualquier cualquier instante t:

Mo M ovimient imiento o Parab Parabólico se le conoce al movimiento de un objeto que es lanzado al aire con una velocidad con una dirección arbitraria. Este movimiento describe una trayectoria curva en un plano.

Para este movimiento se toman las siguientes suposiciones: suposiciones: a) La aceleración es la gravedad y se considera constante en todo el movimiento b) se desprecia desprecia el efecto del rozamiento rozamiento del aire.


38

Se elige generalmente el sistema de coordenadas (x,y) y se considera como la composición de un movimiento en caída libre (M.R.U.V.) en el eje vertical tomando , y un movimiento con velocidad constante (M.R.U.) en el eje horizontal x tomando , con estas consideraciones tenemos las siguientes ecuaciones para el movimiento parabólico:



  −  0

     −    + ∙    + ∙−1/2

6 7 8 9

donde  es el ángulo que hace la velocidad inicial con el eje horizontal.

E l mo movimiento vimiento ci ci r cular es el movimiento que realiza una partícula describiendo una trayectoria circular sobre un eje de giro, con velocidad v. Para un objeto si la velocidad es constante, el movimiento es M.C.U. Desplazamiento angular , es el desplazamiento recorrido de la partícula en radianes se denota por la letra .



   ∆∆   −− 

La velocidad angular media ( ) se define como la variación del desplazamiento angular sobre un tiempo determinado, sus unidades son rad/s:

10

La velocidad angular instantánea se define como la variación de la velocidad en un intervalo de tiempo infinitesimalmente pequeño y se calcula con la siguiente ecuación

  

11  12

L a veloci velocida dad d tang tange encial nci al de la partícula se calcula a partir de la velocidad angular. Si es la velocidad tangencial, que está a lo largo de una circunferencia de radio R, se tiene que:

    ΔΔt   −− 

La aceleración angular se define como la variación de la velocidad angular sobre un tiempo determinado.

13

La aceleración angular instantánea se define como la variación de la velocidad en un intervalo de tiempo infinitesimalmente pequeño y se calcula:

  


14 39

La aceleración tangencial de la partícula se calcula a partir de la aceleración angular. Si es la aceleración tangencial, que está a lo largo de una circunferencia de radio R, se tiene que:



II.

 

15

OBJETIVOS

Objetivos Generales:  Comprender el movimiento de un cuerpo en dos dimensiones (Movimiento Parabólico y Movimiento Circular).  Verificar los conceptos de Movimiento Parabólico y Movimiento Circular experimentalmente. Objetivos Específicos: Medir la velocidad de una esfera con el uso de un sensor Fotopuerta.  Calcular la distancia de punto de impacto de una esfera como si fuera un  proyectil.  Encontrar experimentalmente la aceleración angular angular para un brazo giratorio. Encontrar una relación experimental entre la aceleración angular y la fuerza  tangencial que se le aplica al objeto en rotación. III.         

IV.

MATERIALES Y EQUIPOS 01 Labquest2 01 Soporte universal 01 Rampa o Tobogán 01 Regla de 100 cm ( ) 01 Esfera pequeña 01 Sensor Fotopuerta 01 Aparato de fuerza centrípeta 04 masas de 20 g, 50 g, 100 g y 200 g 04 Balanzas digitales ( y

± 0.05 

± 0.01  ± 0.1 

)

PROCEDIMIENTO

Parte a. Movimiento Parabólico. 1. Coloque la rampa sobre la mesa de tal manera que la esfera pueda ser lanzada por ella, describiendo un movimiento parabólico y ubique el sensor Fotopuerta al final de la rampa usando para ello el soporte universal, de tal manera que la esfera pueda pasar por medio de ellas inmediatamente después de ser lanzada como se muestra en la figura 1. 2. Conecte el sensor Fotopuerta al canal digital DIG 1 ó DIG 2 del Labquest2. 3. En el labquest2 configurar al modo puerta y en la longitud del objeto colocar el diámetro de la esfera con la que se trabajará.


