CINEMATICA 1. INTRODUCCION En este laboratorio se conocerá los diferentes movimientos que puede experimentar un móvil ya sea en el MRUV o en caída libre, gracias a la ayuda de los instrumentos Pasco y realizando las diferentes experiencias con su respectivo montaje será posible representar situaciones en las cuales podamos comprobar que los datos teóricos son iguales o idénticos a los medidos. Sera posible desarrollar nuestra creatividad al momento de armar los respectivos montajes ya que no hay una determinada manera de armarlos, el trabajo en equipo será un gran aspecto a desarrollar dado que durante las experiencias se necesitan de todos los miembros para hacer un trabajo eficaz. 2. OBJETIVOS
Establecer cuales son las características del movimiento rectilíneo con aceleración constante.
Determinar experimentalmente las relaciones matematicas que expresan la posición, velocidad y aceleración de un móvil en función del tiempo.
Calcular la aceleración de la gravedad usando los sensores y verificar que la caída de un cuerpo no depende de su masa.
3. MATERIALES
Computadora personal con programa Data Studio intalado.
Sensor de movimiento rotacional
Foto puerta con soporte
Móvil PASCAR
Regla obturadora (cebra)
Varillas(3)
Polea
Pesas con portapesas
Cuerda
LABORATORIO DE FISICA II
1
Regla.
LABORATORIO DE FISICA II
4. FUNDAMENTO TEORICO (MAPA CONCEPTUAL)
CINEMATICA
Estudia las leyes del movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las causas que lo producen, limitándose, esencialmente, al estudio de la trayectoria en función del tiempo.
MRU
MRUV
CAÍDA LIBRE
El movil en este proceso describe una trayectoria recta y con velocidad constante en el tiempo, ya que su aceleracion es nula.
Movimiento que experimenta aumentos o disminuciones y además la trayectoria es una línea recta, y posee aceleracion.
Movimiento de un cuerpo bajo la acción exclusiva de un campo gravitatorio, se aplica a objetos con movimiento vertical ascendente.
VELOCIDAD MEDIA
Es la velocidad en un intervalo de tiempo dado.
2
VELOCIDAD INSTANTÁNEA
Velocidad que lleva un cuerpo en cada instante. Puede calcularse averiguando la velocidad media en un intervalo de tiempo muy pequeño.
ACELERACIÓN MEDIA
Es el cambio de velocidad de un cuerpo dividido entre el tiempo en el cual ocurre ese cambio.
ACELERACIÓN INSTANTÁNEA
Es el cambio de velocidad medido en intervalos de tiempo muy pequeños. Estos intervalos de tiempo son tan pequeños que son casi igual a cero.
LABORATORIO DE FISICA II
5. PROCEDIMIENTO Movimiento rectilíneo uniformemente variado MRUV Ingrese al programa Data Studio, haga clic sobre el icono crear experimento y seguidamente reconocerá el sensor de movimiento rotacional previamente insertado a la interfase Poder Link El sensor de movimiento rotacional es un dispositivo que me permitre calcular las variables del movimiento lineal y rotacional.
Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemos doble clic sobre el icono CONFIGURACION, seleccionamos posición lineal, velocidad lineal, además modificamos la frecuencia de registro y la llevamos hasta 50Hz (50 lecturas por segundo). Seguidamente arrastramos el icono GRAFICO 1, sobre los iconos de velocidad y aceleración y obtendremos un grafico de posición, velocidad y aceleración vs tiempo, luego hacems el montaje de la figura 2.
3
LABORATORIO DE FISICA II Ahora coloque el móvil en la posición inicial(a 1 m de la polea), empiece llas mediciones con la masa de 30 gr suspendida del hilo. Inicie la toma de toma de datos soltando el móvil y oprimiendo el botón INICIO en la barra de configuración principal de Data Studio. Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar la velocidad media y aceleración media. Repita el proceso hasta completar 10 ediciones, luego trabaje con masas de 50 y 70 gramos. Borre las mediciones incorrectas, no almacene datos innecesarios. NOTA: no permita que el móvil golpee la polea. Llene las tablas 1,2y 3, calculando el error absoluto y el error porcentual.
TABLA1: con la masa de 20 gr Numero de medición Velocidad final (m/s) Aceleración Experimental Promedio(m/s2)
Análisis Velocidad Final (m/s) Aceleración (m/s2)
2
3
4
5
1.036
1.039
1.041
1.039
Prom. Total 1.05
0.547
0.551
0.549
0.544
0.56
1 1.095 0.606
Valor teorico
Valor Experimental
Error porcentual
1.19
0.971
18 %
0.709
0.503
27 %
Masa del móvil: ____0.246_______ Kg.
4
Masa del portapesa: _____0.20_________ Kg.
LABORATORIO DE FISICA II TABLA2: con la masa de 30 gr Numero de medición Velocidad final (m/s) Aceleración Experimental Promedio(m/s2)
Análisis Velocidad Final (m/s) Aceleración (m/s2)
1
2
3
4
5
1.264
1.256
1.275
1.264
1.162
Prom. Total 1.2642
0.802
0.793
0.819
0.806
0.804
0.805
Valor teórico
Valor Experimental
Error porcentual
1.43
1.309
8.46 %
1.027
0.819
20.33 %
TABLA3: con la masa de 50 gr Numero de medición Velocidad final (m/s) Aceleración Experimental Promedio(m/s2)
Análisis Velocidad Final (m/s) Aceleración (m/s2)
5
1
2
3
4
5
1.609
1.722
1.609
1.612
1.612
Prom. Total 1.2642
1.308
1.514
1.308
1.304
1.3763
1.362
Valor teórico
Valor Experimental
Error porcentual
1.789
1.591
11.06
1.600
1.226
10.56
LABORATORIO DE FISICA II 5.1. En cada caso ¿Cuál es la diferencia entre el valor teórico y el valor experimental de la aceleración? ¿A qué se debe dicha diferencia?
