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FÍSICA GENERAL

INFORME PRACTICA DE LABORATORIO #2

Presentado a: Manuel Julián Escobar Tutor

Entregado por: Sonia Velásquez Código: 1024524667 Fabian Andres Martinez Código: 1077970621 Diana Franco Lozano Código: 1012398976 Daniel Franco León Código: 1014249336 Leidy Daniela Daza Código: 1007631504

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA Octubre 2018 BOGOTÁ

1

Contenido OBJETIVOS

4

Objetivos Generales

4

Objetivos Específicos

4

INTRODUCCIÓN

5

Segunda ley de Newton (Con Cobra 4).

6

Objetivo(s)

6

Fundamentación Teórica

6

Descripción de la práctica

6

Recursos que utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

7

Software que utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica

7

Metodología

7

Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica.

7

Forma de trabajo:

7

Montaje (Ver figura 3.1 de la página anterior):

7

Procedimiento:

8

Análisis de resultados Energía cinética y potencial

17

Objetivo(s)

17

Fundamentación Teórica

17

Descripción de la práctica

18

Recursos para utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

19

Metodología

19

Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica.

19

Forma de trabajo:

19

Procedimiento:

19

Análisis de resultados

20

Equilibrio

2

9

22

Objetivo(s)

23

Fundamentación Teórica

23

3

Descripción de la práctica

23

Recursos para utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

24

Metodología

24

Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica.

24

Forma de trabajo:

24

Procedimiento:

24

Análisis de resultados

25

OBJETIVOS Objetivos General A través de la practica experimental poder desarrollar y encontrar la mejor solución a los procedimientos escritos en la guía de laboratorio, así como obtener una mejor visión y aprendizaje para la aplicación de lo aprendido en cada momento de la nuestra carrera y aplicación al campo profesional.

Objetivos Específicos    

4

Aplicar formulas adecuadas para la determinación y comprobación de los resultados de los datos obtenidos en el desarrollo experimental. Implementar y comprender las leyes de newton utilizadas durante la práctica de laboratorio. Dar respuesta a los interrogantes que se desarrollaron durante la práctica. Analizar y comprobar las diferentes relaciones que tiene la fuerza existente entre las masas y la aceleración.

INTRODUCCIÓN En el presente informe se encontrará la solución de las 3 prácticas realizadas en el laboratorio, con ayuda de la parte experimental podremos comprobar si lo desarrollado es verídico o no y cuál es el margen error. Newton planteó que todos los movimientos se atienen a tres leyes principales formuladas en términos matemáticos y que implican conceptos que es necesario primero definir con rigor.

5

Segunda ley de Newton (Con Cobra 4).1 Objetivo(s)    

Analizar datos experimentales mediante la relación funcional entre dos variables. Verificar que el movimiento observado en el sistema construido corresponde a un MUA. Evaluar si la aceleración esperada teóricamente, en base a los parámetros de construcción del sistema, efectivamente se refleja en el comportamiento cuantitativo encontrado para el sistema. Verificar la segunda ley de Newton.

Fundamentación Teórica Cuando se ve desde un marco de referencia inercial, la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre éste e inversamente proporcional a su masa: a∝F_"neta" a∝1/M (3.1) Si se elige una constante de proporcionalidad 1, se relaciona masa, aceleración y fuerza a través del siguiente enunciado matemático de la segunda ley de Newton: F_"neta" =Ma (3.2) La fuerza y la aceleración tienen carácter vectorial, y la fuerza neta es la suma vectorial de las fuerzas individuales que obran sobre el cuerpo. Por eso la segunda ley de Newton se escribe usualmente así: ΣF ⃗=Ma ⃗ (3.3) Para analizar teóricamente el movimiento de un sistema mecánico, se aplica la metodología newtoniana, consistente en identificar los cuerpos importantes, trazar sus diagramas de cuerpo libre, plantear la segunda ley de Newton para cada uno de los cuerpos expresada en coordenadas (usualmente cartesianas), resolver el sistema de ecuaciones resultante, y finalmente interpretar los resultados.

Descripción de la práctica Utilización del dispositivo de riel de aluminio de baja fricción, junto con el software Cobra 4, para la comprobación de la segunda ley de Newton.