40

4. Mida la altura desde donde sale disparada la esfera del tobogán t obogán o rampa, anótelo en la tabla 1. 5. Presione play en la pantalla del Labquest2 y deje caer la esfera desde el punto alto del tobogán. 6. En el Labquest2 aparece un gráfico indicando la velocidad de la esfera para cada intento, teniendo en cuenta este valor hay que medir la distancia a la que la esfera toca el suelo y ambos datos registrarlos en la tabla 2 para cada intento.

F i gura ur a 1. Mont M ontaje aje ex exper i mental ntal del del movimi movimie ento par par abóli abólico co

Parte b. Movimiento Circular 1. Ajustamos el sensor Fotopuerta en posición vertical de tal manera que quede sobre la polea del aparato de fuerza centrípeta como se muestra en la figura 2. 2. Ajustamos una polea móvil por donde se sostendrán las masas que provocaran el movimiento circular sobre el equipo. 3. Elegir una polea donde se enrollará el hilo y mida su diámetro, con este valor calcule el radio. 4. En el Labquest2 programe el modo Mov y en definido por usuario coloque el resultado de multiplicar 0.628*radio. 5. Se coloca una pesa al extremo de la cuerda que posee el equipo, se enrolla la cuerda tal que la pesa este a nivel de la mesa y se procede a la toma de datos al momento de soltar la masa presionando play. 6. Aparecerá los gráficos de posición vs tiempo y velocidad vs tiempo, calculamos la aceleración tangencial tomando la pendiente en el gráfico de velocidad vs tiempo, anotamos en la tabla 3. 7. Utilizamos la ecuación 15 para obtener la aceleración angular.


41

F i gura gur a 2. 2. E sque squem ma de de M ovimi vimi ento nto Cir Ci r cular cular

V. DATOS: Parte a. Tabla 1: Altura de salida de la esfera Altura (m) Tabla 2: Datos obtenidos de velocidad de salida Intento 1 2 3 4 5

6

7

8

Velocidad (m/s) Distancia (m) Parte b. Tabla 3: Aceleración Aceleración tangencial Masa (g)

Aceleración 1 (m/s2)



Longitud del radio de giro:

Aceleración promedio (m/s2)

m

VI. PROCESAMIENTO DE DATOS Parte a.  Como usted puede verificar, los valores obtenidos de velocidad, no fue igual en todos los casos. Para esto determine los valores promedio, máximo y mínimo presionando la pestaña Analizar/Estadísticas Analizar/Estadísticas y en la parte derecha del Labquest2 aparecerán los valores anótelos en las tablas. Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

42

Tabla 4: Datos de velocidades: mínimo, máximo y promedio Magnitud

Mínimo

Máximo

Promedio

Velocidad (m/s) 

Use estos tres valores para calcular las distancias en los tres casos, tomando como base las ecuaciones (8) y (9) obtenemos la siguiente ecuación para calcular las distancias:

 2    

16

Tabla 5: Distancias calculadas Punto de impacto estimado

m

Mínima distancia al punto de impacto

m

Máxima distancia al punto de impacto

m

Parte b. De la tabla 3 de las aceleraciones promedios, determine las aceleraciones angulares para cada caso. Anote estos resultados en la tabla 6. Tabla 6: Aceleraciones Aceleraciones angulares MASA (g)

VII.

ACELERACIÓN ANGULAR (rad/s2)

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Parte a.  ¿La distancia promedio que encontró quedó entre los valores mínimo y máximo estimados para el punto de impacto? Si no fue así, ¿a qué podría deberse?  Encuentre y analice el error porcentual entre los valores calculados de la distancia y sus valores medidos. ¿a qué se debe el error encontrado?

|100% %|ó −ó



¿Qué tipo de aceleración se dará en los ejes “x” y “y”?



De 3 ejemplos de movimiento en dos dimensiones que se pueda apreciar en la vida cotidiana.


