MANUAL FISICA I 2010 .docx

5/27/2018 MANUAL FISICA I 2010 .docx

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Manual de laboratorio de Fsica

UNTECS 2010-I Pgina 1

TRABAJO INTRODUCTORIO

TRATAMIENTO ESTADSTICO DE DATOS

1. OBJETIVOS Aprender a organizar y graficar los datos experimentales haciendo uso de tablas y

papeles grficos.

Aprender tcnicas de ajuste de curvas, principalmente el mtodo de regresinlineal y el mtodo de mnimos cuadrados.

Obtener ecuaciones experimentales que describan el fenmeno fsico einterpretarlas.

2. FUNDAMENTO TERICOLos datos tericos en un proceso de medicin se organizan en tablas. Las tablas devalores as confeccionadas nos informan acerca de las relaciones existentes entre una

magnitud y otra, una alternativa para establecer dichas relaciones es hacer

representaciones grficas en un sistema de ejes coordenados con divisiones

milimetradas, logartmicas o semilogartmicas, segn sea el caso, con el fin de

encontrar grficas lineales (rectas) para facilitar la construccin de las frmulas

experimentales que representan las leyes que gobiernan el fenmeno. Las

representaciones grficas que aparecen con ms frecuencia son:

oFuncin Lineal : o Funcin Potencial:

o Funcin Exponencial: a. Uso del papel milimetrado:Para eluso del papel milimetrado se debe tener

en cuenta lo siguiente:

Se debe tener cuidado de escribir los valores de las variablesindependiente en el eje de la abscisas y las variables dependientes ene

el eje de las ordenadas.

La distribucin as obtenida se unen mediante una curva suave usandouna regla curva o trazo a mano alzada.

Funcin Lineal: La distribucin de puntos en el papel milimetrado esde tendencia lineal, entonces, se realiza el ajuste de la recta mediante

el mtodo de regresin lineal por mnimos cuadrados. Esto significa

que la relacin que se busca tiene la forma de una recta, cuya

ecuacin es: , en donde las constantes a determinar son:la pendiente m y la ordenada en el origen (intercepto) b,

siguiendo el procedimiento que se detalla a continuacin.


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o Primero se construye la tabla 1.o Se calcula la pendiente y el intercepto segn las ecuaciones (i)

y (ii).

...

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. TABLA 1.

b. Uso del papel logartmico: Los grficos de las relaciones de la forma potencialen el papel logartmico son rectas de pendiente M=n, que cortan en el eje

vertical en: . Se recomienda usar papel logartmico de 3x3; endonde cada ciclo est asociado a una potencia de 10, el origen de un eje

logartmico puede empezar con 10-2, 10-1, 100, 101, 102, etc.

Funcin Potencial: Al tomar logaritmo decimal a la ecuacin

,

obtenemos:

Que tiene la forma lineal: En donde: ,,

De esto, podemos observar que el mtodo de regresin lineal puede ser

aplicado a una distribucin potencial de puntos.


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o Para el uso del papel logartmico se toma el logaritmo decimal acada uno de los datos, construyendo as la tabla 2(construya esta

tabla, cuidando de colocar los valores con un mnimo de cuatro

decimales de redondeo en cada columna).

o Para determinar los valores de My B, se usan las ecuaciones(iii)y (iv).

Ahora para encontrar la ecuacin de la funcin potencial , graficadaen un papel milimetrado debemos determinar los valores de M y k. Del prrafo

anterior se tiene que: M=ny k=10b.

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. TABLA 2.

3. MATERIALES

Calculadora Papel milimetrado Papel logartmico Papel semilogartmico


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4. DATOSSe analizan tres experimentos: la conduccin de corriente por un hilo conductor de

micrn. La elevacin de agua en un depsito y la actividad radiactiva del radn, en los

cuales se obtiene los datos mostrados en las tablas 3, 4 y 5.

Intensidad (A) Voltaje (V)

0,5 2,18

1 4,36

2 8,72

4 17,44TABLA 3. Medida de la intensidad de corriente elctrica conducida por un hilo conductor de micrn a una

determinada diferencia de potencial aplicada entre sus extremos.

Altura h(cm) 30 20 10 4 1

Dimetro D(cm) Tiempo de vaciado t(s)

1,5 73 59,9 43 27 14

2 41,2 33,7 24 15 7,8

3 18,4 14,9 11 6,8 3,7

5 6,8 5,3 3,9 2,6 3,7

7 3,2 2,7 2 1,3 1,5TABLA 4. Tiempo de vaciado de un depsito con agua y las alturas del nivel para cuatro llaves de salida de

diferentes dimetros.

Tiempo t(das) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

PorcentajeA(%) 100 84 70 59 49 41 34 27 24 20 17TABLA 5. Porcentaje de la actividad radiactiva del Radn

5. CLCULOS Y RESULTADOSa. De la tabla 3, grafique en una hoja de papel milimetrado V vs t

Escogiendo adecuadamente un par de puntos (x1,y1) y (x2,y2) determine la

ecuacin de la recta.

Utilizando mnimos cuadrados determine la ecuacin de la recta y compare sus

resultados con el obtenido utilizando solo dos puntos.

b. De la tabla 4: Escogiendo la cantidad de puntos mnima necesaria determine laecuacin de la curva en cada caso

Determine en cada caso la ecuacin correspondiente utilizando mnimos

cuadrados.

i. En una hoja de papel milimetrado grafique t vs D para cada una de lasalturas.

ii. En la hoja de papel milimetrado grafique t vs hpara cada dimetro.


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iii. En una de papel logartmico grafique t vs D para cada una de lasalturas.

iv. En un papel logartmico grafique t vs hpara cada dimetro.v. Realice el siguiente cambio de variable:

y grafique en

el papel milimetrado.

c. De la tabla 5: Escogiendo la cantidad de puntos mnima necesaria determinela ecuacin de la curva en cada caso

Determine en cada caso la ecuacin correspondiente utilizando mnimos

cuadrados.

i. En una hoja de papel milimetrado grafique A vs t.ii. En una hoja de papel semilogartmico grafique A vs t.

OBSERVACIONES

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CONCLUSIONES

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EXPERIMENTO N 1

1. OBJETIVOSEl estudiante al final de la prctica de laboratorio estar en condiciones de:

1.1. MEDICIONES Y SU INCERTIDUMBRE Manejar correctamente el vernier y el micrmetro. Entender cmo se miden longitudes, dimetros y profundidades. Aprender a encontrar la incertidumbre de una medida y su propagacin.

1.2. MEDIDA DE TIEMPOS Determinar la relacin entre el periodo y la longitud l del pndulo, construir

funciones polinmicas que representen dicha relacin.

2. FUNDAMENTO TERICO2.1. MEDICIONES Y SU INCERTIDUMBRE

a. Medicin: La medicin de una magnitud fsica consiste en compararla con uncierto valor unitario o valor patrn de la misma.

b. El Vernier o Pie de Rey:Es un instrumento usado para medir longitudes conhasta 1/20 milmetros de precisin.

c. El Micrmetro: Es un instrumento empleado para medir magnitudes linealespor el mtodo de medicin directa. Su principio de funcionamiento est

basado en el mecanismo de tornillo y tuerca, mediante el cual, si

mantenemos fija la tuerca y hacemos girar el tornillo una vuelta completa,

ste se desplaza longitudinalmente una distancia, denominada avance, igual

al paso de rosca del tornillo. En general, los micrmetros se construyen con

una apreciacin de 0,01 mm; ahora bien, en ocasiones - y para determinadas

aplicaciones - se construyen con diferentes precisiones.

d. Incertidumbre en una medicin: La medicin de una magnitud fsica seexpresa como:

La incertidumbre de una medicin est dada por la mitad de la mnima escala

del instrumento de medicin (error sistemtico).