6

Figura 3.1. Montaje experimental “Leyes de Newton”

Recursos que utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Cobra4 Wireless-Manager, Cobra4 Sensor-Unidad temporizador/contador, pista de demostración de aluminio de 1,5 m, carro de baja fricción, sistema de arranque, juego de masas ranuradas de 1 g y 10 g, porta pesos de 1g, cables de conexión, software Cobra4, barrera de luz compacto, polea móvil, imán, sistema f. starter y un equipo de cómputo.

Software que utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica Software “measure” de PHYWE.

Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Conocimiento básico sobre el manejo del software “measure”; análisis de datos experimentales mediante graficación, linealización e interpretación de pendiente; leyes de Newton y método newtoniano de análisis de sistemas dinámicos.

Forma de trabajo: Manipulación de los instrumentos y dispositivos de laboratorio, toma de datos experimentales, análisis de datos, y elaboración del informe en grupos de mínimo tres y máximo cinco estudiantes.

Montaje (Ver figura 3.1 de la página anterior): 1. Coloque la pista sobre una superficie nivelada. Use los tres tornillos de ajuste para alinear la pista horizontalmente si es necesario. 2. Atornille el dispositivo de arranque en el extremo de la pista de modo que cuando el émbolo sea gatillado, regrese al dispositivo sin impartir golpe brusco. 3. Conecte el conector superior del dispositivo de arranque a la entrada “Mass” y el conector con cubierta roja a la entrada “Start” de la unidad sensora temporizadora/contadora. 4. Atornille el soporte de extremo al final de la pista e inserte el tubo con plastilina. 5. Use el soporte de polea para asegurar la pieza barrera de luz al soporte de extremo de pista. 6. Enchufe el adaptador a la pieza barrera de luz y conéctelo a la unidad sensora temporizadora/contadora. 7. Inserte la polea incremental en la pieza barrera de luz. 8. Atornille la varilla que en el carro asegura las pesas de carga. Coloque el carro en la pista. Inserte el imán con clavija al costado del carro del lado del dispositivo de arranque. 7

9. Use la pieza con aguja y clavija para fijar el extremo del hilo al carro, en la dirección de viaje del carro, de esta manera: inserte el hilo al carro en el agujero superior y la pieza con aguja y clavija en el agujero lateral, de modo que el hilo quede asegurado en su posición. 10. Coloque el carro en su posición de partida de modo que el imán retenedor y el mecanismo de arranque entren en contacto. 11. Extienda el hilo en la dirección de movimiento del carro y pásela por la polea incremental. Corte el hilo a la longitud apropiada para asegurarlo a la porta pesas, de tal manera que este pueda colgar libremente. 12. Amarre el extremo libre del hilo a la porta pesas. Notas:  Es necesario asegurar que cuando la masa m1 cae, el hilo pasa por la polea incremental, y de esa forma la hace girar. También debe asegurarse que la masa m1 no oscila antes ni durante la medida, y puede caer libremente hasta el piso, sin tocar el borde de la mesa.  Hay que restaurar la forma inicial de la plastilina después de cada golpe, para asegurar que el impacto del carro queda amortiguado lo mejor posible.  Después de cada carrera del carro, asegurarse de que las pesas ranuradas que conforman m1 permanecen en la porta pesas.  El hilo debe quedar paralelo a la pista y mantenerse tenso antes y durante la carrera del carro.

Procedimiento: 1. 2. 3. 4.

Encienda el computador PC y el sistema operativo de su equipo de cómputo. Enchufe el administrador inalámbrico Cobra 4 al puerto USB del computador. Abra el paquete de software Measure en el computador (Previamente instalado por el tutor de la práctica). Acople la unidad sensora temporizadora/contadora al enlace inalámbrico Cobra 4 y encienda este último (botón redondo verde de presión, ver figura 3.2). La unidad sensora será reconocida automáticamente y se le asigna el número de identificación 01, que es exhibido en el tablero del enlace inalámbrico Cobra 4. La comunicación entre el administrador inalámbrico y el enlace inalámbrico es indicada mediante el LED marcado “Data”.

Figura 3.2. Enlace inalámbrico Cobra 4 acoplado a la unidad sensora temporizadora/contadora.

5. Use la balanza compacta para medir la masa m2 del carro, que incluye la varilla fijadora y las pesas de carga, el imán retenedor y la pieza con aguja y clavija (ver figura 3.3, donde se muestra el carro sin pesas).

