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• JuanBoscoMolinaEnriquez

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Física Cuaderno de Prácticas

Segundo Cuatrimestre División: Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales

Cuaderno de Prácticas

Física Módulo 1

Educación Superior Abierta y a Distancia • Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales

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Física Cuaderno de Prácticas ¿Qué es el cuaderno de prácticas? El cuaderno de prácticas es una herramienta de actividades formativas que contribuye a desarrollar las capacidades necesarias para el manejo adecuado de los modelos que se presentan a lo largo de la asignatura. La actividad de la práctica la identificarás a lo largo del programa desarrollado mediante el siguiente ícono:

¿Cuál es su propósito? La Física es una ciencia experimental, por lo que todas las teorías establecidas y todas las leyes enunciadas siempre tienen un apoyo práctico. Por ello, el propósito de este cuaderno de prácticas es acompañar una serie de actividades en el aula virtual, integrándose por una serie de ejercicios prácticos de gran valor formativo. Por lo tanto, es preciso prestar la máxima atención a las actividades que se desarrollan, preparando de antemano las consideraciones técnicas y aplicando puntualmente las instrucciones que se proporcionan.

¿Cuál es el alcance de las prácticas? No es posible lograr la competencia general de la asignatura sin mediación del laboratorio. Sería necesario un laboratorio para obtener los datos requeridos, el software que se utiliza en los ejercicios propuestos en este cuaderno de prácticas reemplaza al laboratorio físico. El software es de libre acceso y sin costo alguno.

¿Cuál es la estructura textual para reportar las prácticas? La estructura textual para reportar tu práctica ya sea elaborada de forma colaborativa o individual se conforma con los siguientes diez apartados: Título Nombre Introducción Modelo teórico Desarrollo Datos Análisis de datos Resultados Conclusiones Bibliografía

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Física Cuaderno de Prácticas ¿Las prácticas se realizan de forma colaborativa e individual? Las prácticas individuales son aquellas que realizas por tu parte y entregas al Facilitador mediante la sección de Tareas para que recibas retroalimentación por parte del mismo. Las prácticas colaborativas son aquellas que se elaboran en equipo y se suben a la base de datos con la finalidad de que recibas aportaciones de tus compañeros de grupo y puedas enriquecer tu trabajo. También deberás participar contribuyendo a la mejora de los trabajos de los demás equipos.

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Unidad 2: Mecánica Las prácticas en la unidad 2 tienen por objetivo que aprendas a manipular el uso de software Tracker para modelar situaciones físicas. La realización de las prácticas es obligatoria para que desarrolles las habilidades que se proponen en la competencia específica de la unidad. Consideraciones técnicas: Para realizar las prácticas de la unidad 2 considera los siguientes requerimientos técnicos: • • •

Tener un mínimo de 500 MB de RAM y un ancho de banda mínimo de 500 Kb Contar con el programa Java 1.5 y Quicktime7 Tener el programa Tracker versión 3.10. Descárgalo del sitio Una herramienta gratuita de modelación y análisis de video para la enseñanza de la Física

2.1. Cinemática 2.1.3. Movimiento con aceleración constante

Práctica 1. Caída libre Esta actividad es colaborativa por lo que tu Facilitador (a) deberá dividir al grupo en equipos de 3 a 5 estudiantes, asignar a cada equipo un número que lo identifique y por último dar el número de equipo a sus estudiantes. Comienza a trabajar en equipo y realicen lo siguiente: 1. Describan el procedimiento para instalar Tracker1. *Recuerden instalar Quicktime y Java2. 2. Descarguen el video Balón en caída libre3 que se encuentra en el aula virtual. 3. Describan la forma de abrir el video en Tracker. *Para realizar la descripción pueden incluir imágenes. 4. Describan los siguientes puntos: • El procedimiento para obtener los datos de la posición horizontal conforme cae el balón: obtener la trayectoria de la masa puntual, colocación de los ejes y la regla, la posición del balón, cómo marcar y obtener los datos. • ¿Cómo se obtiene el tiempo de caída? 1