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La incertidumbre para dos o ms mediciones est dada por:

e. Propagacin de incertidumbres: Sean las magnitudes x e y con sus

respectivas incertidumbres x,y; la propagacin de incertidumbres para

la suma, resta, multiplicacin y cociente de estas, est dada por:

2.2. MEDIDA DE TIEMPOS

a. El periodo de un pndulo esta dado por:

l : longitud del pndulo

g=9,81 m/s2: aceleracin de la gravedad

3. MATERIALES3.1. MEDICIONES Y SU INCERTIDUMBRE

1 Pie de rey 1 Micrmetro 1 Cinta mtrica

1 Varilla 1 Paraleleppedo 1 Tubo pequeo

3.2. MEDIDA DE TIEMPOS 1 Soporte Universal 2 Nueces doble 1 Pasador 1 Platillo para pesas de

ranuras

1 Pesa de ranura, 10g 1 Pesa de ranura, 50g 1 Sedal 1 Cronmetro 1 Cinta mtrica


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FIGURA 1. Montaje para el experimento medida de tiempos.

4. PROCEDIMIENTO4.1. MEDICIONES Y SU INCERTIDUMBRE

Medir con la mayor precisin posible las longitudes y/o dimetros de los objetos(cilindro compacto y cilindro hueco). Utilizando el instrumento de medidaapropiado (cinta mtrica, pie de rey, micrmetro los tres). Repetir 3 veces esta

medicin y llenar la tabla 1 con los valores obtenidos.

Medir con la mayor precisin posible por una sola vez, las dimensiones delparaleleppedo. Y anote sus datos en la tabla 4.

4.2. MEDIDA DE TIEMPOS Monte el sistema segn indica la figura 1. Variando la altura de la nuez doble inferior, ajustar la longitud del pndulo a una

cierta longitud . Desve el pndulo lateralmente formando un ngulo pequeo () con la

vertical, sultelo con cuidado y midiendo 10 oscilaciones completas determine el

periodo de dicho pndulo. Repita 5 veces, obteniendo as: .Determine el periodo ms probable de dicho pndulo como la mediaaritmtica de las cinco mediciones anteriores.

Realizar los pasos anteriores para . Anotar sus resultados en latabla 5.


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EXPERIMENTO: 01

REPORTE DE LABORATORIO

Apellidos y Nombres:

Carrera Profesional: Curso:

Cdigo alumno: Profesor:

Fecha de Realizacin: Fecha de entrega:

1. MEDICIONES Y SU INCERTIDUMBRE1.1. Halla la media (

) de los 3 valores medidos y antala en la tabla 3.

CuerposInstrument

ode medida

Valores medidos xx

Cilindrocompacto

Longitud(l) (mm)

Regla

Vernier

Micrmetro

Dimetro(d) (mm)

Regla

Vernier

Micrmetro

Cilindrohueco

Dimetroexterior

(de) (mm)

Regla Vernier

Micrmetro

DimetroInterior

(di) (mm)

Regla

Vernier

Micrmetro

Altura(h) (mm)

Regla

Vernier

Micrmetro TABLA 3. Errores sistemticos.


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1.2. Con las longitudes medidas en el paraleleppedo (largo, ancho y alto), hallar el rea Ay el volumen V de ste. Suponiendo que se coloca 100 paraleleppedos, apoyados uno

sobre otro, formando un gran paraleleppedo, determinar para este:

1.2.1.El rea total A100.1.2.2.El volumen total V100.Llenar la tabla 4.

CuerposCon la Cinta

mtricaCon el vernier Con el micrmetro

Paraleleppedo

Largo a

Ancho b

Alto h

A

V

Combinacinde 100

paraleleppedos

Largo a100

Ancho b100

Alto h100

A100

V100

Utilizando datos de la Tabla 3: Calcule.

CilindroCompacto

rea total

Volumen

CilindroHueco

rea total

Volumen TABLA 4. Propagacin de errores.

1.3. Cundo se utiliza la cinta mtrica, cundo el pie de rey y cundo el micrmetro, porqu?

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1.4. Con qu precisin se leen los valores en estos tres instrumentos?..

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1.5. Las dimensiones de un paraleleppedo se pueden determinar con una sola medicin?Si no, cul es el procedimiento ms apropiado?

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1.6. Qu sucede con las incertidumbres al hallar el rea, de una cara, y el volumen delparaleleppedo, por qu cree Ud. que sucede esto?

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1.7. Qu es ms conveniente para calcular el volumen del paraleleppedo: una regla enmilmetros, un pie de rey o un micrmetro; porqu?

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2. MEDIDA DE TIEMPOS2.1. Anote sus datos en la tabla 5.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

TABLA 5. Medida de tiempos

2.2. Grafique la funcin discreta: * +

GRFICO 1.

*

+


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2.3. De la grfica escoja convenientemente tres puntos diferentes y reemplace en laecuacin cuadrtica siguiente:

Resolviendo las ecuaciones determine los valores de a, b y c.

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2.4. Calcule la incertidumbre

:

, -

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2.5. Grafique una nueva funcin discreta: * +

GRFICO 2. {( )( ) ( )}2.6. De la grfica escoja convenientemente dos puntos ( ), reemplace en la ecuacin

lineal en ydetermine los coeficientes :

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2.7. Utilizando el mtodo Parbola Mnimo-Cuadrtica hallar la ecuacin:

TABLA 6. Desarrollo de la Parbola Mnimo-Cuadrtica.

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CUESTIONARIO

a. Explique el significado fsico de .b. En general como se elija , se obtendr un cierto valor para . Podra Ud.

elegir

de manera que

sea mnima (aunque

no pase por ninguno de los

puntos de la funcin discreta)? Puede elegir de manera que ?c. Qu sucedera si en vez de dejar caer la masa del pndulo, esta se lanzara?


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d. Se puede observar que es muy difcil evitar que el pndulo rote al soltarlo. Modificatal rotacin el periodo?, Por qu cree Ud. que sucede esto?

OBSERVACIONES

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RECOMENDACIONES DEL ESTUDIANTE

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CONCLUSIONES

MEDICIONES Y SU INCERTIDUMBRE

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MEDIDA DE TIEMPOS

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EXPERIMENTO N 2

1. OBJETIVOSEl estudiante al final de la prctica de laboratorio estar en condiciones de:

1.1. MRUV Determinar la velocidad instantnea de un cuerpo en movimiento rectilneo a

partir de la informacin posicin vs tiempo.

Determinar la aceleracin instantnea a partir de la informacin velocidad vstiempo.

1.2. CAIDA LIBRE Confirmacin de la proporcionalidad entre el recorrido de cada y el cuadrado

del tiempo de cada libre de un cuerpo.

Determinacin de la aceleracin de la cada libreg.1.3. MOVIMIENTO COMPUESTO

Determinacin del alcance en dependencia con el ngulo y la velocidad deldisparo.

Comprobacin del principio de superposicin del movimiento compuesto. Clculo de la velocidad inicial del disparo.