8

Figura 3.3. Medida de la masa del carro sin pesas de carga.

6. Cargue el experimento “Newton” en el programa Measure (opción Experimenta > Open experiment). Serán entonces realizados automáticamente todos los ajustes necesarios para la grabación de valores medidos. Toma de Datos 7. Accione el dispositivo de arranque, para que el carro ruede por la pista. Para ello presione el émbolo metálico en el dispositivo de arranque de tal manera que el émbolo quede plano con la abertura cilíndrica hacia la cual será empujado. Este dispositivo permite lanzar el carro sin impacto inicial. 8. Inicie la grabación de datos en el software Measure (botón de círculo rojo, zona superior izquierda de la ventana). 9. Detenga la grabación de datos antes de que la masa m1 llegue al piso (botón de cuadrado negro que reemplazó al de círculo rojo). Transfiera los datos recolectados a Measure. 10. La medida puede repetirse para chequear su reproducibilidad y para reducir la desviación del resultado final con respecto al valor de las fuentes de referencia. Para ello usted utiliza el promedio de los valores obtenidos en los diferentes ensayos. Examine la gráfica de velocidad versus tiempo. Si contiene una porción rectilínea larga, eso corresponde al movimiento con aceleración constante. Con el botón Tabla de la barra de herramientas puede desplegar la tabla de valores correspondiente. Además, se puede exportar la tabla a archivo de Excel.

Análisis de resultados Datos obtenidos durante el ejercicio.

eje 4.xls

1. La tabla de valores de V vs. t debe ser reproducida en el informe (Ver tabla 3.1). La sección de datos debe también incluir los valores de m1 (masa colgante) y m2 (masa del total del carro, incluyendo las masas de carga). -Tabla nº 1 m1(kg)= 0,02

1

0,1

Velocidad (m/s) 0,055

2

0,2

0,079

6

0,6

0,236

10

1

0,393

3

0,3

0,118

7

0,7

0,275

11

1,1

0,448

4

0,4

0,149

8

0,8

0,314

12

1,2

0,479

Masas (kg) No Tiempo (s)

9

m2(kg)= 0,00312

5

Tiempo (s) 0,5

Velocidad (m/s) 0,188

No

9

Tiempo (s) 0,9

Velocidad (m/s) 0,361

No

-Tabla nº 2 Masas (kg)

m1(kg)= 0,03

m2(kg)= 0,00392

No

Tiempo (s)

1

0,1

Velocidad (m/s) 0,118

5

Tiempo (s) 0,5

Velocidad (m/s) 0,33

2

0,2

0,119

6

0,6

3

0,3

0,196

7

4

0,4

0,267

8

No

9

Tiempo (s) 0,9

Velocidad (m/s) 0,581

0,393

10

1

0,636

0,7

0,456

11

1,1

0,699

0,8

0,511

12

1,2

0,754

9

Tiempo (s) 0,9

Velocidad (m/s) 0,487

No

-Tabla nº 3 Masas (kg)

m1(kg)=0,03

No

Tiempo (s)

1

0,1

Velocidad (m/s) 0,071

2

0,2

3 4

m2(kg)= 0,00422

5

Tiempo (s) 0,5

Velocidad (m/s) 0,259

0,102

6

0,6

0,322

10

1

0,542

0,3

0,149

7

0,7

0,377

11

1,1

0,597

0,4

0,204

8

0,8

0,424

12

1,2

0,644

No

No

2. Aplique la segunda Ley de Newton a cada una de las dos masas, y resuelva el sistema de ecuaciones para determinar la magnitud de la aceleración del sistema en función de los parámetros de construcción de este (m1, m2 y g). -Segunda ley de Newton -Datos de la tabla nº 1 𝐹⃗ = 𝑚 ∙ 𝑎⃗

Nº

m1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

10

a 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02

Nº

F 0,055 0,079 0,118 0,149 0,188 0,236 0,275 0,314 0,361 0,393 0,448 0,479

0,0011 0,00158 0,00236 0,00298 0,00376 0,00472 0,0055 0,00628 0,00722 0,00786 0,00896 0,00958

m2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

a 0,00312 0,00312 0,00312 0,00312 0,00312 0,00312 0,00312 0,00312 0,00312 0,00312 0,00312 0,00312