 Recuerden que al descargar Tracker deben colocarlo en el escritorio.   Se recomienda descargar los programas directamente de la siguiente página:  http://www.dgeo.udec.cl/~andres/Tracker/  3  La fuente de consulta para el video es: http://www3.science.tamu.edu/cmse/videoanalysis/balldrop.avi    2

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¿Cómo graficar la posición contra el tiempo utilizando una hoja de cálculo? ¿Cómo se obtiene la ecuación de la gráfica anterior e indiquen la confiabilidad usando R2? ¿Cómo obtener la gráfica de la velocidad contra el tiempo para encontrar la aceleración? Obtengan la ecuación de la gráfica anterior e indiquen la confiabilidad. Describan cómo modelar el movimiento del balón con el constructor de Modelo Analítico de Partícula de Tracker usando las ecuaciones y parámetros anteriores.

5. Reporten su práctica de acuerdo con la estructura textual predeterminada. 6. Nombren a un representante de equipo para que sea el encargado de subir su trabajo a la base de datos y esperen los comentarios de sus compañeros. 7. Lean todas las aportaciones que realicen sus compañeros a su trabajo y ustedes también descarguen y comenten los trabajos de los demás equipos. 8. Una vez que la mayoría de sus compañeros haya hecho comentarios a su trabajo, organícense nuevamente con su equipo y elaboren una segunda versión considerando las aportaciones, de tal manera que puedan mejorar su documento. *Recuerden respetar las aportaciones de sus compañeros(as) y tratar de complementarlas con acierto. 9. Por último, cada integrante del equipo debe subir la segunda versión del reporte a la base de datos para que pueda ser evaluado.

2.1.4. Movimiento bidimensional: circular y tiro parabólico

Práctica 2. Movimiento circular de un cuerpo 1. Descarga el video Tren en movimiento circular4 que se encuentra en el aula virtual. 2. Utiliza el constructor de modelos de Tracker y describe la posición del tren en términos del tiempo. Considera lo siguiente: • • • •

Marca un punto en el tren. La descripción del movimiento será la relativa a este punto. Usa tu escala adecuadamente para obtener los valores de las posiciones en metros. En una tabla, anota los valores de las posiciones en x y y. Una gráfica de los valores de las posiciones y vs. x te dará la trayectoria del cuerpo.

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 La fuente de consulta para el video es:  http://www3.science.tamu.edu/cmse/videoanalysis/toytrain2laps.avi  Educación Superior Abierta y a Distancia • Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales

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Una gráfica de las posiciones en x y y contra el tiempo será sinusoidal, con amplitud igual al radio de la trayectoria. Obtén el periodo del movimiento del tren de estas gráficas. Calcula las velocidades en x y y. Al graficar, obtendrás un comportamiento sinusoidal, con amplitudes iguales a la velocidad lineal del tren. Se puede comprobar esta velocidad lineal con la circunferencia de la trayectoria entre el periodo de una revolución. Calcula y grafica los valores para la aceleración lineal. Las gráficas aceleración vs. tiempo deberían tener amplitudes iguales a la aceleración centrípeta del tren. Aplica el teorema de Pitágoras a los valores de las posiciones en x y y para obtener el radio de la trayectoria. Usa la función tangente inversa para obtener datos del movimiento rotacional. Grafica el ángulo contra el tiempo y de la pendiente obtén la velocidad rotacional del tren. Si el punto marcado sobre el tren fuera un satélite artificial geoestacionario y el centro del círculo fuera la Tierra, indica el radio de la trayectoria, el periodo del movimiento, la velocidad lineal, la aceleración lineal, la aceleración centrípeta y la velocidad rotacional del satélite.

3. Presenta tus resultados en tablas de Excel. 4. Grafica los datos y traza el polinomio5 que modela el comportamiento de los datos. 5. Obtén la ecuación del polinomio que representa el modelo, indica la confiabilidad usando R2. 6. Reporta tu práctica de acuerdo con la estructura textual predeterminada. 7. Envía tu práctica al Facilitador (a) mediante la sección de Tareas. Espera la retroalimentación en los siguientes días.