2. FUNDAMENTO TERICO2.1. MRUV

Para describir cuantitativamente el movimiento rectilneo de una partcula usamos los

conceptos de posicin , velocidad y aceleracin como cantidades fsicasntimamente relacionadas durante el proceso de movimiento. Consideremos el caso

particular del movimiento ideal de un cuerpo a lo largo de una lnea recta, el cual

partiendo del reposo recorre una distancia durante el intervalo detiempo

y el movimiento es con una aceleracin constante

. Lo que significa que

el cuerpo tiene un movimiento rectilneo uniformemente variado.

Velocidad media en un intervalo de tiempo

Velocidad instantnea en un instante es el lmite de la funcin velocidad mediaalrededor del instante , cuando se aproxima a .


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Aceleracin media en un intervalo de tiempo

Aceleracin instantnea en el instante

es el lmite de la funcin aceleracin media

alrededor del instante , cuando se aproxima a .

2.2. CAIDA LIBREUn cuerpo que cae con una aceleracin constante y sin ningn tipo de fuerza que est

en contra de este movimiento se dice que est en cada libre. Se puede considerar

que un cuerpo se encuentra en cada libre, si la distancia de cada es pequea en

comparacin con el radio terrestre, despreciando los efectos del aire. Entonces, en un

cuerpo que se deja caer y experimenta la cada libre se cumplir:

2.3. MOVIMIENTO COMPUESTO

El movimiento compuesto es la superposicin del Movimiento Rectilneo Uniforme

(MRU) y del Movimiento Vertical de Cada Libre (MVCL), donde se cumple:


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3. MATERIALES3.1. MRUV

Carrito para medidas yexperimentos

Riel de movimiento de 1.5 m Soporte universal de mesa

Sensor de ultrasonido Interface Computador

3.2. CAIDA LIBRE Un equipo de cada libre Un contador electrnico Un juego de cables de experimentacin con seguridad de 75cm

3.3. MOVIMIENTO COMPUESTO Un equipo de lanzamiento Un soporte para el equipo de

lanzamiento

Un tablero con escala dealturas

Cinta mtrica Un papel carbn (trae el

estudiante)

Tres papeles bond (trae elestudiante)

4. PROCEDIMIENTO4.1. MRUV

a. Colocar el sensor de ultrasonido, previamente conectado a la computadoramediante la interface, en un extremo del carril.

b. Disponer el sistema carril/plano inclinado con una inclinacin de 10 a 15 (segnla figura 1)

c. Colocar el carrito en la parte superior del plano inclinado y sostenerlo hasta darinicio al proceso de toma de datos mediante el sensor.

d. Ajustar los parmetros de medicin (intervalo de medicin en 10 ms, cantidad devalores en 200, duracin de la medicin en 2s).

e. Una vez ajustado todos los parmetros de medicin, dar clic en Iniciar en elprograma 3B-NETlab y un instante despus soltar el carrito.

f. Observar la grfica y el registro de datos (posicin , tiempo ), que seobtienen. Repita el experimento para otro ngulo de inclinacin.

g. Seleccionar una parte de la trayectoria descrita por el carrito para su anlisis yluego realizar el ajuste de curva a ,considerando que

es el valor que marca el cursor izquierdo. Anote su resultado.

h. Designar al instante en el que se produjo el primer dato de la parte seleccionadacomo posicin inicial e instante inicial . Anote en la tabla 1.


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i. Los instantes en que el mvil ocupaba la posicin marcada por el segundo, tercer,cuarto y n-simo puntos, de la parte seleccionada, sern: y respectivamente. Complete la tabla 1.

NOTA: El tiempo transcurrido entre dos medidas sucesivas dadas por el sensor

, puede ser igual a 10 ms dependiendo de la frecuencia a la cual se esttrabajando.

FIGURA 1. Montaje experimental MRUV.

4.2. CAIDA LIBREa. Disponer el sistema mostrado en la figura 2, conectar el contador de acuerdo a la

figura 3 (tomar en cuenta la codificacin de colores de los casquillos) y ajustar la

altura de cada h=0.70m.

b. Enganchar la esfera de acero en la lengeta de sujecin entre los tres puntos deapoyo y presionar hacia abajo el arco de disparo.

c. Iniciar el proceso de cada con una presin leve sobre el arco de disparo (verfigura 4).

d. Anotar el registro del contador, repetir 4 veces.e. Modificar la altura de cada h a 0.65, 0.60,,0.05m y anotar las lecturas del

contador en la tabla 2.


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FIGURA 2. Montaje experimental del experimento de cada libre.

FIGURA 3. Conexin del equipo de cada libre con el contador.

FIGURA 4. Lengeta de sujecin y arco de disparo


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4.3. MOVIMIENTO COMPUESTO Fijar el soporte, para el aparato de tiro, en el lado frontal de la mesa y

colocar el aparato de tiro segn se muestra en la figura 5.

Para determinar el alcance en dependencia con el ngulo:i. Colocar el proyectil en el nivel 1 de disparo, tomar un

ngulo de 15 y disparar, anotar el alcance horizontal. Repetir

3 veces.

ii. Tomar los ngulos 30, 45, 60 y 75, llenar la tabla 5. Para comprobar el principio de superposicin del movimiento

compuesto:

i. Colocar el proyectil en el nivel 1 de disparo, fijar un ngulode 45 y observar la trayectoria del proyectil al disparar.

ii. Colocar el tablero con escala de alturas en una posicin 1conveniente y disparar. Anotar la altura Y alcanzada por elproyectil en el tablero y la distancia X del tablero hasta la

posicin inicial del proyectil.

iii. Colocar el tablero en la posicin 2, 3, 4 y 5 (ver figura 6),repetir lo anterior y llenar la tabla 7.

FIGURA 5. Montaje experimental para el movimiento compuesto.

FIGURA 6. Posiciones del tablero con escala.


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FIGURA 7. Caractersticas del equipo.

ADVERTENCIAS DE SEGURIDAD

A pesar de que la energa de tiro de la esfera es muy baja, sta no debe nunca dar en un ojo.

Nunca vea directamente en el can del aparato de tiro! La posicin de la esfera se comprueba slo a travs de los orificios laterales del

aparato de tiro.

Antes del disparo est seguro que nadie se encuentre en la rbita de vuelo.


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EXPERIMENTO: 02






1. MRUV1.1. Escriba la ecuacin de la curva ajustada en el paso g. del procedimiento

.

Explique que representa cada constante del ajuste

.

.

.

.

.

.

.

.

1.2. Con los datos de los pasos h) e i) llenar la primera y tercera columna de la tabla 1; eny en .1.3. Velocidad instantnea en

A partir de las dos primeras columnas y haciendo las operaciones indicadas en la parte

superior de la tercera columna de la tabla 1, llenar la tercera columna.

Observar que la primera y tercera columnas definen la funcin velocidad media

alrededor de , { }, observe tambin que esta funcin no est definidaen .Repita lo mismo para los instantes los puntos que el profesor le indique.


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TABLA 1. MRUV


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1.4. Hacer un grfico de la funcin { }.Obsrvese que este grfico se puede considerar como constituido por dos partes:

(i) para (ii) para

Si prolonga ambas partes para que se encuentren en se obtendraproximadamente la velocidad instantnea . Esta estar expresada en .De manera anloga realizar las grficas para las funciones ,( )y

GRFICO 1. Velocidad instantnea para t4, t8, t12y t16.