F 0,055 0,079 0,118 0,149 0,188 0,236 0,275 0,314 0,361 0,393 0,448 0,479

0,0001716 0,00024648 0,00036816 0,00046488 0,00058656 0,00073632 0,000858 0,00097968 0,00112632 0,00122616 0,00139776 0,00149448

-Datos de la tabla nº 2 𝐹⃗ = 𝑚 ∙ 𝑎⃗

Nº

m1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

a 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03

Nº

F 0,118 0,119 0,196 0,267 0,33 0,393 0,456 0,511 0,581 0,636 0,699 0,754

m2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0,00354 0,00357 0,00588 0,00801 0,0099 0,01179 0,01368 0,01533 0,01743 0,01908 0,02097 0,02262

a 0,0392 0,0392 0,0392 0,0392 0,0392 0,0392 0,0392 0,0392 0,0392 0,0392 0,0392 0,0392

F 0,118 0,119 0,196 0,267 0,33 0,393 0,456 0,511 0,581 0,636 0,699 0,754

0,0046256 0,0046648 0,0076832 0,0104664 0,012936 0,0154056 0,0178752 0,0200312 0,0227752 0,0249312 0,0274008 0,0295568

-Datos de la tabla nº 3 𝐹⃗ = 𝑚 ∙ 𝑎⃗

Nº

m1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

a 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03

-Magnitud de la aceleración a= aceleración ∆𝑣 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑚/𝑠) ∆𝑡 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝑠) 𝑎 = ∆𝑣/∆𝑡 11

Nº

F 0,071 0,102 0,149 0,204 0,259 0,322 0,377 0,424 0,487 0,542 0,597 0,644

0,00213 0,00306 0,00447 0,00612 0,00777 0,00966 0,01131 0,01272 0,01461 0,01626 0,01791 0,01932

m2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

a 0,00422 0,00422 0,00422 0,00422 0,00422 0,00422 0,00422 0,00422 0,00422 0,00422 0,00422 0,00422

F 0,071 0,102 0,149 0,204 0,259 0,322 0,377 0,424 0,487 0,542 0,597 0,644

0,00029962 0,00043044 0,00062878 0,00086088 0,00109298 0,00135884 0,00159094 0,00178928 0,00205514 0,00228724 0,00251934 0,00271768

-Datos de la Tabla nº 1 𝑎 = ∆𝑣/∆𝑡

Nº

Velocidad Tiempo 1 0,055 2 0,079 3 0,118 4 0,149 5 0,188 6 0,236 7 0,275 8 0,314 9 0,361 10 0,393 11 0,448 12 0,479

Aceleracion 0,1 0,0055 0,2 0,0158 0,3 0,0354 0,4 0,0596 0,5 0,094 0,6 0,1416 0,7 0,1925 0,8 0,2512 0,9 0,3249 1 0,393 1,1 0,4928 1,2 0,5748

-Datos de la tabla nº 2 𝑎 = ∆𝑣/∆𝑡

Nº

12

Velocidad Tiempo 1 0,118 2 0,119 3 0,196 4 0,267 5 0,33 6 0,393 7 0,456 8 0,511 9 0,581 10 0,636 11 0,699 12 0,754

Aceleracion 0,1 0,0118 0,2 0,0238 0,3 0,0588 0,4 0,1068 0,5 0,165 0,6 0,2358 0,7 0,3192 0,8 0,4088 0,9 0,5229 1 0,636 1,1 0,7689 1,2 0,9048

-Datos de la tabla nº 3 𝑎 = ∆𝑣/∆𝑡

Nº

Velocidad Tiempo 1 0,071 2 0,102 3 0,149 4 0,204 5 0,259 6 0,322 7 0,377 8 0,424 9 0,487 10 0,542 11 0,597 12 0,644

Aceleracion 0,1 0,0071 0,2 0,0204 0,3 0,0447 0,4 0,0816 0,5 0,1295 0,6 0,1932 0,7 0,2639 0,8 0,3392 0,9 0,4383 1 0,542 1,1 0,6567 1,2 0,7728

3. Grafique velocidad versus tiempo (debe reproducir a partir de los datos la gráfica que visualizó en el software Measure, bien sea en papel milimetrado o mediante algún software graficador). ¿Qué tipo de movimiento se evidencia? graficas.xls

