Informe Laboratorio Sesión 1 PRACTICA Nº 1: PROPORCIONALIDAD DIRECTA PRACTICA Nº 2: INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN PRACTICA Nº 3. CINEMÁTICA PRACTICA Nº 4: MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE ACELERADO PRACTICA Nº 5: MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES
BILEYDI CAÑON C.C. 1.073.670.532
[email protected] JULIANA GUTIERREZ ROMERO C.C. 52.885.099
[email protected] MAURICIO PATIÑO C.C. 79.914.230
[email protected] DANIEL LUENGAS C.C. 1.070.010.097
[email protected]
RESUMEN
INTRODUCCION
En este informe se recopilan los resultados resultados de la primera sesión del laboratorio práctico de Física general, en él se desarrollan diferentes ejercicios con los datos obtenidos en la práctica presencial. Se plantearon para esta primera entrega de informe y resultados temas como la proporcionalidad Directa; objeto de la práctica número 1, en la cual se mencionan alguna de las principales leyes de la naturaleza que aplica esta relación entre magnitudes. Instrumentos de medición; tema de la práctica número 2, en la cual se identifican algunos de los principales instrumentos utilizados para medir como lo son el calibrador y el tornillo micrométrico, su uso se experimenta a través de la toma de medidas de algunos objetos y se complementa con el análisis de esos datos obtenidos a través del cálculo de volúmenes, acá se hace una breve descripción y relación entre los términos precisión y exactitud. Cinemática; tema correspondiente a la práctica número 3, en donde a través de la vivencia se refuerzan conceptos como la velocidad la aceleración tomando datos y llevándolos a gráficas de fácil interpretación. Como práctica número 4 tenemos movimiento uniforme acelerado, en esta práctica se revisa el concepto de caída libre y el procedimiento utilizado para los cálculos de Velocidad final y gravedad. Y por último la práctica número 5 Movimiento en dos dimensiones, a través de esta práctica se estudia como tomar datos de vectores velocidad final e inicial, datos de aceleración y trayectoria.
En el desarrollo de estos laboratorios de Física, se desarrollan temas aplicados a la ciencia, ciencia, siendo de gran importancia para el buen desenvolvimiento de una carrera profesional. Este el primer informe de laboratorio, correspondiente a la primera sesión de prácticas, en el cual se presentan todos los datos recopilados y el desarrollo de los temas a través de ejercicios, gráficas y figuras. Esperamos cumpla con todos los requisitos y llene las expectativas del lector.
1
PRACTICA Nº 1 PROPORCIONALIDAD DIRECTA
a mayor presión, o que hubiese mayor concentración de gases en medio. [1]
PROCEDIMIENTO 1. Identifique los objetos que usará en la práctica. 2. Calibre el cero de la balanza y verifique su funcionamiento. 3. Determine la masa de la probeta y tome este valor como m0. 4. Vierta 10 ml, 20 ml, 30 ml, hasta llegar a 100 ml, de líquido en la probeta y determine en cada caso la masa de la probeta más el líquido MT a. Determine cuál es la variable independiente e indique sus unidades. b. Determine la variable dependiente e indique sus unidades. 5. Calcule la masa del líquido ML sin la probeta para cada medición.
RESULTADOS
2. Describa otras tres leyes de la naturaleza en las cuales la relación entre las magnitudes sea de proporcionalidad directa. Justifique. Ley de Ohm, la cual establece que "La intensidad de la
corriente eléctrica que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada se puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación: V = i • R.
La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero). Ejemplo: Se dispone de una partícula parada al inicio, a no ser que se le empuje (por ejemplo), ésta no se moverá nunca. Ley de charles: El volumen es directamente proporcional
a la temperatura del gas: V (ml) MT (g) ML (g)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
89.5
98.4
108
117
127
137
147
157
166
175
11.6
20.5
30.4
40
49.4
59.8
69.7
79.7
89
97.7
Tabla 1: Datos práctica 1
•Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumen ta. •Si la temperatura del gas disminuye, el volumen
disminuye.