El valor teórico lo determinamos mediante las formulas:
√ Y el Valor experimental lo determinamos mediante el DataStudio el cual registra los datos de la experiencia La diferencia se debe a que experimentalmente hay fuerzas que reaccionan contra el movimiento del vehículo disminuyendo su velocidad y aceleración.
5.2. Usando los datos del montaje y la aceleración experimental encontrada, exprese su ecuación de posición y su primera derivada.
( )
Para masa 0.020 Kg: ( ) ( )
( )
Para masa 0.030 Kg: ( ) ( )
6
( )
LABORATORIO DE FISICA II Para masa 0.050 Kg: ( ) ( )
( )
5.3. Describa las características del montaje que permite justificar su clasificación como movimiento rectilíneo con aceleración constante.
El carro tiene un espacio por recorrer de 1 metro el cual es recorrido en un periodo de tiempo este periodo de tiempo es el mismo que la distancia que la pesa recorrió hacia abajo. Observamos que el carro se encuentra atado a una cuerda la cual en el otro costado tiene atada una pesa, esta pesa nunca varia su masa por lo cual la gravedad ejerce una fuerza sobre esta pesa la cual es la que jala al carro con una aceleración constante.
5.4. ¿En qué medida la fuerza de fricción con la mesa afecta al modelo experimental ¿justifique.
En ningún sentido ya que para este experimento usamos un carril en el cual si pudo haber una fuerza de fricción con el móvil.
7
LABORATORIO DE FISICA II Caída libre Ingrese al programa Data Studio, sobre el icono crear experimento y seguidamente reconocerá el sensor foto puerta previamente insertado ala insertase Power Link. El sensor foto puerta es un dispositivo que lleva en su interior un diodo led emisor y otro receptor, lo cual le permite que durante la interrupción de la luz hacer mediciones de las variables de movimiento.
Seguidamente procedemos a seleccionar sensor fotopuerta+lamina obturadora, luego configuramos el sensor a fin de que sea capaz de registrar el tiempo entre bandas, la longitud de recorrido y la velocidad de caída. Indique como constante la distancia promedio de separación entre bandas, la cual debe medirse previamente.(VER FIGURA 4).
8
LABORATORIO DE FISICA II Una vez calibrado el sensor arrastramos el icono GRAFICO sobre el icono de la foto puerta y seleccionamos la gráfica velocidad de caída vs tiempo, luego hacemos el montaje de a figura 5.
Colocamos la lamina obturadora según observamos en el montaje, oprima el botón de inicio y suelte la cebra, cuando esta pase completamente por la foto puerta tómela evitando que impacte contra el suelo, en todos los casos la longitud será la misma. Llenar la tabla 4, calculando el porcentaje de error, para esto asumimos el valor teórico de g=9.8 m/s2 y el valor teórico de la velocidad final lo calculamos usando las ecuaciones de caída libre.
9
LABORATORIO DE FISICA II
TABLA 4
Numero de Medición Velocidad final (m/s) Aceleración (m/s) Longitud Recorrida (m) Tiempo (s) Masa total (Kg)
1
2
3
4
5
Promedio
2.380
2.410
2.361
2.364
2.381
2.379
9.75
9.74
9.75
9.74
9.74
9.74
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.24
0.25
0.24
0.24
0.24
0.24
Análisis
0.41kg Valor Teórico
Valor Experimental
Error Porcentual
9.8
9.74
0.61%
Aceleración (m/s2)
Masa de la lamina: ________0.41_____ Kg.
En el siguiente caso debe adicionar una masa de 100 gr en el orificio de la zebra De modo similar al caso debe llenar la tabla 5
10
LABORATORIO DE FISICA II
TABLA 5
Numero de Medición
1
2
3
Promedio
Velocidad final (m/s)
2.3347
2.3336
2.3252
2.33
Aceleración (m/ )
9.70
9.78
9.73
9.74
Longitud Recorrida (m)
0.3
0.3
0.3
0.3
Tiempo (s)
0.241
0.240
0.239
0.24
Masa total (Kg)
0.141kg
Análisis
Valor Teórico
Valor Experimental
Error Porcentual
Aceleración (m/ )
9.8
9.74
0.6
5.5. Según lo obtenido en la Tabla 4 y la Tabla 5 represente las ecuaciones de la posición y la velocidad de cada experiencia
( )
11
LABORATORIO DE FISICA II
5.6. Para el experimento ¿Son despreciables los efectos de la fuerza de fricción con el aire? Fundamente
Si, porque los efectos de fuerza de fricción no causarían un descuadre a nuestros cálculos.
5.7. ¿Que causas se puede atribuir al porcentaje de error?
Puede que el móvil que dañe o descalibre, lo cual causaría un porcentaje de error mayor y una mala configuración en los sensores.
12
LABORATORIO DE FISICA II
6. OBSERVACIONES: Se hallaron las observaciones correspondientes> Cuando se realiza medidas se debe procurar mantener horizontalmente la regla, eso evitara errores considerables. En la experiencia no hubo margen de error alto, lo cual variaron desde 0 a 9%. Se debe calibrar el sensor para evitar errores mayores de lo permitido.
7. CONCLUSIONES:
En esta experiencia se puedo determinar las relaciones matemáticas que expresan la posición, velocidad y aceleración de un móvil en función del tiempo. Se logro establecer cuáles son las características del movimiento rectilíneo con aceleración constante
13