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 El polinomio puede ser de primer grado es decir una recta, de segundo grado una parábola, etcétera.   Educación Superior Abierta y a Distancia • Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales

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2.2. Leyes de Newton 2.2.2. Segunda ley de Newton o ley de la fuerza

Práctica 3. Segunda ley de Newton: Modelo de un balón lanzado horizontalmente Utilizael constructor de modelos de Tracker, aplicando la segunda ley de Newton con los parámetros adecuados, realiza lo siguiente: 1. Descarga el video Movimiento del balón6 que se encuentra en el aula virtual. 2. Describe el movimiento del cuerpo: • Obtén los valores de las posiciones en x y y. • Grafica los valores de y contra x para obtener la trayectoria del cuerpo. • Grafica la posición horizontal vs. el tiempo. • Obtén la velocidad horizontal de la pendiente de la gráfica. • Grafica los valores de la posición vertical vs. el tiempo y obtén la ecuación del movimiento. • Obtén los valores de las velocidades y las aceleraciones de las componentes verticales y horizontales del movimiento. • Usa el teorema de Pitágoras con los valores de las velocidades horizontales y verticales para calcular la rapidez del cuerpo en cualquier posición o tiempo de su vuelo. 3. Modela el movimiento del cuerpo: • Usa la segunda ley de Newton y los parámetros que obtuviste del paso anterior para modelar el movimiento del cuerpo. • Compara los datos que obtienes del movimiento del modelo de tu partícula y los datos del movimiento real del cuerpo en el video. • Explica las limitaciones de tu modelo y la confiabilidad para predecir el movimiento del balón. • Explica cada uno de los parámetros y funciones que usaste: desplazamiento, velocidad, aceleración, fuerza. 4. Reporta tu experiencia de aprendizaje de acuerdo a la estructura textual predeterminada. 5. Entrega tu reporte al Facilitador (a) mediante la sección de Tareas. Espera la retroalimentación los siguientes días.

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La fuente de consulta para el video es: http://www3.science.tamu.edu/cmse/videoanalysis/horizprojectile.avi

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Práctica 4. El choque de dos cuerpos Esta práctica es colaborativa por lo que para llevarla a cabo es importante que te organices con el equipo que te asignará tu Facilitador. Realicen lo siguiente: Realicen lo siguiente: 1. Descarguen el video Choque de dos cuerpos7 que se encuentra en el aula virtual. 2. Consideren la masa de 1015g para el cuerpo azul y de 551g para el cuerpo rojo, usando el programa de Tracker para calcular las velocidades de los cuerpos antes y después del choque, las energías cinéticas y los momentos correspondientes. 3. Comparen el momento y energía cinética total antes y después de la colisión considerando lo siguiente: • Obtengan las posiciones y realicen una gráfica posición contra tiempo. • Obtengan las velocidades de cada cuerpo antes y después de la colisión. • Grafiquen la velocidad contra el tiempo. • Obtengan la energía cinética y el momento. • Obtengan el momento total y la energía cinética total antes y después de la colisión. 4. Reporten su práctica de acuerdo con la estructura textual predeterminada. 5. Nombren a un representante de equipo para que sea el encargado de subir su trabajo a la base de datos y esperen los comentarios de sus compañeros. 6. Lean todas las aportaciones que realicen sus compañeros a su trabajo y ustedes también descarguen y comenten los trabajos de los demás equipos. 7. Una vez que la mayoría de sus compañeros haya realizado comentarios a su trabajo, organícense nuevamente con su equipo y elaboren una segunda versión considerando las aportaciones, de tal manera que puedan mejorar su documento. 8. Por último, cada integrante del equipo debe subir la segunda versión del reporte de la práctica a la base de datos para que pueda ser evaluado.

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La fuente de consulta para el video es: http://www3.science.tamu.edu/cmse/videoanalysis/ElasticII.avi

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Física Cuaderno de Prácticas 2.2.4. Ley de la gravitación universal

Práctica 5. Modelo de un sistema de dos partículas El trabajo final consiste en poner un satélite geoestacionario de un kilogramo de peso en órbita alrededor de la Tierra. Los resultados de esta práctica te servirán para el portafolio de evidencias como parte de la evaluación de la unidad 2, pues lo que apliques te servirá para integrar el proyecto final. Esta práctica es colaborativa por lo que para llevarla a cabo es importante que te organices con el equipo que te asignará tu Facilitador. Mediante el constructor de modelos de un sistema de dos partículas de Tracker: 1. Modelen el movimiento de un satélite orbitando alrededor de la Tierra. Consideren lo siguiente: • En el constructor de modelos de Tracker, elijan el modelo de dinámica de partículas cartesiano. • Para una de las partículas, el satélite, anoten cada uno de los valores o parámetros que describen su movimiento. Utilicen los datos obtenidos en la actividad Cuerpo en movimiento circular. • Para la otra partícula, la Tierra, anoten los parámetros de una partícula en reposo. Y los datos de la Tierra. • La función de fuerza que utilizarán será la ley de la Gravitación Universal. Obtengan una secuencia de imágenes de su modelo. • Reporten su experiencia de aprendizaje de acuerdo con la estructura textual predeterminada para lasprácticas. 2. Nombren a un representante de equipo para que sea el encargado de subir su trabajo a la base de datos. Esperen los comentarios de sus compañeros. 3. Lean todas las aportaciones que realicen sus compañeros a su trabajo y ustedes también descarguen y comenten los trabajos de los demás equipos. 4. Una vez que la mayoría de sus compañeros haya hecho comentarios a su trabajo, organícense nuevamente con su equipo y elaboren una segunda versión considerando las aportaciones, de tal manera que puedan enriquecer su documento. 5. Por último, cada integrante del equipo debe subir la segunda versión del reporte de la práctica a la base de datos para que pueda ser evaluado.

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Práctica de estudio independiente 2.3 Dinámica 2.3.3. Fuerzas conservativas y no conservativas

Práctica. Conservación de energía: Péndulo simple 1. Descarga el video Movimiento de un péndulo simple8 que se encuentra en el aula virtual. 2. Modela el movimiento del péndulo con el programa Tracker considerando lo siguiente: • La masa del péndulo es de 305g y se balancea durante 3 ciclos. • Obtén la posición del péndulo con respecto al tiempo. • Ubica el origen para hacer un estudio de conservación de energía. • Obtén la posición en x y y. • Una gráfica de la posición de x contra y te dará la trayectoria del movimiento del péndulo. • Con los valores anteriores, puedes obtener las velocidades verticales y horizontales. • De la misma manera puedes obtener la aceleración. • Si aplicas el teorema de Pitágoras a los valores de x y y puedes obtener las magnitudes de la posición, la velocidad y la aceleración. Con las magnitudes de la velocidad obtienes las energías cinéticas. • Usando la masa del balón, la aceleración de la gravedad y las posiciones verticales, obtén las energías potenciales. • Con la masa del balón y las magnitudes de la velocidad del péndulo, obtén la energía cinética del balón por tiempo. • La energía mecánica la encuentras sumando la energía potencial y la energía cinética. 3. Realiza una gráfica que ilustre la energía cinética, energía potencial y energía total, ésta mostrará que la energía total permanece casi constante, decrece con el tiempo. 4. Explica tus resultados. 5. Reporta tu práctica de acuerdo con la estructura textual predeterminada. 8

 La fuente de consulta para el video es:   http://www3.science.tamu.edu/cmse/videoanalysis/pendulum.avi  Educación Superior Abierta y a Distancia • Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales

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Física Cuaderno de Prácticas Fuentes de consulta de la unidad: • Brown, D. (2010). Tracker: Free Video Analysis and Modeling Tool for Physics Education. Consultado el 6 de diciembre de 2010 en: http://www.cabrillo.edu/~dbrown/tracker/ • Bryan, J A. Video Analysis Investigations for Physics and Mathematics. Texas, EEUU: Texas A&M University. Consultado el 6 de diciembre de 2010 en: http://www3.science.tamu.edu/cmse/videoanalysis/

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