13

Se presenta un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA) ya que el carrito se mueve por una trayectoria sobre una línea recta con aceleración constante, la cual aumenta su velocidad. 4. Determine el valor numérico de la aceleración obtenida experimentalmente, con base a la gráfica obtenida. a= 0,0055+0,0158+0,0354+0,0596+0,094+0,1416+0,1925+0,2512+0,3249+0,393+0,4928+0,5748= 2.5810992/12= 0,21150916

14

a=0,0118+0,0238+0,0588+0,1068+0,165+0,2358+0,3192+0,4088+0,5229+0,636+0,7689+0,9048=4,1626/12 =0,3468833 a= 0,0071+0,0204+0,0447+0,0816+0,1295+0,1932+0,2639+0,3392+0,4383+0,542+0,6567+0,7728=3,4894/12 =0,2907833 5. Calcule el valor numérico de la aceleración esperada teóricamente (Según la ecuación obtenida en el numeral 2 del Análisis de resultados). ∆𝑣 𝑎= ∆𝑡 Donde ∆𝑣 es la variación de la velocidad y ∆𝑡 la variación del tiempo las cuales se calculan vf -vi y tf -ti Vf Tf A

0,424 m/s 1,1 s 0,38545455 m/s

Vf Tf A

0,636 m/s 1,1 s 0,57818182 m/s

Vf Tf A

0,573 m/s 1,1 s 0,52090909 m/s

6. Compare los valores obtenido y esperado de la aceleración y halle el error porcentual de la experimental respecto a la teórica.

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 =

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 × 100 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 =

0,21150916 − 0,38545455 × 100 0,21150916 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = −82,2401214

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 =

0,3468833 − 0,57818182 × 100 0,3468833 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = −66,6790589

15

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 =

0,2907833 − 0,52090909 × 100 0,2907833 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = −791399609

Examine qué fuentes de error hay en el montaje y el procedimiento que puedan justificar el margen de error. Evidencias

16

Energía cinética y potencial Objetivo(s)  

Determinar la velocidad que alcanza el peso y el carro con la energía disponible. Determinar la relación entre la velocidad y la energía de movimiento; esta energía de movimiento también es llamada, energía cinética.

Fundamentación Teórica En términos generales la energía puede definirse como la capacidad que tiene una partícula o sistema físico de realizar trabajo en virtud de una cantidad física, que puede ser su movimiento, su posición, sus cambios de temperatura, por nombrar algunos tipos. Para el caso de un sistema que se encuentra a una altura “h” descendiendo en caída libre, es decir, con una velocidad diferente de cero, se dice que la partícula posee energía cinética y potencial gravitatoria. Se puede deducir entonces, que la energía asociada a la velocidad de un objeto se conoce como cinética y que la energía asociada a la posición del objeto se conoce como potencial gravitatorio. Las unidades que están involucradas variar entre un tipo de energía y otra, sin embargo, todas las posibles combinaciones, conducen a la unidad representativa para la energía en el sistema internacional, conocida con el nombre de Joule 17

(J), en honor al físico inglés James Joule; esta unidad de medida se define como el producto entre las unidades de fuerza y distancia, es decir, 1 J=1N*m. Las expresiones matemáticas de la energía cinética (K) y potencial gravitatoria (Ug) son respectivamente: 1 𝐾 = 𝑚𝑣 2 2 𝑈𝑔 = 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ ℎ

(4.1) (4.2)

𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 "𝑚" 𝑟𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜, "𝑣" 𝑠𝑢 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑, "ℎ" 𝑠𝑢 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑦 "𝑔" 𝑙𝑎 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎. En el presente laboratorio se realizará el estudio de estas dos energías por medio de un carro experimental con masa mW que está en una pista de demostración, unido a una masa que cuelga y hala gravitacionalmente al carro, por medio de un hilo que pasa por una polea fija, donde el carro tiene una energía potencial gravitatoria Ug=mg•g•h, aquí “h” es la altura sobre el suelo y “g” es la aceleración gravitatoria. El peso en el hilo “m g”, jala el carro y lo acelera. El peso alcanza el suelo, después de acelerar el carro, una distancia “s”, la cual corresponde a la altura inicial de la masa colgante (h). Sin embargo, el peso y el carro tienen una masa combinada m=mW+mg y las dos, desarrollan una misma velocidad vh. Después de esto, el carro continúa moviéndose sin aceleración. Examine la velocidad vh, que el carro alcanza con la ayuda de la barrera fotoeléctrica y el contador “Timer” La masa colgante en el hilo en el campo gravitacional pierde energía potencial a medida que cae y se mueve el carro. Esta energía potencial puede ser determinada basándose en la perdida de altura del peso colgante. La energía se convierte en la energía de movimiento del carro y del peso o energía cinética.

