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Guia de Lab de Fis. III (2011) (1)

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  • GGUUIIAA DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOO DDEE FFIISSIICCAA IIIIII

    Elaborado por: Lic. Manuel Fuentes, Mgter. Armando Tun, Prof. Jovito Guevara, Dr. Juan

    Collantes, Ing. Yolanda Cordero, Ing. Abel Bermdez, Dr. Abrego Ildeman, Mgter. Salomn Polanco.

    Revisado y actualizado por: Mgter. Armando Tun, Mgter. Salomn Polanco, Prof. Otn Poveda

    Edicin 2011

    UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD TTEECCNNOOLLGGIICCAA DDEE PPAANNAAMM

    FFAACCUULLTTAADD DDEE CCIIEENNCCIIAASS YY TTEECCNNOOLLOOGGAA

  • 2

    PROLOGO

    Este trabajo fue posible gracias a la colaboracin de los profesores de la Coordinacin de Fsica de la

    Facultad de Ciencias y Tecnologa de la Universidad Tecnolgica de Panam, que participan

    impartiendo las disciplinas experimentales de Fsica III, para las diferentes carreras de ingeniera.

    El objetivo central de esta gua est en proporcionar una de experiencias y herramientas para el

    tratamiento y anlisis de datos, en donde el estudiante pueda desarrollar habilidades relativas a las

    actividades experimentales. En estas actividades el estudiante necesita organizar sus datos y descubrir

    cules son las informaciones tiles que puedan ser interpretadas segn los modelos propuestos.

    La Fsica es una ciencia experimental por excelencia y por tanto, al observar el fenmeno natural, se

    trata de encontrar modelos o patrones y principios que los relacionen. El desarrollo de las experiencias

    requieren de mucha creatividad, honestidad profesional y pensamiento crtico en todas sus etapas.

    Se hace necesario la orientacin permanente del profesor para que haya una discusin con los

    estudiantes en relacin al desarrollo de las experiencias . El cumplimiento del objetivo propuesto en

    estas experiencias depender mucho de esta orientacin.

    La gua est diseada para los laboratorios del curso de Fsica III, de un semestre de duracin, la cual

    no presupone por parte del estudiante, un entrenamiento anterior en Fsica. Solamente se requieren los

    conocimientos bsicos de lgebra y geometra , aptitudes que nuestros estudiantes adquieren en la

    educacin media

  • 3

    PARA EL ESTUDIANTE

    Este trabajo que hoy le presentamos ha sido el producto de una paciente labor, de una interaccin entre

    los profesores de laboratorio y los alumnos de primer y segundo ao de la Universidad Tecnolgica de

    Panam durante los ltimos tres aos.

    La gua ha sido elaborada para proporcionarles la experiencia de descubrir hechos, elaborar hiptesis y

    desarrollar los conocimientos que se imparten durante las clases tericas.

    Usted observar la naturaleza en cierta forma prescrita, y sus conclusiones a partir de esas

    observaciones sern los hechos y teoras bsicas en las que se fundamenta la ciencia fsica.

    Usted encontrar muchas preguntas mientras desarrolla sus observaciones; stas son para llamar la

    atencin y guiarles en la direccin deseada. Con ese cuestionario usted tiene la oportunidad de

    demostrar cuanto entiende del material trabajado.

    La gua ha sido confeccionada para dar el mnimo de instrucciones que produzcan el fenmeno que ha

    de ser observado. Se espera que el estudiante, por iniciativa propia, encuentre la importancia del

    fenmeno observado y, a la vez, proyecte sus resultados y conclusiones hacia algunas aplicaciones,

    llevando esto consigo una aplicacin y afianzamiento en el conocimiento de los conceptos fsicos.

    Cada una de las actividades experimentales tiene dos objetivos que son:

    La observacin e identificacin del concepto involucrado

    La observacin de una relacin definida entre la teora y el modelo

    No espere que el profesor de laboratorio le diga lo que usted debe observar.

    Sin embargo, se espera que usted compare sus observaciones con las de los otros grupos de trabajo pero

    usted debe sacar, individualmente, sus propias conclusiones. Esta gua, como todo libro, est sujeta a

    las crticas y sugerencias que ustedes nos den para ponerlas en prctica y as poder brindarles cada da

    una obra ms perfeccionada.