43

Parte b.  ¿Es posible que el módulo de la velocidad de un objeto que se mueve sea constante y al mismo tiempo el objeto este acelerado? Justifique su respuesta.  Si el radio del círculo fuera mayor, ¿qué sucedería con la aceleración angular?  ¿Qué utilidad le darías al estudio del movimiento circular?  En el lanzamiento de martillo de las competencias atléticas, ¿Por qué el atleta debe girar todo el cuerpo junto con el martillo?

RIESGOS  Las bancas no deben estorbar el paso a los usuarios.  No colocar en en los bordes de la mesa el labquest2 labquest2 y los sensores. sensores.  No utilizar los toma corrientes corrientes sin la autorización autorización de los responsables. responsables.  No tener comida comida ni bebidas sobre sobre la mesa.  No descuidar descuidar el recorrido de la esfera. esfera.  No poner demasiado demasiado peso en en el aparato de fuerza fuerza centrípeta. Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

44

Fecha: …… / …… / ……

Mesa:…………


Nota Final: ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… ………………

RESUMEN: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………



45




46

PRÁCTICA N° 06 PRIMERA LEY DE NEWTON I.

MARCO TEÓRICO (Ley de Inercia). “ Todo cuerpo continúa en un estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme respecto de un sistema de referencia inercial a menos que exista una fuerza que cambie dicho estado ”. Esta ley se comprime en el siguiente enunciado matemático:

II.

OBJETIVOS

 ⃗ 0⇒⃗ .

1

Objetivo General:  Comprender el concepto de inercia de los cuerpos. Objetivos Específicos: 



III.       

IV.

Comprobar experimentalmente la primera ley de Newton como la primera condición de equilibrio. Calcular la sumatoria de todas las fuerzas que actúan sobre una barra en equilibrio.

MATERIALES Y EQUIPOS 01 Labquest2 02 Soporte universal 02 Sensor de Fuerza 01 Varilla 01 Barra de aluminio con agujeros 04 Masas 04 Balanzas digitales ( y

± 0.01  ± 0.1 

)

PROCEDIMIENTO 1. Utilizando la balanza digital determine la masa de la barra y con ayuda de la regla milimétrica determine el centro de gravedad de la barra. 2. Coloque una varilla sobre dos soportes universales para fijar los sensores de Fuerza y suspender sobre ellos la barra de aluminio con agujeros. Esta barra debe estar nivelada con la superficie de la mesa de manera que los sensores y la barra formen un ángulo de 90° como se muestra en la figura 1. Cuidado: “No olvide Calibrar los sensores de Fuerza, antes de tomar los datos” 3. Presione play y tome 5 segundos de datos de Fuerza. Una vez obtenido los datos presione Analizar/Estadística/Fuerza Analizar/Estadística/Fuerza 1 o Fuerza 2, escriba los valores promedios (la media) de las fuerzas en la tabla 1.


47

F i g ura ur a 1: M ontaje ontaje expe experr i mental ntal de la pr pr i mer a ley ley de de newto newton n

V.

DATOS:

Parte a.

N°

Tabla 1: Fuerzas de cada sensor FUERZA FUERZA SENSOR 1 (N) SENSOR 2 (N)

1

PESO DE LA BARRA (N)

PESO ADICIONAL (N) 0

2 3 4 5 6 7 8 VI.

PROCESAMIENTO DE DATOS 

Una vez obtenido los datos de fuerza se procede a comprobar la primera ley de newton; sumando los 4 valores de fuerzas con que se cuenta respetando sus sentidos. El resultado lo colocamos en la tabla 2.


48

Tabla 2: Fuerzas resultantes N° FUERZA RESULTANTE (N) 1 2 3 4 5 6 7 8 VII.

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS   



¿Cuál es el valor del error absoluto en cada experimentación? ¿Qué significa decir que algo está en equilibrio mecánico? ¿Es posible que un objeto siga la trayectoria curva si la fuerza resultante sobre él es cero? Justifique su respuesta. ¿Por qué un cuerpo en reposo no tiende a moverse por más que actúan sobre él muchísimas fuerzas interatómicas?