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1.5. Grfico Obsrvese que el mtodo descrito para hallar la velocidad y aceleracin instantneas

se basa slo en las respectivas definiciones, es decir, este mtodo es aplicable para

cualquier dependencia de

respecto de

.En particular en este experimento se espera

La aceleracin es constante y podemos usar un mtodo alternativo para hallar su

valor: graficar y con ayuda del Excel ajustar por el mtodo de mnimoscuadrados calcular la pendiente de la recta obtenida.

GRFICO 2.


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2. CAIDA LIBRE2.1. Hallar el promedio de tiempos y el cuadrado de los tiempos promedios para cada

altura y completar la tabla 2.

t1 t2 t3 385.8ms 385.8ms 385.5ms 372.2 ms 372.6ms 371.8ms 358.9ms 358.7ms 358.5ms 343.7ms 344.0ms 343.3ms 328.3ms 329.2ms 328.2ms 312.5ms 312.2ms 312.2ms 294.6ms 295.2ms 294.7ms

277.4ms 277.2ms 277.7ms

257.9ms 258.7ms 258.2ms 237.8ms 237.4ms 237.4ms 214.9ms 214.6ms 214.5ms 189.8ms 189.6ms 189.4ms 159.6ms 160.0ms 160.3ms 123.9ms 124.9ms 124.0msTABLA 2. Datos del experimento de cada libre.

2.2. Con los resultados obtenidos en la tabla 2, realizar un grfico .

GRFICO 3.


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2.3. Usando el mtodo de regresin Parbola Mnimo-Cuadrtica, hallar la ecuacin delgrfico 3, y comparndola con la ecuacin hallar el valor de .

TABLA 3. Desarrollo de la Parbola Mnimo-Cuadrtica.

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2.4. Con los resultados obtenidos en la tabla 2, realizar un grfico .

GRFICO 4. 2.5. Usando el mtodo de regresin Recta Mnimo-Cuadrtica, hallar la ecuacin del

grfico 4, y comparndola con la ecuacin hallar el valor de .


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TABLA 4. Desarrollo de la Recta Mnimo-Cuadrtica.

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2.6. Con los resultados obtenidos, calcular el valor promedio de la gravedad

.

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3. MOVIMIENTO COMPUESTO3.1. Calcular el valor promedio del alcance , el y completar la tabla 5.

Sen(30) 69.5 cm 69.2 cm 69.5 cm Sen(60) Sen(90) Sen(120) Sen(150)

TABLA 5. Datos experimentales.

3.2. Con los resultados de la tabla 5 hacer el grfico .

GRFICO 5.


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3.3. Con el mtodo de mnimos cuadrados hallar la ecuacin del grfico .

34.7 cm

TABLA 6. Mnimos cuadrados.

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3.4. Comparando el resultado obtenido en 3.3 con la ecuacin y usando el resultadoobtenido en 2.6,calcular la velocidad inicial de disparo .

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3.5. Hallar el promedio de las alturas alcanzadas por el proyectil, para cada posicin deltablero, y completar la tabla 7.

5

6TABLA 7. Datos experimentales para el estudio del movimiento compuesto.

3.6. Con los resultados de la tabla 7, hacer el grfico .

GRFICO 6.


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3.7. Usando el mtodo de regresin Parbola Mnimo-Cuadrtica, hallar la ecuacin delgrfico 6, y comparndola con la ecuacin calcular la velocidad inicial de disparo.

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3.8. Hallar el promedio de los resultados obtenidos en los pasos 3.4 y 3.7.

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CUESTIONARIO

a. Las gotas de lluvia, al caer, experimentan una cada libre?, por qu?b. Investigue sobre las propiedades fsicas de una gota de lluvia promedio (masa,

volumen, altura promedio de cada). Cul sera la diferencia entre la gota

experimentando cada libre y sin experimentarlo, que consecuencias traera en la vidadiaria?

c. Demostrar las ecuaciones .d. Se podra decir que con el experimento desarrollado se ha comprobado el principio

de superposicin del movimiento compuesto? Explique.

e. El movimiento circular es un movimiento compuesto? Explique.

OBSERVACIONES

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CONCLUSIONES

MRUV

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CAIDA LIBRE

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MOVIMIENTO COMPUESTO

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EXPERIMENTO N 3

1. OBJETIVO1.1. CENTRO DE GRAVEDAD DE UN CUERPO

El estudiante aprender a encontrar el centro de gravedad de los cuerposregulares e irregulares planos.

1.2. POLIPASTO Averigua experimentalmente cual es la fuerza necesaria para elevar una carga con

el polipasto.

1.3. REACCIONES EN LOS APOYOS EN UNA VIGA SIN CARGA El estudiante estar en capacidad de entender cmo se distribuye, en los apoyos,

la fuerza por peso de una viga.

2. MATERIALES2.1. CENTRO DE GRAVEDAD DE UN CUERPO

Pie estativo Varilla soporte, 600mm Nuez doble Pasador

Platillo para pesas de ranura, 10g Sedal Cartulina (30x40cm) Tijeras

2.2. POLIPASTO Pie estativo. Varilla soporte, 600mm. Varilla soporte con orificio,

100mm.

Nuez doble (2). Platillo para pesas de ranura,

10g.

Pesa de ranura, 10g (4).

Pesa de ranura, 50g (3). Polea doble (2). Mango para polea. Dinammetro, 2N. Soporte para dinammetros. Cinta mtrica, 2m. Sedal.

2.3. REACCIONES EN LOS APOYOS EN UNA VIGA SIN CARGA Pie estativo 3 varillas soporte, 600mm 2 varillas soporte con orificio,

100mm

Nuez doble

Palanca Dinammetro, 1N Dinammetro, 2N Soporte para dinammetros Sedal


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3. PROCEDIMIENTO3.1. CENTRO DE GRAVEDAD DE UN CUERPO

a. Recortar de la cartulina los cuerpos planos regulares de la figura 1, del 1 al 6.b. Haz unos pequeos orificios en los puntos indicados, en los que quepa el

pasador.c. Disponer el sistema mostrado en la figura 2.d. Intenta determinar el centro de gravedad de los cuerpos (1-4), lo ms

exactamente posible, mrcalo con un lpiz.

e. Cuelga los cuerpos por los distintos orificios en el pasador, y comprueba si elsedal pasa siempre por la marca que has hecho.

f. Cuelga ahora el cuerpo irregular 6, por uno de sus orificios, y marca en l pordonde pasa el sedal. Repite lo mismo con todos los orificios.

FIGURA 1. Cuerpos planos.

FIGURA 2. Montaje experimental para encontrar el centro de gravedad de un cuerpo.


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3.2. POLIPASTOa. Fije un trozo de sedal de uno 110 cm de longitud en el gancho de la polea fija

superior.

b. Calibre el dinammetro a cero, pase el sedal segn la figura 4 por las 4 poleas,y sujeta con un lazo al dinammetro.

c. Determine con el dinammetro la fuerza por peso de una de las poleasdobles, y anota su valor.d. Carga el polipasto con una masa de 50g (el platillo para pesa de ranura y 4

peas de 10g).

e. Lee la fuerza F en el dinammetro.f. Mide de nuevo la fuerza con las cargas de 100, 150 y 200 g. g. Lleva todos los valores a la tabla 1.

FIGURA 3. Pasos para el montaje experimental.

FIGURA 4. Montaje experimental.