  • 4

    Experiencias

    1. MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE 5

    2. MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE ( SENSORES) 9

    3. MOVIMIENTO ARMONICO AMORTIGUADO 14

    4. OSCILACIONES MECANICAS EN EL PENDULO SIMPLE 18

    5. ANALISIS CUALITATIVO DEL MOVIMIENTO ONDULATORIO 22

    6. ONDAS ESTACIONARIAS EN CUERDAS 25

    7. VELOCIDAD DE LAS ONDAS EN UNA CUBETA 31

    8. MIDIENDO LA VEOCIDAD DEL SONIDO 37

    9. REFLEXION EN ESPEJOS ESFERICOS Y CONCAVOS 41

    10. REFRACCION DE LA LUZ 47

    11. IMGENES FORMADAS POR LENTES CONVEXAS 54

    12. COEFICIENTE DE EXPANSION LINEAL 59

    13. CALOR DE FUSION Y CALOR DE VAPORIZACION 64

    14. EFECTO JOULE 69

    Referencia

  • 5

    MOVIMIENTO ARMNICO SIMPLE OBJETIVOS

    Determinar la constante de un resorte

    Determinar la relacin entre el perodo y la masa en el movimiento armnico

    simple para un sistema masa-resorte

    ANALISIS INDAGATORIO

    1. Qu condiciones son necesarias para producir el movimiento armnico

    simple en el sistema masa-resorte? Ser peridico este movimiento?

    2. Si al sistema masa- resorte le aplicamos una fuerza extra a partir de su

    posicin de equilibrio, qu le ocurre al sistema? Qu tipo de movimiento

    se produce?

    3. Qu magnitud fsica afecta el periodo de oscilacin del resorte?

    DESCRIPCIN TERICA Experimentalmente se estudian los movimientos oscilatorios como prembulo al

    anlisis de las vibraciones y ondas.

    Se utilizan dos sistemas muy particulares, el sistema masa-resorte (utilizado en

    esta experiencia) y el pndulo simple. Estos sistemas son muy tiles pues nos

    permiten analizar sin muchas dificultades una gran cantidad de constantes y

    variables fsicas asociadas con los movimientos peridicos.

    En el anlisis fsico del movimiento de estos sistemas se descubre que las

    condiciones para que exista una oscilacin es que debe existir una fuerza

    restauradora que apunte siempre hacia un mismo punto, el punto de equilibrio.

    El modelo matemtico que describe el movimiento oscilatorio, tiene una solucin

    lineal siempre y cuando la fuerza restauradora sea proporcional a la deformacin

    respecto al punto de equilibrio.. En el sistema masa-resorte, la fuerza restauradora

    se origina cuando se deforma el resorte y, siempre ser proporcional al

  • 6

    estiramiento cuando este sea pequeo, de tal manera que no se supere el lmite

    elstico del resorte.

    El perodo de oscilacin de un resorte para una masa fija al extremo de un resorte

    est dado por la relacin:

    k

    mT 2 ecuacin 1

    en donde: k = constante de elasticidad del resorte

    m = masa efectiva del sistema oscilante.

    Para considerar mediciones precisas es necesario adicionar parte de la masa del

    resorte a la masa suspendida de manera tal que la masa efectiva ser

    m = R

    mm3

    1

    mR = masa del resorte

    m = masa suspendida

    MATERIALES SUGERIDOS

    Masas de diferentes valores

    Metro

    Escala y soporte

    Cronmetro

    Balanza

    Resorte

  • 7

    EXPLORACIN

    Parte A

    Con la ayuda de un resorte, un soporte, una regla, porta masas y masas

    conocidas; arme un dispositivo experimental que le permita medir la fuerza

    aplicada a un resorte y el respectivo estiramiento que tenga el mismo (sugerencia:

    por lo menos unas cinco medidas, utilice unidades patrn del sistema internacional

    de unidades, al medir tenga presente los criterios de las cifras significativas).

    Parte B

    Utilizando el montaje anterior, coloque una masa pequea y estire el resorte unos

    5mm. Luego libere el sistema para que oscile libremente, accione un cronmetro y

    mida el tiempo que tarda en realizar 20 oscilaciones completas y calcule el periodo

    de oscilacin del resorte, tabule sus datos, repita este ensayo incrementando

    sucesivamente la masa colgante.

    REGISTRO DE DATOS

    Construya una hoja de registro de datos en donde tabule, anotar e identifique toda

    la informacin obtenida en la actividad, registre cuidadosamente lo que hizo y los

    resultados que obtuvo en un formato que sea fcil de seguir y pueda compartirlo

    con sus compaeros.

    ANLISIS DE RESULTADOS

    1. Cmo determin usted la constante experimental del resorte?

    2. Expliqu por qu no fue necesario conocer la masa del cuerpo colgante

    para determinar la constante de rigidez del resorte?

    3. Mencione tres posibles fuentes de error mientras realizaba esta

    experiencia.

  • 8

    4. Contraste sus predicciones con los resultados obtenidos. Eran correctas

    sus predicciones?

    GLOSARIO

    CONCLUSIONES

    REFERENCIAS

  • 9

    MOVIMIENTO ARMNICO SIMPLE (CON LA UTILIZACIN DE SENSORES)

    OBJETIVOS Relacionar el Movimiento Armnico Simple con la posicin y tiempo mediante

    el empleo de grficos.

    Comparar caractersticas del Movimiento Armnico Simple de distintas

    con