RIESGOS  Las bancas no deben estorbar el paso a los usuarios.  No colocar en en los bordes de la mesa el labquest2 labquest2 y los sensores. sensores.  No utilizar los toma corrientes corrientes sin la autorización autorización de los responsables. responsables.  No tener comida comida ni bebidas sobre sobre la mesa.  No dejar caer las las pesas. Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

49

Fecha: …… / …… / ……

Mesa:…………


Nota Final: ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… ………………

RESUMEN: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………



50




51

PRÁCTICA N° 07 SEGUNDA LEY DE NEWTON I.

MARCO TEÓRICO

En la naturaleza todo movimiento se da gracias a fuerzas presentes en el entorno. En física identificamos una fuerza por el efecto que produce. Estas fuerzas están compiladas y estudiadas a través de las tres leyes de newton, que a continuación describiremos: 2da 2da Ley Ley de de New Newton: (De Cantidad de Movimiento ) “La aceleración de un cuerpo es

directamente proporcional a la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo e inversamente proporcional a su masa”.

 ⃗ ⃗

Aplicamos la segunda ley de Newton para el siguiente sistema:

1

F i gura ur a 1. Si S i stema stema de dos dos masas masas en en una una pole polea a

Y obtenemos la siguiente ecuación, la que se dará la forma para trabajar la práctica:

    +  −  −       −    −+ −  −  −    − − 1 −  −       −

Comparando con la ecuación de la recta y = ax + b obtenemos:


2 52

II.

OBJETIVOS

Objetivos Generales:  Comprender el efecto de una fuerza sobre un cuerpo.  Verificar el concepto de la segunda ley de Newton realizada en clase. Objetivo Específico: Determinar experimentalmente la relación entre la aceleración del carro y la  fuerza neta aplicada. III.       

IV. 1. 2. 3.

4.

5.

6.

MATERIALES Y EQUIPOS 01 Labquest2 01 Regla de 100 cm ( ) 01 Sistema Dinámico Vernier 03 Masas de 50g, 100 g y 200 g 01 Sensor Fotopuerta 01 Polea 04 Balanzas digitales ( y

± 0.05 

± 0.01  ± 0.1 

)

PROCEDIMIENTO Ajuste la polea a un extremo del Sistema Dinámico Vernier y el sensor Fotopuerta al costado del riel con la ayuda del soporte. Conecte el sensor Fotopuerta al Labquest2 y se debe programar para el Cart Picket Fence (elegir la segunda opción de las cinco que aparecen en MOV). Colocar el Cart Picket Fence (regleta marcada vernier para carro dinámico) sobre el carro dinámico asegurándose que sus marcas pasen por el sensor Fotopuerta, como se muestra en la figura 2. Coloque una masa en el estreno del hilo que debe pasar por la polea y jalara el carro dinámico, presioné Play y suelte la masa para tomar los datos de posición y velocidad del carro dinámico que se representaran en 2 gráficos. Obtenga la aceleración del sistema sacando la pendiente del grafico VELO vs TIEMPO (Analizar/Ajuste Curva/Velocidad/Elegir Ajuste/Lineal) y anotarlo en la tabla 1. Repita el proceso 3 veces para cada masa hasta llenar la tabla 1.

F i g ura ur a 2. E squema squema de la toma toma de de dato datoss de la práct práctii ca


53

V.

DATOS

Tabla 1. Masa (Kg)

VI.

Aceleración 1

/

Aceleración 2

/

Aceleración Aceleración 3

/

Aceleración promedio

/

PROCESAMIENTO DE DATOS.

Con los datos de la tabla 1 llenamos la tabla 2, obtener un gráfica de “m” VS “1/(g-a)” y realizar un ajuste lineal.

Tabla 2. m (Kg)

 /

 − 

/− 

Con las ecuaciones (2) obtenemos los valores para la masa del carro dinámico:

      −

Dado que podemos obtener dos valores para la masa del carro dinámico, obtenemos un promedio como resultado resultado de la masa masa experimental.

M1 (Kg)


M2 (Kg)

̅

(Kg)

54

VII.