Descripción de la práctica Utilización del contador timer 2-1, junto con el dispositivo de riel con carro, del set de mecánica de la empresa PHYWE, para experimentar y determinar los valores de la energía cinética y potencial del sistema carro-masa colgante. Este experimento permite determinar el valor que alcanza la velocidad del carro y la masa colgante con la energía disponible. De esta manera, la relación entre la velocidad y la energía de movimiento puede ser establecida. Esta energía de movimiento también es llamada Energía cinética K.

Figura 4.1. Montaje del experimento “Energía cinética y potencial”

18

Recursos para utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Los recursos utilizados en la práctica son presentados en la figura 4.1. (1) carro experimental de medición, (2) placa de sombra para el carro de medición, (3) ping ajustador, (4) hilo de seda, (5) porta mesas de 1 g, (6) 4 masas ranuradas de 1 g, (7) 3 masas ranuradas de 10 g, (8) 4 masas ranuradas de 50 g, (9) polea móvil de 40 mm de diámetro con gancho, (10) barra para polea, (11) contador timer 2-1, incluido con fuente de poder, (12) compuerta fotoeléctrica compacta, (13) plataforma plana para la compuerta fotoeléctrica compacta, (14) (15) y (16) cables de conexión de 32 A y 100mm de longitud, rojo amarillo y azul respectivamente, (17) y (18) segmentos de pista metálica 1 y 2 de 500 mm cada una.

Figura 4.2. Recursos para el experimento “Energía cinética y Potencial”

Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Energía cinética y energía potencial.

Forma de trabajo: Manipulación de los instrumentos y dispositivos de laboratorios, toma de datos y elaboración del informe en grupos de mínimo tres y máximo cinco estudiantes.

Procedimiento: 1. Una los segmentos 1 y 2 que forman el riel metálico de tal manera que forme uno solo de 100 mm de longitud. 2. Inserte el pin sobre el carro. 3. Sobre el pin introduzca la placa de sombra y dos masas ranuradas de 50 g. 4. Ajuste la inclinación de la pista de tal manera que el carro continúe rodando con una velocidad lo más continua posible, una vez ha sido empujado hacia el extremo con la polea. Para ajustar la inclinación, gire el tornillo de ajuste que se encuentra en el extremo opuesto a la polea y las masas ranuradas y por debajo de éste, coloque masa de 50 g junto con otra de 10 g (Una sobre la otra y por debajo del tornillo de ajuste) 5. Ajuste la barra metálica a la compuerta fotoeléctrica con el tornillo y conecte la compuerta al contador timer 2-1. 6. Mueva el interruptor rotativo a la segunda posición de izquierda a derecha. Ahora el dispositivo mostrará el haz de tiempo en el display. Ese tiempo es el tiempo durante el cual el haz de luz en la compuerta es interrumpido por la placa metálica de 0.05m de ancho. 7. Ponga un extremo del hilo a través del agujero en el perno de retención en la parte inferior del carro, extraiga el hilo y lo ata en la parte superior del perno de retención; en la parte opuesta del hilo, ate una porta masa de 1 g y elija la longitud del hilo tal que cuando el peso alcance el piso, el carro alcance la cuarta parte final de la pista, aproximadamente. 19

h en m

Δt *(s)

Vh=Δs/Δt * (m/s)

Vh2 *(m2/s2)

Ug=mg•g•h *(Nm)

Mexp *(kg)

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 Tabla 4.1. Datos para el análisis de los valores de la energía cinética y potencial gravitacional.