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3.3. REACCIONES EN LOS APOYOS EN UNA VIGA SIN CARGAa. Determine la fuerza por el peso de la viga (FB)b. Arme el sistema mostrado en la figura 5, de tal manera que la palanca quede

lo mas horizontal posible y los dinammetros lo mas vertical posible.

c. Con los lazos en los extremos (marcas 10), anotar las medidas que indicanlos dinammetros (F1, para el dinammetro de 1N y F2, para el dinammetro

de 2N).

d. Desplazar los lazos a las marcas 6 y 3 (tomando en cuenta las indicacionesanteriores, la horizontalidad de la palanca y la verticalidad de los

dinammetros), anotar las lecturas en la tabla 2.

e. Colocar la viga otra vez en la posicin inicial (marcas 10), tomando fijo elsedal del dinammetro 1N, colocar sucesivamente el sedal del dinammetro

2N en las marcas 8,6, 4, 2 y 0. Anotar las lecturas de F 1y F2en la

tabla 3.

FIGURA 5. Montaje experimental para analizar las reacciones en los apoyos de una viga sin carga.


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EXPERIMENTO: 03






1. CENTRO DE GRAVEDAD1.1. En los cuerpos del 1 al 4, coinciden las marcas del centro de gravedad hallado por

Ud., con la lnea que sigue el sedal? Explique.

..

..

..

..

..

1.2. Qu se puede deducir de lo anterior?..

..

..

..

1.3. Para el cuerpo 6, qu sucede con las lneas por donde pasa el sedal?..

..

..

..


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1.4. Qu pasa si cuelgas el cuerpo por el punto donde se intersecaron las lneas?..

..

..

..

..

1.5. Qu puedes decir de ese punto?..

..

..

..

1.6. Cmo puedes determinar el centro de gravedad del cuerpo 5, dnde se encuentra?..

..

..

..

..

..

1.7. Es posible que el centro de gravedad de un cuerpo se encuentre fuera de ella, porqu?

....

..

..

..

..


44/85



1.8. Hay alguna diferencia entre centro de gravedad y centro de masa?, explique...

..

..

..

..

..

2. POLIPASTO2.1. Calcula la fuerza por peso , a partir de la masa m, y teniendo en cuenta la fuerza

por peso de la polea doble . De acuerdo a la siguiente relacin: Complete la tabla 1.

TABLA 1. Polipasto

2.2. Es ms fcil levantar la carga directamente, o con el polipasto? Explique...

..

..

..

..

..


45/85



2.3. Existe relacin entre el cociente y el nmero de poleas? Si existe, cul es larelacin?

..

....

..

..

..

3. REACCIONES EN LOS APOYOS EN UNA VIGA SIN CARGA

3.1.Con los datos obtenidos en la parte d del procedimiento complete la tabla 2, donde:FTot=F1+F2

MarcaF1 (N) F2(N) FTot(N) F1/F2

M1 M2

10 10

6 6

3 3Tabla 2.

3.2. Con los datos obtenidos en la parte e del procedimiento complete la tabla 3, donde:FTot=F1+F2

MarcaF1 (N) F2(N) FTot(N) F1/F2

M1 M2

10 8

10 6

10 4

10 2

10 0Tabla 3.

3.3. Al comparar FTotcon FB, qu resultado tienes? De una explicacin desde el punto devista fsico.

..

..

..

....


46/85



3.4. Al comparar F1/F2, con las cifras de las marcas (M1y M2), qu se observa? De unaexplicacin desde el punto de vista fsico.

..

....

..

..

3.5. Qu significado tiene el centro de la viga? Qu representa desde el punto de vistafsico?

..

..

..

..

..

3.6. Qu pasara si tanto los dinammetros como la viga no estuvieran en posicinvertical y horizontal, respectivamente? Explique.

..

..

..

..

..

3.7. Si se tuviese una viga no homognea se cumplira lo mismo que en esteexperimento? Explique.

..

..

..

..

..


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OBSERVACIONES

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..

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..

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..


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..

..

CONCLUSIONES

CENTRO DE GRAVEDAD DE UN CUERPO

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..

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EQUILIBRIO

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..

..

..

REACCIONES EN LOS APOYOS EN UNA VIGA SIN CARGA

..

..

..

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EXPERIMENTO N4

1. OBJETIVO1.1. LA LEY DE HOOKE

El estudiante al final del experimento entender la Ley de Hooke1.2. PARALELOGRAMO DE FUERZAS

Estudio grfico del equilibrio de tres fuerzas independientes. Estudio analtico del equilibrio de fuerzas, con orientacin simtrica de las fuerzas

F1y F2.

2. FUNDAMENTO TERICO2.1. LA LEY DE HOOKE

Cuando un muelle se comprime o se estira una pequea cantidad x a causa de un

agente externo, esta responde con una fuerza que responde experimentalmente a:

2.2. PARALELOGRAMO DE FUERZASLas fuerzas son vectores, es decir, que se suman de acuerdo con las leyes de la adicin

vectorial. Interpretando grficamente, el punto inicial del segundo vector se desplaza

hasta el punto final del primer vector. La flecha desde el punto inicial del primer

vector hasta el punto final del segundo vector representa el vector resultante. Si se

consideran ambos vectores como los lados de un paralelogramo, el vector resultante

ser entonces la diagonal del paralelogramo (ver figura 1).

FIGURA 1. Adicin vectorial de fuerzas.

En un equilibrio de fuerzas, la suma de las fuerzas aisladas cumple la condicin:

Es decir que la fuerzaF3es igual a la suma vectorial de las fuerzas F1y F2(ver Fig. 2):

Para la componente vectorial paralela a la suma F se cumple:


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Y para la componente perpendicular a ella

Las ecuaciones (iv) y (v) describen la adicin vectorial analticamente. Para la

comprobacin experimental es conveniente fijar la fuerza F3en el ngulo 0.

FIGURA 2. Determinacin de la suma vectorial de dos fuerzas F1y F2a partir de la fuerza F3que

mantiene el equilibrio.

Alternativamente a la consideracin analtica, se puede estudiar el equilibrio de las

fuerzas tambin grficamente. En este caso se dibujan primero las fuerzas con sus

valores absolutos y sus ngulos partiendo del punto de aplicacin. A continuacin se

desplazan las fuerzas F2y F3hasta que el punto inicial se encuentre al final del vector

anterior. Como resultado se espera el vector resultante igual a 0 (ver Fig. 3). Estasituacin se realiza en el experimento con tres fuerzas cualesquiera que se encuentren

en equilibrio.

FIGURA 3. Estudio grfico del equilibrio de tres fuerzas aisladas de cualquier orientacin.

En el experimento la consideracin analtica se limita al caso especial en que las

fuerzas F1y F2estn orientadas simtricamente con respecto a F3.


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3. MATERIALES3.1. LA LEY DE HOOKE

1 Pie estativo. 1 Varilla soporte, 600mm. 1 Nuez doble. 1 Platillo para pesas de ranura,

10g.

1 Pesa de ranura, 10g. 1 Pesa de ranura, 50g.

1 Muelle helicoidal, 3N/m. 1 Muelle helicoidal, 20N/m. 1 Pasador. 1 Soporte para tubos de

vidrio.

1 Cinta mtrica.

3.2. PARALELOGRAMO DE FUERZAS 1 Mesa de fuerzas ( 1 placa circular de trabajo, 1 varilla central, 1 base,

3 colgadores de pesas con pesas ranuradas, 3 sujetadores con poleas, 1 anillos

con cordones y 1 soporte).