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 







Escriba la ecuación que representa la relación entre la fuerza que actúa sobre el carro y su aceleración. Determine el coeficiente de correlación para verificar el modelo estadístico. Este coeficiente debe ser mayor al 65 % para validarlo. El error porcentual de la masa calculada con respecto a la masa real del carro es:

R

|100% %|ó −ó

Si se dice que una cantidad es directamente proporcional a otra. ¿Quiere decir que son iguales entre sí? Explícalo en forma breve, usando la masa y el peso.

RIESGOS  Las bancas no deben estorbar el paso a los usuarios.  No colocar en en los bordes de la mesa el labquest2 labquest2 y los sensores. sensores.  No utilizar los toma corrientes corrientes sin la autorización autorización de los responsables. responsables.  No tener comida comida ni bebidas sobre sobre la mesa.  Cuando no esté utilizando el carro dinámico, dejarlo llantas arriba.


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Fecha: …… / …… / ……

Mesa:…………


Nota Final: ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… ………………

RESUMEN: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………



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57

PRÁCTICA N° 08 FUERZAS DE ROZAMIENTO I.

MARCO TEÓRICO

La fuerza de rozamiento es una fuerza que aparece cuando un cuerpo está en contacto con una superficie. Es una fuerza importante para el estudio del movimiento de los cuerpos, en la vida cotidiana la necesitamos para caminar sobre la superficie y el movimiento de los autos. La fuerza de rozamiento es paralela a la superficie y tiene una dirección opuesta al movimiento del cuerpo. En la naturaleza la fuerza se produce por la irregularidad en las superficies de contacto. La fuerza de rozamiento entre dos cuerpos no depende del tamaño de la superficie de contacto entre los dos cuerpos, depende de la naturaleza de la superficie de contacto. L a fuerza fuer za de r ozam ozamii ento entre dos cuerpos es proporcional a su Normal, es decir:

 

 ∙

Donde es el coeficiente de rozamiento.

1

Encontramos dos tipos de coeficiente de rozamiento: el coeficiente de rozamiento estático y el coeficiente de rozamiento cinético .

 >     ∙    ∙



La fuerza de rozamiento estático se define:

La fuerza de rozamiento cinético se define

II.

2 3 4

OBJETIVOS

Objetivo General: 

Comprender el concepto de Fuerza de rozamiento.

Objetivos Específicos:  

Determinar la relación entre la fuerza de rozamiento y la normal. Determinar los coeficientes de rozamiento estático y cinético.


58

III.      

IV.

MATERIALES Y EQUIPOS 01 Labquest2 03 Masas 01 Sensores de Fuerza 01 Resorte 01 Bloque con gancho 04 Balanzas digitales ( y

± 0.01  ± 0.1 

)

PROCEDIMIENTO 1. Mida la masa del bloque con la balanza analítica y registre en la tabla 1 2. Arme el montaje como se muestra en la figura 1. 3. Sostener el sensor de fuerza en la l a posición indicada para jalar el bloque, presione la pantalla del labquest2 y seleccione poner a cero para calibrar el sensor de fuerza. 4. Presione play para comenzar la recolección de los datos. Jale el bloque aumentando la fuerza gradualmente hasta conseguir que el bloque se mueva y posteriormente mantener una fuerza constante. Repita R epita el proceso las veces que sea necesario para obtener el grafico aceptable. 5. Del gráfico obtenido calculamos la fuerza rozamiento estático seleccionando el primer pico del gráfico obtenido (el primer pico debe ser el más grande) y sacamos la estadística de la fuerza copiando el punto máximo en la tabla 2 6. La fuerza de rozamiento rozamiento cinético se encuentra seleccionando seleccionando la zona posterior posterior al primer pico que muestre mayor continuidad y sacando la estadística de la fuerza se anota la media en la tabla 3.

F i g ura ur a 1. E sque squem ma de de la fue fuer za de R ozam ozamii ento

V.