Nota: los órdenes de magnitud para cada una de las ecuaciones están resaltadas en negrilla. Por ejemplo (m/s) corresponde a metros (m) sobre segundo (s). ∆: delta, es decir, es el cambio del tiempo ∆t en segundos (s) y ∆x es la variación de la posición o desplazamiento. 8. Ubique una masa de 10 g en la porta masas de 1g, de tal manera que el peso colgante sea de 11g. 9. Fije la polea a la varilla y únala a la pista. Debe verificarse que el hilo se encuentre sobre los ejes del carro, paralelo a la superficie de la pista y sobre la polea. 10. Tome nota de la posición del carro, cuando la masa toca el suelo y ubique la compuerta de tal manera que su haz de luz sea interrumpido por la placa en el mismo instante en que la masa toca el suelo. 11. Empuje el carro hacia arriba del riel, una distancia s=10 cm desde la marca del numeral 10 (Numeral anterior). Al hacer esto, la masa es levantada del suelo, la misma distancia s que el carro se mueve sobre el riel. Alcanzando una energía potencial, Ug=mg•g•h. En ese punto, la distancia “s” es igual a la altura “h” del peso (mg) sobre el piso en un campo gravitacional con una aceleración gravitatoria g=9.81m/s 2. 12. Antes de cada medida, presione el botón “Reset” en el contador timer 2-1. Suelte el carro y sujételo después de que haya pasado por la compuerta. Registre en la tabla No 4.1, el tiempo de interrupción “t” mostrado en el display. Este es el tiempo que necesita el carro para cubrir una distancia Δs=0.05 m, es decir, la anchura de la placa. 13. Realice varias mediciones, en las que la distancia s, se modifique cada 0.10 m.

Análisis de resultados 1. Calcule la velocidad instantánea Vh, después de que el peso ha caído a lo largo de una altura “h”, es decir, el cociente entre el ancho de la placa Δs=0.05 m y el tiempo Δt: Vh=Δs/Δt, mostrado en el display del timer 2-1; registre los valores en la tabla 4.1. 2. Calcule el cuadrado de la velocidad instantánea Vh, y escríbalo en la tabla 4.1. 3. Calcule la energía potencial Ug=mg•g•h , y complete la tabla 4.1

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Vh2 *(m2/s2)

Ug=mg•g•h *(Nm)

Mexp *(kg)

0,418

Vh=Δs/Δt * (m/s) 23,92

572,33

10,791

1.078

0.20

0,301

33,22

1103,74

21,582

2.156

0.30

0,250

40,00

1600,00

32,373

3.234

0.40

0,219

45,66

2085,03

43,164

4.312

0.50

0,195

51,28

2629,85

53,955

5.390

h en m

Δt *(s)

0.10

0.60

0,181

55,25

3052,41

64,746

6.468

0.70

0,166

60,24

3628,97

75,537

7.546

0.80

0,154

64,94

4216,56

86,328

8.624

Tabla 4.1. Datos para el análisis de los valores de la energía cinética y potencial gravitacional

4. Grafique Ug Vs Vh2. ¿Qué tipo de relación se obtiene? 5. Determine el valor total de la masa aceleradora, m=mW+mg [m=_____g (masa del carro +Masa colgante)]. Mw= 392 gr Mg = 11 gr

m=mW+mg = 403 gr

=0,403 Kg 6. Determine la pendiente “k” de la gráfica del numeral 4. ¿Qué tipo de unidades tiene la constante “k”? Compare el resultado con la masa aceleradora total del numeral 5. ¿Qué relación encuentra o que nota en los resultados?  Observamos que ambas fuerzas, masa y aceleración son directamente proporcionales, e inversas al tiempo. 7. Suponga que K=1/2•m•Vh2 se aplica a la energía cinética y que esta es igual a la energía potencial Ug=mg•g•h. Luego, a partir del experimento, un valor mexp puede ser calculado para las masas de la cuarta y quinta columna de la tabla No 4.1; a partir del supuesto “1/2•mexp•Vh2=Epot”. Compare los valores obtenidos, con los valores de la masa del numeral 5 y presente una conclusión sobre los resultados obtenidos. 8. La pista fue inclinada con el fin de compensar la fricción del coche. La energía potencial del carro, por lo tanto, ha sido aprovechada para superar la fuerza de rozamiento. Considere que sucede si la fuerza de fricción es dependiente de su velocidad. ¿Qué otras fuentes de error en la toma de datos son significativas?  Concluimos que la aceleración que mostró el carro es inversamente proporcional a la masa del objeto, y en ocasiones las muestras sucesivas, daban como margen más de 1 [s] considerando que fue un trayecto corto. Esto nos demuestra, una vez más, que los errores sistemáticos están presentes en los experimentos de laboratorio

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Evidencia

22

Equilibrio Objetivo(s)  

Realizar un ejercicio práctico de la segunda ley de newton con el fin de poder determinar si se predecir el estado de equilibro de un sistema. Verificar las condiciones de equilibrio, usando los diagramas.

