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• Jorge Andrés Zamora

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Informe Laboratorio 1 Universidad Nacional de Colombia Facultad de Matemáticas y Física Johan Yesid Vija Navarrete [email protected] Jorge Andres Zamora Abril [email protected] Juan Diego Alfonso Alfonso [email protected] Grupo 10 RESUMEN:

En el laboratorio se realizaron dos montajes experimentales con el objetivo de observar el movimiento de las partículas en una dimensión y como el ángulo de inclinación afecta su velocidad y/o aceleración. El primer montaje fue realizado por medio de un carro de baja fricción, una rampa, una cinta de papel y un taquímetro. Se dejó caer el carro con diferentes inclinaciones de la rampa dando como resultado la velocidad del carro en diferentes puntos; el segundo montaje que se realizó fue hecho con un tubo transparente el cual contenía aceite y una burbuja junto con un metro y un cronómetro, se determinó los tiempos del recorrido de la burbuja frente a varios ángulos de elevación esto con el fin de hallar la velocidad de la burbuja. PALABRAS CLAVE: Aceleración, Tiempo, Velocidad, Desplazamiento, Ángulo y Frecuencia

ABSTRACT: In the laboratory were performed two experimental sets in order to observe the movement of the particles in one dimension and as the angle of inclination affects the speed and / or acceleration. The first assembly was performed by a low friction carriage, a ramp, a paper tape and tachometer. The car was dropped with different inclinations of the ramp resulting carriage speed at different points; The second assembly was made with a transparent tube which contained oil and a bubble, also was used a meter and a stopwatch, the time of travel of the bubble front several elevation angles that in order to determine the velocity of bubble. KEY WORDS: Acceleration, Time, Speed, Displacement, Angle and Frequency

OBJETIVO GENERAL: Mediante los experimentos realizados medir e interpretar el movimiento en una dimensión basados en las posiciones, velocidades y aceleraciones que presentan los cuerpos frente a diversos cambios de inclinación, esto mediante la interpretación gráfica y matemática de los resultados obtenidos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ● ● ●

Entender el movimiento en una dimensión bajo los conceptos de posición, velocidad y aceleración. Aprender a interpretar gráficas que relacionen posición vs tiempo, velocidad vs tiempo y aceleración vs tiempo. Distinguir las diferencias de las cantidades promedio e instantáneas en el movimiento en una dimensión.

1 INTRODUCCIÓN En el presente informe de laboratorio se expondrán los resultados de dos experimentos realizados uno lo marcaremos con el nombre del experimento de la burbuja y el otro como el experimento del carro, cada experimento con un propósito diferente sin embargo con leyes físicas en común. En el experimento de la burbuja se buscó determinar si una burbuja de aire en un tubo de aceite presentaba o no una velocidad constante; y como afectó el impacto de la variación del ángulo de elevación. En el segundo experimento del carro se buscó determinar la variación de la aceleración respecto al ángulo de inclinación de un plano por el cual se desplaza un carro.

2 MARCO TEÓRICO Para entender la mecánica clásica o newtoniana, debemos analizar el movimiento conocido también como la cinemática de los cuerpos, primeramente en una dimensión.

2.1 Desplazamiento El desplazamiento se define como el Δx=xf-xi lo cual significa la posición final menos la inicial dándonos el total que se desplaza la partícula o cuerpo; esto no se debe confundir con la distancia que en cualquier movimiento es distinto de cero .

2.2 Velocidad La velocidad es una magnitud física o vectorial, que representa la tasa de cambio respecto a una unidad de tiempo, en el sistema internacional metros sobre segundo (m/s)

2.3 Aceleración La aceleración es una unidad magnitud vectorial que representa el cambio de la velocidad con el tiempo , sus unidades

𝑚

en el sistema internacional son metros sobre segundos cuadrados ( 2 ) 𝑠

2.4 Hercio Nombrado en honor al físico alemán Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894), que descubrió la propagación de las ondas electromagnéticas. El nombre fue establecido por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC por sus siglas en inglés) en 1930. Este fue adoptado en 1960 por la CGPM (Conférence Générale des Poids et Mesures: Conferencia General de Pesos y Medidas), reemplazando el nombre anterior de cps (ciclos por segundo).[] El término "ciclo por segundo" fue completamente reemplazado por hercio en la década de 1970. Un hercio representa un ciclo por cada segundo, entendiendo ciclo como la repetición de un suceso. Por ejemplo, el hercio se aplica en física a la medición de la cantidad de veces por un segundo que se repite una onda (ya sea sonora o electromagnética) o puede aplicarse también, entre otros usos, a las olas de mar que llegan a la playa por segundo o a las vibraciones de un sólido. La magnitud que mide el hercio se denomina frecuencia y es, en este sentido, la inversa del período. Un hercio es la frecuencia de una oscilación que sufre una partícula en un período de un segundo.[]

𝑓=

1 1 = 𝐻𝑧 = 𝑠 −1 = 𝑇 𝑠

Puntos importantes, Ley de fondo, -como se formula, Que quiere decir

Fórmulas de aceleración constante para el carrito.

3 MATERIALES Y EQUIPO 3.1 Materiales Montaje Carro ●

Soporte Universal

Es una pieza del equipamiento de laboratorio donde se sujetan las pinzas de laboratorio mediante dobles nueces se utiliza en los laboratorios para armar aparatos.Está formado por una base o pie en forma de rectángulo, y desde el centro de uno de los lados, tiene una varilla cilíndrica que sirve para sujetar otros elementos, tubos de ensayo, buretas, embudos etc.

● Taquimetro

●

Cinta de Papel

Cinta delgada de papel usada para calcular la velocidad del carro

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Papel Carbon

Se usó para mejorar la visibilidad de la marcación del tacómetro

●

Cinta Pegante

La cinta pegante fue utilizada para fijar la cinta de papel al carro de baja fricción

●

Rampa Metalica

Rampa de aluminio de 120 cm de longitud con carriles para el desplazamiento de un carro de baja fricción

●

Regla

Regla de 100cm para medir la altura correspondiente para posicionar la rampa metálica

●

Carro de Baja Fricción para Estudios de Dinámica Lineal

Carro de muy bajo rozamiento (ruedas rígidas, con perfil de cuchilla) con cuerpo de policarbonato y con una masa de 1/4 kg

3.2 Materiales Montaje Burbuja ●

Soporte Universal

Es una pieza del equipamiento de laboratorio donde se sujetan las pinzas de laboratorio mediante dobles nueces se utiliza en los laboratorios para armar aparatos.Está formado por una base o pie en forma de rectángulo, y desde el centro de uno de los lados, tiene una varilla cilíndrica que sirve para sujetar otros elementos, tubos de ensayo, buretas, embudos etc.

● Cronómetro

Cronómetro con una precisión de 0,01 segundos, con opción de guardar hasta 15 tiempos en vuelta parcial o completa.

●

Tubo con aceite

Tubo de 120cm lleno con aceite menos un pequeño espacio con aire creando una burbuja con capacidad para desplazarse a lo largo del tubo.

●

Cinta Métrica

Cinta métrica de 120 cm, flexible pegada al tubo con aceite para determinar el desplazamiento de la burbuja a través de esté.

● Regla

Regla de 100cm para medir la altura correspondiente para posicionar el tubo con aceite

4 DESARROLLO O MONTAJE EXPERIMENTAL 4.1 Montaje Carro En el montaje realizado se usó una rampa de baja fricción, con una longitud de 120 cm el cual tiene un carril que da dirección al auto además un soporte con altura ajustable, un carro con poca fricción, cinta de papel, un taquímetro y papel carbón. Se escogieron 3 ángulos al azar; 10°, 20° y 30°. Como no se tenía un transportador se aseguró que el ángulo fuera correcto usando la definición de Seno y Coseno en triángulos rectángulos, determinando así la altura de un extremo de la pista correspondiente a los grados de inclinación, obteniendo unas alturas de: 21, 41 y 60 centímetros respectivamente. Se colocó la rampa en la posición adecuada junto con el taquímetro encima de la pista. Se introdujo la cinta a través del taquímetro, añadiendo un pedazo de papel carbón en el marcador del taquímetro; para mejorar la visibilidad de las marcas producidas por el taquímetro. Se fijó un extremo de la cinta al carro para cuando se desplaza, éste se moviera junto con la cinta hasta el final de la rampa.

4.2 Montaje Burbuja Este montaje se realizó con un tubo transparente y sellado lleno de aceite a excepción de unos 2 centímetros de aire creando así una burbuja con capacidad de desplazarse dentro de este, se usó una cinta métrica de 120 centímetros la cual se unió al tubo longitudinalmente, se usó un cronometro con la capacidad de guardar 15 registros, además se utilizó un soporte con altura graduable para modificar la inclinación del tubo y calcular las diferentes velocidades. Las tomas de datos se realizaron colocando el tubo con una elevación de 20°, 30°, 45°, 60° y 70°, dado que no se tenía un goniómetro, el grado de elevación se fijó en función a la altura de un extremo siendo las alturas usadas: 41, 60, 85, 104 y 113 respectivamente. Se posicionó la burbuja en el extremo correspondiente a los 0cm de la cinta métrica; se dejó un margen de 10 cm para que el movimiento de la burbuja se estabiliza y se comenzó a medir con el cronómetro el tiempo recorrido de la burbuja cada 10 cm hasta llegar a los 120 cm dando como resultado 11 mediciones. Este procedimiento se realizó para cada uno de los 5 grados.

5 RESULTADOS OBTENIDOS 5.1 Resultados Burbuja En la Tabla 1 se muestran los datos obtenidos del desplazamiento de la burbuja vs el tiempo recorrido por esta en cada intervalo de 10 centímetros, muestra esta relación para los cinco diferentes ángulos.

5.2 Resultados Carro En la Tabla 2 y 3 se muestran los datos obtenidos en el experimento del carro en donde la Tabla 1 muestra las distancias entre punto y punto a diferencia de la Tabla 3 donde se toma la medida desde el punto inicial hasta el punto que se desea medir mostrando mejor la relación distancia vs tiempo , el último dato tomado es despreciado dado que este dato corresponde a cuando el carro detiene su marcha al final de la pista, ambas tablas muestran los resultados para diversos ángulos.

6 ANÁLISIS DE RESULTADOS 6.1 Montaje o Experimento Burbuja

(cálculo error y gráficos)

6.2 Montaje o Experimento Carro (cálculo error y gráficos)

Gráfica 1

Gráfica 2

Gráfica 3

Gráfica 4

7 CONCLUSIONES

●

Debe

8 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] “Hercio”. Enciclopedia Libre Universal en Español Se puende encontrar en internet en: http://enciclopedia.us.es/index.php/Hercio

[2] Fisica, Tomo 1, Cuarta edicion, Raymond A. Serway