DATOS Tabla 1: Masa del bloque Masa del Bloque (kg)


59

Tabla 2: Datos de la fricción estática máxima Masa Total (kg)

Fuerza Normal (N)

Fuerza de rozamiento estática Prueba 1

Prueba 2

Prueba 3

Promedio del rozamiento estático (N)

Tabla 3: Datos de la fricción cinética a velocidad constante Masa Total (kg)

VI. 

Fuerza Normal (N)

Fuerza de rozamiento cinético Prueba 1

Prueba 3

PROCESAMIENTO DE DATOS Una vez obtenido el valor de la fuerza normal y el valor promedio de la fuerza de rozamiento estático, graficar Fuerza de Rozamiento Estático VS Fuerza Normal con los valores de las tablas 2 y linealizar para obtener su ecuación ecuación y así el valor de la pendiente (coeficiente de rozamiento estático). Pendiente



Prueba 2

Promedio del rozamiento estático (N)



De manera similar encuentre el coeficiente de rozamiento cinético con los datos de la tabla 3.

Pendiente




60

VII.

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS. 









R

Escriba el coeficiente de correlación para verificar el modelo estadístico en ambos casos. Este coeficiente debe ser mayor al 65 % para validarlo. Realice una búsqueda bibliográfica y encuentre los coeficientes de rozamiento estático y cinético para el mármol y la madera o acero según lo trabajado, compárelos con sus resultados para obtener sus respectivos errores porcentuales.

|100% %|ó −ó

Para tirar de un carro por un prado, con velocidad constante, debes ejercer una fuerza constante. Pero la primera ley de Newton, dice que el movimiento con velocidad constante no requiere fuerza. ¿Cuál es el error en el enunciado? Si aumentas la fuerza con que empujas una caja ¿aumentara también la fuerza de rozamiento en la caja? ¿Cambia la fuerza de rozamiento si cambiamos la rapidez de un móvil? Justifique su respuesta.

RIESGOS  Las bancas no deben estorbar el paso a los usuarios.  No colocar en en los bordes de la mesa el labquest2 labquest2 y los sensores. sensores.  No utilizar los toma corrientes corrientes sin la autorización autorización de los responsables. responsables.  No tener comida comida ni bebidas sobre sobre la mesa.  No jugar con el el resorte.  No dejar caer las las pesas. Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

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Fecha: …… / …… / ……

Mesa:…………


Nota Final: ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… ………………

RESUMEN: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………



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63

PRÁCTICA N° 09 TRABAJO Y ENERGÍA CINÉTICA I.

MARCO TEÓRICO

En la naturaleza todo movimiento se da gracias a fuerzas presentes en el entorno. En física identificamos una fuerza por el efecto que produce. Estas fuerzas al ejercerse sobre un cuerpo cambian el desplazamiento produciendo así un nuevo concepto conocido como trabajo. Los conceptos de Trabajo y Energía se fundamentan de las leyes de Newton. Para realizar el trabajo sobre un objeto, es necesario aplicar una fuerza en la dirección del movimiento o en contra. El trabajo se define como el producto escalar del vector Fuerza por el vector desplazamiento desplazamiento y se calcula:

  ⃗ ∙⃗

Donde F es una fuerza constante, s es el desplazamiento del objeto y formado por la fuerza y el desplazamiento.

1

es el ángulo

L a E ner ner gía gí a cinét cinéti ca es una cantidad escalar que depende de la masa y la velocidad del objeto que se está estudiando, no de la dirección del movimiento de este. La Energía Cinética se calcula:

  12 

2

Existe una relación que combina tanto el Trabajo y la Energía Cinética, conocida como el teorema de conservación Trabajo - Energía Cinética:

∆ − 


3

64

II.

OBJETIVOS

Objetivo General: Energía cinética.  Comprender el Teorema de Trabajo – Energía Objetivos Específicos:  Calcular el trabajo realizado por el peso de un cuerpo en un plano inclinado.  Determinar el valor de la velocidad de un carro en 2 puntos distintos. Tr abajo – Energía Energía cinética.  Demostrar experimentalmente el Teorema de Trabajo III.      

IV. 1. 2. 3.

4. 5.

6.

MATERIALES Y EQUIPOS 01 Labquest2 02 Soportes universales 02 Sensor Fotopuerta 01 Rejilla para carro 01 Sistema dinámico vernier 04 Balanzas digitales ( y

± 0.01  ± 0.1 

)

PROCEDIMIENTO Armar el montaje mostrado en la figura 1. Coloque ambos sensores Fotopuerta separados unos 40 cm aproximadamente. Sostenga el carro con la rejilla en la parte máxima del riel. ri el. Programe el labquest2 para que pueda leer correctamente el cart picket fence (regleta marcada vernier) pulse temporizador y seleccione la segunda opción de las 5 que aparecen. Presione play en el Labquest2 y suelte el carro para comenzar a recolectar los datos. En el Labquest2, analice los datos obtenidos en cada sensor Fotopuerta obteniendo la velocidad la pendiente de la rectas del gráfico distancia vs tiempo. Llene la tabla 1 La velocidad en el punto 1 es la velocidad inicial con la que empieza el movimiento, por lo tanto, la velocidad es cero.

F i gur gu r a 1. 1. E sque squem ma de de la pr pr ácti cti ca T r abajo abajo – E E ner ner gía gí a C i nét néti ca


65

V.

DATOS

Tabla 1. Velocidades en cada punto N° 1 2 3 Velocidad en 1 ( Velocidad en 2 Velocidad en 3

4

5

6

7

⁄ ⁄ ⁄

8

̅

Tabla 2. Masa del carro y Energía Cinética M (kg) E1 (J) E2 (J) E3 (J)

Tabla 3. Distancias recorridas

   

Tabla 4. Trabajo y variación de energía

  ∆ 

VI. 





PROCESAMIENTO: Una vez obtenido los valores promedio de la velocidad y la masa del carro se puede obtener el valor de la Energía cinética con la siguiente ecuación: llenar la tabla 2.

  12 

4

Realizar un diagrama de cuerpo libre sobre el carro y obtener la fuerza que realiza el movimiento del carro. Una vez obtenido la fuerza multiplicar por la distancia . Obteniendo el trabajo con la ecuación 5, llenamos la tabla 4.

  ⃗ ∙⃗


⃗

5

66

VII. 







ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Calcular el error porcentual que se obtiene con los valores de Energía y Trabajo.

|100% %|ó −ó

Tu amigo afirma que la energía cinética de un objeto depende del marco de referencia del observador. ¿Estás de acuerdo con él? ¿Por qué? ¿Si la velocidad fuera constante a lo largo de todo el trayecto como se vería afectado este experimento? ¿La estación espacial internacional tiene energía potencial gravitatoria? ¿y energía cinética? Justifique sus respuestas.

RIESGOS  Las bancas no deben estorbar el paso a los usuarios.  No colocar en en los bordes de la mesa el labquest2 labquest2 y los sensores. sensores.  No utilizar los toma corrientes corrientes sin la autorización autorización de los responsables. responsables.  No tener comida comida ni bebidas sobre sobre la mesa.  No golpear el el sensor de movimiento. movimiento.  Cuando no se esté utilizando el carro dinámico, dejarlo llantas arriba. Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

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Fecha: …… / …… / ……

Mesa:…………


Nota Final: ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… ………………

RESUMEN: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………



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69

PRÁCTICA N° 10 CENTRO DE GRAVEDAD I.

MARCO TEÓRICO:

El centro de gravedad es el punto geométrico ubicado dentro o fuera del cuerpo, por el cual la fuerza de gravedad actúa sobre cada una de las partículas que forman el cuerpo. Además, es considerado como el punto donde está concentrado el peso del cuerpo. Para cuerpos superficialmente homogéneos, homogéneos, es decir, densidad d ensidad constante; el peso es directamente proporcional al área, por lo que se puede calcular de la siguiente manera:

 +⋯+    + + ++ +⋯+   +⋯+    + + ++ +⋯+ 

1 2

” e Donde A es la área de las figuras y “ x ” e “ y ” son las coordenadas de centroide de cada figura.

II.

OBJETIVOS

Objetivo General: Reforzar los conceptos de centro de gravedad y centroide.  Objetivos Específicos:  Encontrar experimentalmente la ubicación del centroide de cuerpos de geometría compuestas. Encontrar teóricamente la ubicación del centroide de cuerpos de geometría  compuestas. III.     

MATERIALES Y EQUIPOS 02 Recortes de figuras geométricas compuestas 01 Regla 100cm (±1mm) 01 Alfiler o aguja 30 cm de hilo 01 Masa mayor o igual a 5g.


70

IV.

PROCEDIMIENTO 1. En una cartulina se dibuja y se cortan las imágenes que se muestran en las figuras 1 y 2 que se muestran en la guía de Laboratorio.

F i g ura ur a 1. E sque squem ma del caso caso A

F i g ura ur a 2. E sque squem ma del ca caso B

2. Con ayuda de un hilo atamos a uno de sus extremos un alfiler y en el otro una pequeña pesa para luego luego incrustar en algunas algunas esquinas de las figuras.


71

3. Tomando el alfiler, dejamos en suspensión la figura y la pesa, procediendo a marcar con un lápiz el lugar l ugar por donde pasa el hilo sobre la figura en suspensión (ver figura 3 - izquierda). 4. Realizamos el paso anterior usando otra esquina de la pieza (ver figura 3 derecha) y ambas líneas se intersecan en un punto el cual será la ubicación del centro de gravedad. 5. Después de haber realizado todo el procedimiento en las dos figuras, procederemos procederemos a hallar la ubicación del centro de gravedad, para lo cual usaremos un eje X (horizontal)y un eje Y (vertical)

F i g uras ur as 3. E sque squem ma de de la práctica de C entro ntr o de de masa masa

V.

DATOS

Tabla 1. Centro de gravedad experimentalmente Coordenadas X C C(mm) (mm)

Y C (mm) C (mm)

Caso A Caso B

VI. 

PROCESAMIENTO DE DATOS Obtener el valor del centro de gravedad teóricamente usando las formulas dadas en el marco teórico.

Tabla 2. Centro de gravedad teórico Coordenadas X C C(mm) (mm)

Y C (mm) C (mm)

Caso A Caso B


72

VII. 





 

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Encontrar el valor del error porcentual para las coordenadas valores teóricos y experimentales obtenidos.

|100% %|ó −ó

  y

con los

¿El centro de gravedad de un objeto se puede encontrar fuera del objeto? Justifique su respuesta ¿Debe necesariamente necesariamente haber materia en la posición del centro de d e gravedad de un objeto? Justifique su respuesta. r espuesta. ¿Cuál es la diferencia entre centro de masa y centro de gravedad? ¿Por qué es importante conocer el centro de gravedad de las estructuras?

RIESGOS  Las bancas no deben estorbar el paso a los usuarios.  No colocar en en los bordes de la mesa el labquest2 labquest2 y los sensores. sensores.  No utilizar los toma corrientes corrientes sin la autorización autorización de los responsables. responsables.  No tener comida comida ni bebidas sobre sobre la mesa.  Tener cuidado con el uso de las tijeras y la aguja. Laboratorio de Física 1 / 2019 – 1 1

73

Fecha: …… / …… / ……

Mesa:…………


Nota Final: ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… ………………

RESUMEN: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………



74




75

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Appel, K., Gastineau, J., Bakken, C., & Vernier, Ver nier, D. (2003). Physics with computers. Vernier Software & Technology, Beaverton, Oregon, Inzunza, J. (2002). Física: Introducción a la mecánica. mecánica . Universidad de Concepción, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Departamento de Física de la Atmósfera y del Oceáno. Serway, R. A., & JEWET JR, J. W. (2009). FISICA. VOLUMEN 1. 1. Inzunza, B. (2012). Física: introducción a la mecánica y calor.


76

GUIA LAB FISICA 1 2019-1.pdf

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