Fundamentación Teórica Un cuerpo en equilibrio estático, cuando no es perturbado, no sufre aceleración de traslación o de rotación, debido a que la suma de todas las fuerzas o momentos que actúan sobre él son cero. Pero si este cuerpo se desplaza ligeramente, puede obtener diferentes reacciones a la acción realizada, las cuales pueden ser de regresar a su posición original, en cuyo caso se dice que está en equilibrio estable, apartarse más de su posición, en cuyo caso se dice que está en equilibrio inestable o bien permanece en su nueva posición, en cuyo caso se dice que está en equilibrio neutro. Por lo cual mientras más grande sea la base y más abajo esté el centro de gravedad, será más estable el objeto. Lo dicho anteriormente, se puede expresar en forma matemática como se describe en lo que sigue. Que la fuerza del sistema fuerza par, no tienda a imprimir efectos de traslación, significa que la fuerza neta sobre el cuerpo sea nula, esto es F = ∑ i Fi = 0 o en componentes rectangulares, la ecuación lleva a las expresiones ∑ Fx = 0, ∑ Fy = 0, (6.2) ∑ Fz = 0.

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Que el par del sistema fuerza par, no tienda a imprimir efectos de rotación, quiere decir que el momento neto sobre el cuerpo sea nulo, es decir M = ∑ i Mi = 0. Igualmente, al descomponer la ecuación en componentes rectangulares, se obtienen las expresiones ∑ Mx = 0, ∑ My = 0, (6.4) ∑ Mz = 0 . En el caso particular que las fuerzas actúen sobre un plano, por ejemplo, en el plano xy, se dispone de las expresiones ∑ Fx = 0, ∑ Fy = 0, ∑ Mz = 0.

Descripción de la práctica Utilización de los soportes universales con las poleas separados entre sí, de los cuales desde las poleas se desprende el hilo al cual se sujetan las distintas masas del set de masas. El número de masas en el hilo debe ser variado, así como el peso de las mimas. Con la regla y el transportador tomar los diferentes ángulos generados entre los objetos.

Recursos para utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) 2 soportes universales 2 poleas ajustables. 1 hilo Set de masas Regla Transportador

Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Primera y segunda ley de Newton

Forma de trabajo: Manipulación de los instrumentos y dispositivos de laboratorios, toma de datos y elaboración del informe en grupos de mínimo tres y máximo cinco estudiantes.

Procedimiento: 1. Tome los soportes universales y asegure las poleas a los mismos. 2. Sobre una superficie plana coloque los soportes universales a una distancia prudente. 3. Coloque el hilo sobre una polea y páselo por la segunda polea. 24

4. Sostenga una de las puntas del hilo mientras asegura a la otra punta unas de las masas del set de masas. 5. Incluya masas del set de masas en la punta que estaba sosteniendo. 6. Incluya masas del set de masas en el recorrido del hilo entre las dos poleas 7. Tome nota de la altura entre la polea y la base del soporte universal, así como de la distancia entre las bases de los soportes universales junto con los pesos colocados en cada punto del hilo. 8. Con la regla y el transportador tome los ángulos generados por el hilo y los soportes universales

Análisis de resultados Evidencia

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26

27

Altura izquierda

Altura derecha

60 cm 70 cm 70 cm 70 cm 70 cm 70 cm

68 cm 63 cm 67 cm 67 cm 55 cm 71 cm

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Distancia base o ancho 46 cm 56 cm 41 cm 64,7 cm 62,8 cm 45,6 cm

Peso izquierda

Pesos derecha

Peso centro

Ancho izquierdo

Ancho derecho

100 100 80 100 100 80

100 100 120 105 105 100

140 150 165 150 150 150

40 48 44 50 47 48

50 40 59 48 50 59

Bibliografia

Para una página web [1] Las Leyes de Newton. (2018.10.17). https://www.youtube.com/watch?v=S3QlbbUmszE [2] Primera Ley De Newton (2018.10.17). https://www.youtube.com/watch?v=uFPJDJUV8sY

Disponible

en:

Disponible

en:

[3] Leyes De Newton (2018.10.17). Disponible http://www.docentes.unal.edu.co/jsilvav/docs/04LeyesNewton.pdf

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en: