• Author / Uploaded
• Ninaa Lizbett

• Categories
• Movimiento (física)
• Munición
• Velocidad
• Aristóteles
• Fuerza

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA Y METALURGIA ESCUELA PROFESIONAL INGENIERIA GEOLOGICA

TRABAJO ENCARGADO CURSO FISICA I ALUMNA: NINA MAMANI LISBET H. DOCENTE: LIC. ROGER MAMANI SEMESTRE: II

Puno-Perú

2012

PUNO C.U. 30 de abril del 2012

PRACTICA DE LABORATORIO N° 02 CAIDA LIBRE Y MOVIMIENTO PARABOLICO DE UN PROYECTIL I. OBJETIVOS:    

Calcular la aceleración de la gravedad usando el Data Studio. Verificar que la aceleración de caída de un cuerpo no depende de su masa. Determinar la relación entre el ángulo de disparo y alcance máximo Determinar la velocidad de lanzamiento.

II. FUNDAMENTO TEORICO. El problema de la caída de los cuerpos, constituye uno de los experimentos claves en la evolución del pensamiento físico y filosófico de la humanidad. Para comprender su trascendencia es menester ubicarse en el paradigma de física de Aristóteles, que era la prevalente antes de la revolución realizada hacia fines del Renacimiento, fundamentalmente por el cuarteto: Copérnico, Galileo, Kepler y Newton (que desde luego lo hicieron independientemente en tiempos y lugares diferentes). En la concepción de Aristoles, los cuatro elementos constituyentes de todos los cuerpos materiales eran: el fuego, el aire, el agua, y la tierra. Cada uno de ellos tenían propiedades de movimientos intrínsecas a su naturaleza. Así, liberado a sí mismo un trozo de tierra tenía un movimiento "natural" vertical y descendente hacia el centro de la Tierra (que coincidía con el centro mismo del Universo), mientras que el fuego, tenía un movimiento "natural" vertical y ascendente. De esta forma, la tierra era naturalmente un elemento pesado (grave) y el fuego era naturalmente liviano. El aire y al agua ocupaban un posición intermedia entre estos extremos. Para que un cuerpo grave (tierra) comience a moverse, era necesario aplicarle una fuerza. Aún los vocablos animados (con alma) e inanimado (sin alma) reflejan esta concepción. De este modo, lo que se mueva se mueve por otro. La noción que caracteriza la rapidez del movimiento es así el tiempo que se demora en recorrer una dada distancia, que podríamos asimilar a nuestro concepto actual de velocidad. En este punto es importante reparar que los conceptos modernos no son totalmente asimilables a la de Aristoles, pero haciendo esta salvedad, trataremos de usar un lenguaje moderno y matemático para explicar más sencillamente las ideas de Aristóteles. A propósito, esta forma matemática de expresar las leyes físicas se inicia precisamente con Galileo. Usando un anacronismo, podemos decir que en la concepción de Aristóteles, la velocidad v que adquiere un cuerpo, es proporcional a la fuerza aplicada F e inversamente proporcional a la resistencia del medio R. O sea: v=F/R. Si queremos arrastrar un tronco tirando con un caballo, una cierta distancia en un dado tiempo, usando dos caballos (duplicando la fuerza), podremos hacerlo en

aproximadamente la mitad del tiempo (duplicamos la velocidad). También esta ley explica porque es más fácil correr en el aire que hacerlo en el agua, esta última tiene más resistencia (mayor R). Como se ve, estas ideas de Aristóteles, y que es lo que podríamos llamar es la física del sentido común, no es absurda. Permite explicar en forma simple muchos fenómenos que observamos en la vida diaria. Piense por ejemplo que haría si quiere aumentar la velocidad de una lancha,