4. PROCEDIMIENTO4.1. LA LEY DE HOOKE

a. Disponer un estativo con el pie, la varilla soporte y la nuez doble segn se muestraen la figura 4. Coloca el pasador en la nuez y cuelga de l el muelle de 3N/m.

b. Coloca el soporte para tubos de vidrio en la parte inferior de la varilla, pon lacinta mtrica sobre el pie, saca la cinta y sujtala al soporte para tubos.

c. Coloca la cinta mtrica de forma que su cero coincida con el final del muelle de3N/m (ver figura 4).

Cuelga el platillo para pesas de ranura (m=10g) del muelle, y anota elalargamiento del muelle l.

Aumenta la masa en pasos de 10g hasta un total de 50g y lee las variacionesde longitud l correspondientes. (Llenar la tabla N1)

d. Colocar ahora el muelle de 20N/m en el pasador y coloca el cero de la cintamtrica en su extremo.

Cuelga el platillo en el muelle, con un amasa de 10g (suma 20g), y lee elalargamiento l.

Aumente la masa en pasos de 20g gasta llegar a un total de 200g ydetermine los correspondientes alargamientos. (Llenar la tabla N2)


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4.2. PARALELOGRAMO DE FUERZASa. Monte la mesa de fuerzas sobre una superficie plana tal como se

muestra en la figura 5.

b. Fije las ruedas de desviacin de los brazos de fuerza en 60, 180 y300.

c. Con abrazaderas de soporte se fijan las cuerdas en el anillo blanco,cada una de ellas se pasa alrededor de una rueda de desviacin y se

carga con un juego completo de pesas de ranura.

d. Compruebe si el anillo blanco se orienta simtricamente con respectoal centro de la mesa.

e. Si es necesario se corrija la orientacin de la mesa y la direccin de lascuerdas.

f. Orientacin simtrica de F1y F2:i. El brazo de la fuerza F3se deja todava en 180.

ii. Los brazos de las fuerzas F1 y F2 se enclavan en 10 y 350 (-10) y se cargan con 100 g.

iii. La carga del brazo de F3 se elije de tal forma que el anilloblanco se encuentre en una posicin de equilibrio y se anota la

masa colgada m3en la tabla 3.


53/85



iv. Los brazos de las fuerzas F1y F2se enclavan en 20 340 (-20)y seleccionando adecuadamente m3se restablece nuevamente

el equilibrio.

v. Secuencialmente se cambia a los ngulos 1 = 30, 40, 50,60, 70 y 90, y cada vez se determina la masa m3 para la

restitucin del equilibrio y se anota en la tabla 3.

g. Orientacin general de los brazos de fuerza:i. El brazo de la fuerza F1se enclava en 340 y se carga con 50 g.

ii. El brazo de la fuerza F2se enclava en 80 y se carga con 70 g.iii. El brazo de la fuerza F3se orienta y se carga de tal forma que

se establezca un equilibrio de las fuerzas.

iv. Establecer nuevos valores para las masas (m1, m2) y losngulos (1, 2) y llenar la tabla 4.



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EXPERIMENTO: 04






1. LEY DE HOOKE1.1.De acuerdo a las partes c y d del procedimiento; calcule, a partir de las masas, las

fuerzas por peso Fgy llene las tablas 1 y 2.

Masa m (g) Fuerza por peso Fg(N) Alargamiento (cm)

TABLA 1. Muelle de 3N/m.

Masa m (g) Fuerza por peso Fg(N) Alargamiento (cm)

TABLA 2. Muelle de 20N/m.


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1.2.Con los resultados obtenidos en las tablas 1 y 2, realizar un diagrama (Fgvs ).

GRFICO 1. Fg(N)vs (cm) para los muelles con K1=3 N/m y K2=20 N/m.1.3.Determinar el factor de proporcionalidad entre Fg y l de los diagramas obtenidos,

explique el significado fsico de estas. En qu se diferencian los dos muelles?

..

..

..

..

..

..

..

..


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1.4.Calcule, para cada muelle, el error porcentual del valor experimental de la constantede proporcionalidad.

..

....

..

..

..

..

1.5.El alargamiento les proporcional a la masa m? Por qu?..

..

..

..

..

..

..

1.6.Explique brevemente el funcionamiento de un dinammetro...

..

..

....

..

..

..

..


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2. PARALELOGRAMO DE FUERZAS2.1.De acuerdo a la parte fdel procedimiento, complete la tabla 3.

10

20

30

40

50

60

70

80

90TABLA 3.

La masa necesaria m3para el equilibrio de las fuerzas y la fuerza F3calculada a partir de ella en dependencia

con el ngulo (m1=m2=100g)2.2.Realice un diagrama . Explique el grfico obtenido.

GRFICO 2. ..


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..

..

..

..

..

2.3.De acuerdo a la parte gdel procedimiento; complete la tabla 4.

TABLA 4. Orientacin general de los brazos de fuerza

2.4.Representar grficamente en un papel milimetrado los vectores obtenidos con losdatos en la tabla 4.

GRFICO 3.


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OBSERVACIONES

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..

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CONCLUSIONES

LA LEY DE HOOKE

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PARALELOGRAMO DE FUERZAS

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EXPERIMENTO N 5

DINAMICA Y MOMENTO DE INERCIA

1. OBJETIVO: Verificar la segunda ley de Newton. Determinar Experimentalmente el momento de Inercia.

2. FUNDAMENTO TEORICO:Para comprender el significado de la segunda ley de Newton es conveniente tener una

idea de un sistema de referencia inercial. Estrictamente hablando un sistema de

referencia inercial es un observador O sobre el cual no acta ninguna fuerza y que

describe sus observaciones en un sistema de coordenadas cartesianas. Cualquierobservador O, en reposo o movindose a velocidad constante con respecto a O,

puede tambin construir su propio sistema de referencia inercial.

Para muchos fenmenos un sistema de referencia ligado a la Tierra es

aproximadamente un sistema de referencia inercial.

Segunda ley de Newton:

Si en un instante medimos la fuerza resultante

sobre un cuerpo en movimiento y

simultnea pero independientemente medimos la aceleracin de dicho cuerporespecto a un sistema de referencia inercial se encontrar que ambas estnrelacionadas por la expresin: Donde es la constante de proporcionalidad y se llama masa del cuerpo.Momento de Inercia:

Es una medida de la inercia rotacional de un cuerpo, refleja la distribucin de masa de

un cuerpo o de un sistema de partculas en rotacin, respecto a un eje de giro. Elmomento de inercia slo depende de la geometra del cuerpo y de la posicin del eje

de giro; pero no depende de las fuerzas que intervienen en el movimiento.

El momento de inercia desempea un papel anlogo al de la masa inercial en el caso

del movimiento rectilneo y uniforme.


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3. MATERIALES: Carril, 1.5m Carrito para medidas y

experimentos (50g)

Torre para carrito paramedidas y experimentos

Sensor de barrera luminosa (2) Contador digital Trpode variable Varillas de acero inoxidable

(600mm) (2)

Pndulo de barra con disco.

Nuez doble (2) Soporte universal de mesa Polea loca D = 65mm Mango para polea Platillo para pesas de ranura,

10g

Pesa de ranura, 10g (4) Pesa de ranura, 50g (3) Cinta mtrica, 2m Sedal

4. PROCEDIMIENTO: PARTE 1:

a. Disponer el sistema carril/plano en posicin horizontal segn la figura 1.b. Coloca los sensores de barrera luminosa en los extremos del carril, y estos

conectados al contador.

c. Coloca la polea con su mango en el soporte en un extremo del carril, colcalajusto para que no roce con el borde la mesa.

d. Pon una masa de 50g en la torre del carrito.e. Ata un trozo de sedal (aprox. 1.4m) al carrito, y cuelga en el otro extremo el

platillo para pesas de 10g.

f. Colocar el carrito en el carril cerca del primer sensor y sostenerlo (de maneraque el carrito pueda empezar con velocidad inicial cero).

g. Sujeta el carrito cuando llegue al final del carril, toma nota de la masa =10g,desplazamiento S (cm), S puede ser 60 cm, y el tiempo empleado t (s) en este

tramo. Repite tres veces el experimento para obtener un tiempo promedio.

Anota los resultados en la tabla 1.

h. Repita el paso anterior aumentando la masa que de traccin:

= 20, 30, 40 y

50g. Anotar los resultados en la Tabla 1.


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PARTE 2:

a. Disponer el sistema carril/plano en posicin horizontalb. Colocar los sensores de barrera luminosa en los extremos del carril, y estos

conectados al contador.

c. Colocar la polea con su mango en el soporte en un extremo del carril, colcalajusto para que no roce con el borde la mesa

d. Pon una masa de 50g en la torre del carrito.e. Ata un trozo de sedal (aprox. 1.4m) al carrito y cuelga en el otro extremo el

platillo para pesas de 10g, con una masa de 10g (= 20g).f. Colocar el carrito en el carril cerca del primer sensor y sostenerlo (de manera

que el carrito pueda empezar con velocidad inicial cero).

g. Sujeta el carrito cuando llegue al final del carril, toma nota de la masa =100g, desplazamiento S (cm), S puede ser 60 cm, y el tiempo empleado t (s) en

este tramo. Repite tres veces el experimento para obtener un tiempo

promedio. Anota los resultados en la tabla 2.

h. Repita el paso anterior aumentando la masa que est encima del carrito: =150, 200 y 230g. Anotar los resultados en la Tabla 2.


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PARTE 3:

a. Disponer el pndulo de barra de acuerdo a la figura 2.b. Colocar el sensor de barrera luminosa, conectada al contador.c. Aparte aproximadamente 5 el pndulo de barra a partir de su posicin de

equilibrio y mida el periodo en el contador, anote sus datos en la tabla 3.d. Repita la parte c. variando la posicin del disco a otras posiciones diferentes y

complete la tabla 3.

Figura 2


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EXPERIMENTO: 05






1. PARTE I1.1. Complete la tabla 1 de acuerdo a los pasos gy hdel procedimiento.

mF(g) S (cm) t (s) (N) t2(s2) (cm/s2)10

20

30

40

50

Tabla 1.

Donde: = 100g; : masa del carrito con la pesa de 50g.1.2. Calcula la fuerza de aceleracin y halla el cuadrado de t. Antalos en la tabla 1.

..

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..

1.3. Calcula la aceleracin a con la frmula = 2S/t2 y antalaen la tabla 1...

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1.4. Realiza un grfico aceleracin-fuerza, = f (), ajuste la curva. Qu grfica resulta yqu relacin existe entre y ?

GRFICO 1. Aceleracin en funcin de la fuerza..

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....

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1.5. Del grfico aceleracin-fuerza, calcula el factor k = /. Calcula 1/k y compralocon la masa . Qu resulta?..

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..

..

..

1.6. Expresa verbalmente la relacin entre masa, fuerza y aceleracin.....

..

..

2. PARTE 2

2.1. Complete la tabla 2 de acuerdo a los pasos gy hdel procedimiento.m (g) S (cm) t (s) t

2(s

2) (cm/s2) 1/(1/g) (N)

100

150

200

230

Tabla 2.

2.2. Calcula la fuerza de aceleracin

en newtons (N).

..

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2.3. Halla el cuadrado t2 y calcula la aceleracin a con la frmula = 2S/t2. Anota losvalores en la tabla 2.

..

....

..

..

2.4. Realiza un grfico aceleracin-masa: = f(), ajuste la curva. Qu curva resulta, qurelacin existe entre y ?

GRFICO 2. Aceleracin en funcin de la masa..

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2.5. Halla el valor recproco de : 1/y antalo en la tabla 2. Luego realiza un grfico = f(1/), ajuste la curva. Qu curva resulta y qu relacin existe entre y 1/?

GRFICO 3. Aceleracin en funcin de la masa....

..

..

..


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2.6. Halla el producto de cuatro mediciones distintas, coloque estos resultados en latabla 2. Luego haz la media y compara el resultado con la fuerza aceleradora . Quresulta? Expresa verbalmente el resultado.

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3. PARTE 3

3.1. Complete la tabla 3 de acuerdo a los pasos cy dde la parte 3. del procedimiento.Masa disco (kg) = Masa barra (kg) =

L (m) d (m) T (s) Iexp(kgm2) ITeo(kgm

2) Error (%)

Tabla 3.

3.2.Deduzca la frmula terica que utiliz para calcular el momento de inercia terico delpndulo de barra + disco

..

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3.3. Comente sobre sus resultados obtenidos para momento de inercia experimental ymomento de inercia terico.

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OBSERVACIONES

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CONCLUSIONES

PARTE I

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PARTE II

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PARTE II

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EXPERIMENTO N 6

1. OBJETIVO:1.1. TRABAJO

Verificar que el trabajo es independiente del camino que se recorre desde elpunto de partida al punto final.

1.2. ENERGIA Determinar la energa contenida en un muelle en tensin, utilizando el principio

de conservacin de la energa.

2. FUNDAMENTO TERICO:2.1. TRABAJO

Fuerzas conservativas:Decimos que una fuerza es conservativa si el trabajo efectuado

por ella o contra ella para mover un objeto es independiente de la trayectoria del

objeto.

Movimiento en una dimensin con fuerzas constantes:

Figura 1. Trabajo efectuado por una fuerza constante

El trabajo

realizado por una fuerza constante

cuyo punto de aplicacin se traslada

una distancia , es igual al, producto de las magnitudes del desplazamiento y elcomponente de la fuerza paralelo a ese desplazamiento:

En donde es el ngulo entre las direcciones de e y es el desplazamiento delpunto de aplicacin de la fuerza, como se indica en la figura 1.


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2.2. ENERGIAConservacin de la energa

Las leyes de conservacin son las piedras angulares de la fsica, tanto en teora como

en la prctica. Cuando decimos que una cantidad fsica se conserva, queremos decir

que es constante, o que tiene un valor constante.

La cantidad de energa de un sistema se mantiene constante cuando el sistema no

efecta trabajo mecnico ni se efecta trabajo mecnico sobre l, y cuando no se

transmite energa al sistema ni del sistema.

Energa potencial La energa potencial total es la suma de las energas potenciales gravitacional y

elstica.

Figura 2. Energa potencial.

El trabajo efectuado sobre una partcula por una fuerza gravitacionalconstante puede representarse en trminos de un cambio en la

energa potencial . Un resorte estirado o comprimido ejerce una fuerza elstica sobre una partcula, donde es la distancia de

estiramiento o de compresin. El trabajo efectuado por esta fuerza

puede representarse como el cambio en la energa potencial elstica

del resorte. .


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Conservacin de la energa mecnica total

La energa mecnica de un sistema se conserva . Si slo fuerzasgravitacional y elstica realizan trabajo sobre una partcula, la suma de las energas

cintica y potencial se conserva.

3. MATERIALES

3.1. TRABAJO Pie estativo Varilla soporte, 600 mm Varilla soporte, 250 mm Nuez doble (2) Carril Carrito para medidas y

experimentos

Torre para carrito para medidas yexperimentos

Dinammetro, 1N Dinammetro, 2N Pesa de ranura, 50g (3) Pasador Placa con escala Cinta mtrica, 2m Sedal

3.2. ENERGIA Pie estativo

Varilla soporte, 600mm Nuez doble (2) Platillo para pesas de ranura, 10g Pesa de ranura, 10g (3) Muelle helicoidal, 3N/m

Dinammetro, 2N

Pasador Placa con escala Cinta mtrica, 2m Soporte para tubos de vidrio

4. PROCEDIMIENTO:4.1. TRABAJO

Pon un trozo de sedal en el pasador del carrito, para colgar del dinammetro de

2N.

Monta el plano inclinado segn la figura 3, con el pie estativo, la nuez doble y la

varilla soporte corta para apoyar el carril.

Fija la placa con una nuez doble a la varilla corta, en posicin horizontal.

Coloca el carril a una altura de h= 20cm.

Levanta el carrito con el dinammetro a la altura h, y lee su fuerza por peso Fg.

Djalo sobre la placa junto al carril. Anota hy Fgen la tabla 1.


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Coloca el carrito en el extremo inferior del carril. En gancha en l el dinammetro

de 1N, y tira sobre el plano inclinado lentamente, hasta llevar el carrito al extremo

superior.

Mientras tiras, lee lo que marca el dinammetro, y anota el valor Fen la tabla 1.

Mide el recorrido ldel carrito sobre el plano inclinado. Anota tambin este valor.

Carga el carrito sucesivamente con masas de 50, 100 y 150g, repitiendo las

mediciones.

Aumenta la altura h a 30cm, repite las mediciones. Lleva todos los valores a la

tabla 1.

Figura 3. Montaje experimental.

4.2. ENERGIAExperimento preliminar 1

a. Haz el montaje de la figura 4.b. Levanta una masa de 40g con el dinammetro, y observa lo que marca.c.

Fija el muelle helicoidal lo ms alto posible en la varilla soporte.d. Tira hacia abajo del muelle con el dinammetro, y observa lo que marca edistintas tensiones.

Experimento preliminar 2

a. Cuelga una masa de 40g del muelle, y djala caer. Observa lo que ocurre.b. Baja el punto de suspensin del muelle lo necesario para que la masa roce la

mesa en el punto inferior de inversin de la oscilacin.

c. Sujeta la masa cuando toque la mesa, sujtala y observa cmo contina elexperimento.


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Figura 4. Figura 5.

Experimento principal

a. Cuelga del muelle el platillo pata pesas de ranura (m = 10g) y determina sualargamiento l.

b. Aumenta la masa de 10 en 10g, hasta un mximo de 40g, y determina paracada masa el alargamiento l.c. Anota en la tabla 2 todos los valores de l.

d. Calcula las alturas h a partir de h =2l, y anota tambin estos valores en latabla 2.

e. Coloca la placa en la nuez doble inferior (figura 5), a la altura h que hascalculado para m =10g.

f. Eleva la masa m = 10g (platillo) con el dinammetro hasta la placa, leyendomientras la subes la fuerza por peso Fg. Anota este valor en la tabla 2.

g. Desplaza en punto de suspensin del muelle hasta que su gancho inferior seencuentre justo a la altura del gancho del platillo.

h. Cuelga el platillo (m= 10g) del muelle, y djalo caer. Observa el proceso.i. Repite el experimento (3 veces) de la misma forma con las masas m= 20, 30,

40g.


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EXPERIMENTO: 06






1. TRABAJO1.1. Completa la tabla 1 de acuerdo al procedimiento (partes e, f, g, h, iyj).h (cm) m (g) Fg(N) F(N) WH(Ncm) WZ(Ncm)

20

50

100

150

200

30

50

100

150200

Tabla 1.

Masa del carrito m= 50g, Fg= .N

Longitud del recorrido l = cm

1.2. Calcula el trabajo de elevacin WH= h. Fg, y anota el resultado en la tabla 1.....

....

....

....

....

....

....

....


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1.3. Calcula el trabajo de traccin en el plano inclinado WZ = l . F, y antalo en la tablasuperior.

...............

..............................

...............

...............

...............

...............

...............

1.4. Compara el trabajo de traccin con el de elevacin. Qu encuentras?

....

....

....

....

1.5. Por qu no son iguales la fuerza por peso Fg y la fuerza de traccin F? Dibuja unparalelogramo de fuerzas.

....

....

....

....


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a. Qu ocurre cuando sueltas el carrito en el extremo superior del carril? Explique.....

....

....

....

b. Es esto mismo lo que ocurre cuando subes el carrito a la placa colocada en el extremosuperior del carril?

....

....

........

c. Qu aplicaciones prcticas tiene el plano inclinado?....

....

....

....

....

....

2. ENERGA2.1.Complete la tabla 2 de acuerdo al procedimiento del experimento principal (partes: a,

b, c, d, ey f).

m(g) (cm) h (cm) Fg(N) WH(Ncm) S(cm) WS(Ncm) C10

20

30

40

Tabla 2.


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2.2.Qu diferencia observas en lo que marca el dinammetro al elevar una masa y alestirar un muelle?

......

......

......

......

......

2.3.Una masa ma una altura hposee una energa potencial WP, que es igual al trabajo deelevacin WHrealizado. Si lo dejas caer colgada de un muelle, su energa potencial se

transforma de nuevo. Cmo se perciba esta transformacin en el experimento

preliminar 2?

......

......

......

......

2.4.Si sujetas la masa del muelle cuando llega al punto ms bajo, sobre la mesa, ha debidoceder ya el trabajo de elevacin que se le haba aplicado anteriormente. Pero qupasa si sueltas de nuevo la mesa? Cmo explicas este fenmeno?

......

......

......

......

......

............

2.5.Calcula, a partir de los valores medidos de h, m, y Fg el trabajo de elevacin WH, yantalo en la tabla 2.

......

......

............


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2.6.Anota en la tabla 2 los alargamientos S = hy la energa elstica WS = WH.

2.7.Calcula el factor Ca partir de los valores de energa elstica, dividiendo el valor msalto por el valor para 10g, es decir WS (20g) por WS (10g), etc. Lleva a la tabla 2 los

valores de C. Qu observas en estos valores?

2.8.Construye un grfico (WSvs S) con los valores de la tabla 2. Qu trayectoria tiene lacurva resultante de unir los puntos?

GRFICO 2.WS(N cm)Vs S (cm)


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2.9.Qu relacin se deduce entre Sy WSde las mediciones y clculos?

OBSERVACIONES

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..

..

..

..

..

..

..


..

..

..

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CONCLUSIONES

TRABAJO

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..

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..

ENERGA

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BIBLIOGRAFIA

1. Fsica, Tipler, Paul A., Edit. W. H. Freeman; 6aedicin (2007)2. Manual de Laboratorio de Fsica UNI, 2009.3. Fsica Universitaria, F. Sears, y M. Zemanski, Edit. Addison-Wesley Pearson 12 aedicin

(2007).

4. Fsica Recreativa, S. Gil y E. Rodriguez, www.fisicarecreativa.com.

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