claramente pondría más remeros, o el mismo número pero más fuertes, aumentar F. Asimismo, trataría de reducir la resistencia, R, haciendo la lancha más delgada. En esta concepción, que de algún modo es aun prevalente el público en general, por ser nociones muy "intuitivas". Dentro de este esquema, era claro que la Tierra debería de estar inmóvil. Si todas sus partes se mueven hacia el centro, es claro que como un todo ella misma debe ser esférica y centrada en dicho punto, el centro mismo del universo. Vemos así que dentro de la física de Aristóteles no es simple transformar a la Tierra en un simple planeta más. Asimismo, si lo que se mueve se mueve por otro, y así sucesivamente, esto no puede continuar así indefinidamente, como bien sostenía Aristóteles. Debe haber una causa última del movimiento. Este era el lugar ideal para colocar una divinidad, y Santo Tomás de Aquino, no dudo es usar este argumento para probar la existencia de Dios. Otras consecuencias importantes de esa concepción, y son las que nos interesa} estudiar en este experimento, son las implicancias de la misma en la caída de los cuerpo. El peso de los cuerpos, es claramente la fuerza motriz que hace que los cuerpos caigan, F. Al igual que para el tronco del ejemplo anterior, a medida que mayor sea la fuerza ejercida (mayor peso) mayor será la rapidez v con el cuerpo cae. De este modo, razonado lógicamente a partir de los postulados de Aristóteles, podemos afirmar que a mayor peso, el tiempo que demora un cuerpo en caer debe ser menor. Es importante en este punto reparar en que la caracterización del movimiento antes de Galileo era muy rudimentaria. En particular la idea de aceleración no fue identificada claramente hasta los tiempos de Galileo. III. EQUIPOS Y MATERIALES        

Computadora Personal Programa de Data Studio instalado Interface Science Workshop 750 Equipo de Caída Libre (ME-9820) Timer witch (ME-9819) Sistema lanzador de proyectiles (ME-6831) Accesorio para tiempo de vuelo (ME-6810) Adaptador para fotopuerta (ME-6821)

 Esferas de plástico o acero  Papel carbón, papel bond  Soporte con pinzas, cinta métrica 2.0m IV. PROCEDIEMIENTO Y ACTIVIDADES Procedimiento para la configuración de equipos y accesorios 4.2. Movimiento Parabólico. a. Verificar la conexión e instalación de la interface b. Ingresar al programa Data Studio y seleccionar crear experimento. c. Seleccionar el accesorio para el tiempo de vuelo y fotopuerta, de la lista de sensores y efectuar usando cables para la transmisión de datos, de acuerdo a lo indicado por el Data Studio. d. Efectué la configuración del temporizador, para la fotopuerta y el accesorio para tiempo de vuelo, tal como se muestra e. Adicione un medidor digital a los datos recogidos por el temporizador, en él se registrara el tiempo de vuelo. f. Coloque la fotopuerta en el adaptador y luego en la boca del lanzador de proyectiles g. Efectué el montaje de dispositivos y accesorios tal como se muestra en la figura Segunda Actividad (Determinación de la Velocidad Inicial) a. Verifique la elevación angular del tubo lanzador b. Inserte con ayuda del tubo atacador la esfera de plástico o acero, en la primera o segunda posición de compresión del resorte según sea el caso. c. Verificar la puntería, esta debe coincidir con la dirección del accesorio para el tiempo de vuelo. d. Pulsar el botón de inicio e. Tirar suavemente del cable que activa el disparador. f. Verificar el punto de alcance máximo correspondiente; de ser necesario ajuste la distancia de ubicación del accesorio para el tiempo de vuelo. g. Anote el valor en la tabla (2) del alcance máximo (fotopuerta al punto de impacto en el plato), el tiempo de vuelo, el ángulo empleado y la velocidad inicial; realice esta operación y tome el promedio. h. Varié la posición angular aumentando 5 grados cada vez.

Opcional: Repita los procedimientos desde (a) hasta (g), para las medidas angulares mostradas en la tabla (2), usando la esfera de acero y la esfera de plástico. Usando el Data Studio con la actividad introducir datos, realice una gráfica de alcance máximo (m) vs. Angulo de tiro (rad), y determine la velocidad inicial empleando la ecuación (7) y el valor conocido de gravedad. Tabla (2): Datos registrados para el alcance máximo y ángulo de tiro, usando la esfera de plástico. Angulo de Tiro (rad)

Alcance Máximo promedio (cm)

Tiempo de vuelo promedio(s)

Velocidad Inicial (cm/s)

0.087 (5) 0.175 (10) 0.262 (15) 0.349 (20) 0.436 (25) 0.524 (30) 0.611 (35) 0.698 (40) 0.785 (45)

48 80 104 129 141 157 174 185 188

0.0837 0.1835 0.2472 0.3182 0.3601 0.4226 0.4904 0.5528 0.6076

4 4 4 4 4 4 4 4 4

0.873 (50)

186

0.6618

4

Angulo de Tiro (rad) 0.087 0.175 0.262 0.349 0.436 0.524 0.611 0.698 0.785

Alcance Máximo promedio (cm) 0.48 0.8 1.04 1.29 1.41 1.57 1.74 1.85 1.88

Tiempo de vuelo promedio(s) 0.0837 0.1835 0.2472 0.3182 0.3601 0.4226 0.4904 0.5528 0.6076

Velocidad Inicial (m/s) 4 4 4 4 4 4 4 4 4

0.873

1.86

0.6618

4

Valor de Gravedad 9.8

Velocidad calculada con la ecu. (7) 0.17 0.34 0.50 0.64 0.77 0.87 0.94 0.98 1.00

4.704 7.84 10.192 12.642 13.818 15.386 17.052 18.13 18.424

27.17 22.86 20.37 19.67 18.05 17.76 18.14 18.41 18.42

5.213 4.782 4.513 4.435 4.248 4.214 4.260 4.291 4.292

0.98

18.228

18.51

4.302

V. CUESTIONARIO 5.1. CAIDA LIBRE

1. ¿Qué factores pueden causar las diferencias entre el valor obtenido y el valor comúnmente aceptado para la aceleración gravitación a nivel del mar? Las diferencias son las alturas a la están sometidas en ambos casos.

2. ¿La fuerza de fricción juega un papel importante en este experimento? No, ya que cuando un cuerpo es lanzado o soltado la única fuerza parecida a la de fricción; sería la obstrucción o empuje que el aire ejerce sobre los cuerpos.

3. ¿Cuál diría Ud. que es la relación que liga el tiempo recorrido con la distancia total de caída?, Exprese Ud. La ecuación considerando la constante proporcionalidad correspondiente y señale cuál es su dignificado.

, Si la

es 0 la altura que recorrerá solo dependería del tiempo.

4. Si lanzamos un cuerpo verticalmente hacia arriba, alcanzara una altura máxima y después caerá. ¿Tanto la fase de ascenso como la fase de descenso son de caída libre? Si, cuando se lanza al aire un cuerpo este recorrerá una altura en un determinado tiempo y en una determinada velocidad la cual cuando se hace 0, el objeto lanzado tendrá que volver a bajar recorriendo la misma altura en un mismo tiempo y llegando al suelo con la misma velocidad.

5. Utilice la ecuación (31) para elaborar una gráfica posición vs. Tiempo para la caída libre, Calcule la pendiente de esta grafica para t=0.01s, ¿Qué unidades tiene? ¿Qué significado físico tiene este valor?

6. En el espacio ¿Existe la Gravedad?, Justifique su respuesta. No, la gravedad es característico de planetas ya que están tienen un núcleo el cual tiene propiedades como el magnetismo y otras las cuales hacen que estemos pegados a la tierra y cualquier cuerpo del espacio como meteoritos, asteroides, cometas; pasan cerca están son arrastradas hacia la tierra.

7. ¿Cuál es la incertidumbre en nuestra medición experimental obtenido de la gravedad? 8. Esta usted conforme con el valor experimental obtenido para la aceleración?, Justifique su respuesta. Si, aunque no se hizo este experimento. 5.2. MOVIMIENTO PARABOLICO

9. Señalar y clasificar las fuentes de error en este experimento. Humanas: Al manipular mal los instrumentos impidiendo tener buenos resultados.

o

instalar

mal

los

sensores

Instrumentales: Al estar mal instalados o no estar correctamente instalados cual hará que los resultados del experimento varíen.

lo

Y en este experimento el Xplorer GLX Simulator no funcionaba, lo cual impedía que nos diera el tiempo de vuelo, el operador del cañón no seguía bien las instrucciones.

10. ¿Se cumple el principio lanzadas?

de independencia de movimiento, para las esferas

Si, ya que al ser lanzadas velocidad en el eje “x” y velocidad en el eje “y”. Estas dos velocidades son totalmente independientes ya que la velocidad en el eje “x” no varía en toda la trayectoria, es decir, es constante, mientras que la velocidad en el eje “y” varia conforme a la trayectoria, ya que mientras la velocidad de “y” no llegue a cero, el objeto seguirá subiendo, y después de que la velocidad de “y” llegue a cero el objeto empieza a descender y la velocidad de “y” vuelve a aumentar según la gravedad del objeto.

11. Comparar los resultados del alcance máximo horizontal obtenidos en la tabla (2) con los datos de vo y θ encontrados utilizando la ecuación (7). 12. Demostrar que un ángulo de 45° da el máximo alcance horizontal. Angulo

Velocidad cm/s

Tiempo (s)

Distancia (cm)

40

4.291

0.5528

185

4.292

0.6076

188

45 50

4.302 0.6618 186 Por lo que se deduce de la tabla el Angulo con el que se alcanza la mayor distancia de lanzamiento es con es de 45

13. Encontrar el ángulo de disparo para el cual, el alcance horizontal es igual a la máxima altura del proyectil.

Siendo: ɸ: angulo de 45° Este angulo como se vio en el experimento es de mas largo alcance

14.

¿Cuáles son las fuerzas que actúan sobre el proyectil después de haber sido lanzado?, muestre su respuesta en un diagrama.

15. ¿Cómo se determinaría la velocidad inicial de una bala si solo se dispone de una cinta métrica? Con la Ecuación del alcance máximo, distancia

así si solo sabemos la

y un tiempo.

16. Que es una “curva Balística”?, Explicar detalladamente. Según la 3ª Ley de Newton, el gas resultante de la ignición de la pólvora empujará el proyectil hacia adelante y el arma hacia atrás. La bala al tener una masa mucho menor a la del arma se moverá primero. Aunque muy poco después (milésimas de segundo) lo hará el arma, cuando empieza a moverse él está, el proyectil continua dentro del cañón. El retroceso (una fuerza) empuja a lo largo del eje del cañón hacia atrás (en realidad es una fuerza resultante residual-superficial y no puntual), en dirección (mejor dicho, sentido) contraria a la de la bala. Esta fuerza se mantiene sobre el eje hasta que la estructura física del arma la modifica. La culata de un arma larga, o el armazón de una corta, suelen encontrarse por debajo del eje, actuando como palanca, y desviando (más o menos) el cañón hacia arriba mientras está la bala aun dentro. Esto no es del todo explicativo ni exacto, ya que según este razonamiento, cuanto menos tarde la bala en abandonar el cañón mejor. Ante lo cual, si el

cañón es corto, la bala elevará menos que con un cañón más largo. Esto, como todo tirador sabe, en la práctica no es así. Racionalmente analizada a grandes rasgos, la parábola de un proyectil es la resultante del punto de apoyo, que el vector de la reacción encuentra en el arma que lo dispara y produce el efecto de palanca. Sin embargo hay otros factores que son realmente mucho más reactivos. * La resistencia del aire. * La rotación del proyectil. * La Velocidad Inicial. * La gravedad.

17. ¿A que se denomina “visual de puntería”? hacer un esquema explicativo de como apuntar con un arma de fuego para batir el blanco. 18. ¿A que se denomina “parábola de seguridad”? Cuando el proyectil luego de ser disparado y está en el aire

19. ¿Qué es y cómo se origina el “efecto de desvió lateral de un proyectil”? Cuando el proyectil es lanzado con un Angulo cercano a 90° la parábola descrita por el móvil sufrirá cambios se desviara lo cual hará que el móvil e salga de ruta.

BIBLIOGRAFIA:  Física para ciencias e ingenierías, John W. Jewtt Jr. 6ta. Edición y Física Solucionario de Serwa volumen 1.  La biblia de la Física y Química, Edición Lexus y Enciclopedia temática para todos Vol.2 (Física). Editorial Educando plus.  Biblioteca de Consulta Microsoft ® Encarta ® 2010. © 1993-2004 

Lic. Humberto Leiva Naveros.; Editorial MOSHERA Primera Edición 1995.y Harry Meiners. Experimentos de física. Editorial LIMUSA. 1980