3. ¿Qué leyes de la naturaleza nos ofrecen una relación de proporcionalidad inversa? Justificar Ley de Boyle , La presión ejercida por una fuerza física es
1. Analice las causas ambientales que pueden influir en la densidad de un líquido (Ejemplo: temperatura, presión, etc.).
inversamente proporcional al volumen de una masa gaseosa, siempre y cuando su temperatura se mantenga constante.
Siendo la densidad, la relación de la masa de una sustancia con el volumen ocupado por esa masa, esta puede cambiar cuando cambian factores como la temperatura o la presión.
Ley de gravitación Universal . Isaac Newton enunció que
Cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta. Al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante). La excepción a esta regla es, Por ejemplo, la densidad del agua que crece entre el punto de fusión (a 0 °C) y los 4 °C. Esto se debe a que dentro de un mismo líquido hay pequeñas variaciones de densidad debido, esencialmente a las condiciones puntuales de la zona del líquido o solido en que se toman las medidas. Así en un líquido la temperatura hace variar la densidad, y el agua caliente, al ser menos densa, ocupa la parte superior de un recipiente. Si tomas medidas de densidad en la zona de agua caliente variaran respecto a las que tomes en la zona de agua fría. En un sólido también puede darse que en el momento en que se solidifico la materia se encontrase a condiciones distintas una zona que otra, por ejemplo que se encontrase
la fuerza con que se atraen dos masas M y m es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa: Mm F G 2 d
La intensidad del sonido que podemos percibir desde un
punto sonoro llamado foco dependerá de la distancia a la que se encuentra el receptor desde el punto emisor del sonido. Esta intensidad que recibe el receptor será inversamente proporcional al cuadrado de la distancia a la que se encuentra el receptor del emisor, siendo la intensidad medida en decibelios y la distancia en metros. La ley de Coulomb, dice que la fuerza de atracción o de
repulsión de dos cargas es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
F K
Qq d 2
2
4. Trace una gráfica masa-líquido Vs Volumen y realice el análisis respectivo.
An exos: Prácti ca 1
Grafica 1: Masa liquido Vs Volumen
5. Calcule la constante de proporcionalidad, e indique sus unidades ¿A qué corresponde? La constante de proporcionalidad directa, k, es el cociente entre una cantidad cualquiera de la 2ª magnitud y la correspondiente de la 1ª. K= Y/X Mag1
MT (g)
89
98
108
117
127
137
147
157
166
175
Mag2
ML(g)
11
20
30
40
49
59
69
79
89
97
k = 1.321 = 2.43 g 543
6. Realice un análisis de la prueba y sus resultados. En el experimento realizado se denota claramente la relación entre las magnitudes que se midieron siendo ello un claro ejemplo de proporcionalidad. En este caso obtuvimos una relación de proporcionalidad directa, ya que los datos se afectaron cada uno directamente proporcional al otro.
3
PRACTICA Nº 2 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN PROCEDIMIENTO CON CALIBRADOR
14.6 mm
1. Identifique los objetos que usará en la práctica. 2. Determine y registre cual es la precisión del aparato. 3. Haga un dibujo de la pieza problema (prisma, lámina, etc.) e indique sobre el dibujo los resultados de las medidas de sus dimensiones (cada medida debe realizarse al menos tres veces y se tomará el valor medio de todas ellas).
14.6 mm
Fi g 2. Esfera
Procedimiento para cálculo de volumen Medida
Altura o Espesor
Pieza
Diámetro Exterior
Diámetro Interior
ARANDELA
18.55 mm
18.55 mm
9.5 mm
CILINDRO
5.95 mm
5.95 mm
3.65 mm
ESFERA
14.6 mm
14.6 mm
14.6 mm
Calcular Volumen
Tabla 2: Calibrador
Medida
Altura o Espesor
Diámetro Exterior
ARANDELA
1.29 mm
21.51 mm
CILINDRO
8.38 mm
9.41 mm
ESFERA
16.54 mm
16.54 mm
Pieza
18,55 mm
9,5 mm
Tabla 3: Tornillo micrométrico ,
RESULTADOS 1. Realice la gráfica de cada pieza problema y calcule su volumen con todas sus cifras y unidades. 2. Especifique el procedimiento (forma de calcular) para cada caso. Objetos medidos con el calibrador.
Fi g 3. Arandela
Va =
Va = 8.7
3,65 mm Fi g 1. Calibrador
5,95 mm Fi g 4. Cilindro Vol = π*h*(R^2 - r^2)
4
3. Determine qué es exactitud y qué es precisión ¿existe diferencia entre estos conceptos?
4. Realice las conclusiones respectivas sobre los instrumentos de medición que manipuló. Los dos elementos utilizados sirven para medir elementos, uno como es el caso del calibrador arroja datos más exactos y es de mucha ayuda para elementos pequeños. El tornillo micrométrico por su fina rosca no permite fácilmente detectar la medida un exceso de fuerza puede ser causante de una disminución en la precisión. ANEX OS: PRACTICA 2
Exactitud Proximidad en concordancia entre un valor medido de la magnitud y un valor verdadero del mensurando.
La exactitud de una medición es la concordancia del resultado de la misma comparada con el valor verdadero del objeto que está siendo medido (mensurando). Por ejemplo, si se pesa una masa patrón, calibrada y con trazabilidad, con un valor certificado de 1,0052 g en una balanza analítica y el resultado de la pesada es 1,0047 g, la diferencia entre el valor verdadero y el valor de la medición es de sólo 0,04%. La balanza del ejemplo es un instrumento exacto, con su parámetro de exactitud cuantificado en un porcentaje. Es importante tener en cuenta que la exactitud de un instrumento de medición sólo puede conocerse y cuantificarse con materiales de referencia. [2]
Precisión concordancia entre valores medidos obtenida por mediciones repetidas de un mismo objeto, o de objetos similares, bajo condiciones especificadas.
La precisión es un término relacionado con la confiabilidad de un instrumento, si un instrumento proporciona resultados similares cuando se mide un material de referencia de manera repetida, entonces el instrumento es preciso. Por ejemplo, si se mide con un micrómetro un patrón de longitud 10 o 15 veces y la desviación estándar de los resultados de las mediciones es pequeña, digamos, 0,1% del valor central, entonces se puede considerar al instrumento como preciso. Nuevamente, depende de la aplicación si la precisión de un instrumento es aceptable o no. H ay dif erenci a pero r elación entre los dos conceptos;
Es posible que haya instrumentos muy exactos y poco precisos e instrumentos muy precisos y poco exactos. Esto implica que ambas características no están conectadas de manera inseparable. Es deseable que un instrumento exacto sea preciso también, pero puede darse el caso que un instrumento requiera calibraciones diarias antes de ser utilizado. Por ejemplo, un fotomultiplicador es un sensor muy sensible, muy exacto, pero que requiere calibración y estabilización en temperatura antes de ser utilizado. Aún en condiciones de uso continuo requiere calibraciones de verificación para asegurar la confiabilidad de los resultados.
5
la siguiente tabla
PRACTICA Nº 3: CINEMATICA PROCEDIMIENTO 1. Pida al tutor instrucciones para utilizar la cinta registradora y el registrador de tiempo. 2. Con los datos registrados en la cinta y tomando como medida de tiempo el que transcurre entre 11 puntos es decir 10 intervalos, (se podría tomar otro valor pero éste es el más aconsejable), mida la longitud de cada intervalo 3. Com plete
DISTANCIA (m) con masa 1 DISTANCIA (m) con masa 2 VELOCIDAD MEDIA (m-s) M1 VELOCIDAD MEDIA (m-s) M2
1
2
3
0,019 0,024 0,019 0,024
0,029 0,038 0,01 0,014
0,037 0,05 0,008 0,012
4 0,045 0,062 0,008 0,012
INTERVALO 5 6
7
8
9
10
0,054 0,073 0,009 0,011
0,066 0,093 0,005 0,003
0,071 0,10 0,005 0,007
0,078 0,11 0,007 0,01
0,084 0,118 0,006 0,08
0,061 0,08 0,007 0,007
Tabla 4: Intervalos Distancia; Velocidad.
4. Con base en los datos de la tabla, calcule la aceleración en cada intervalo, así:
ORDEN DE INTERVALO DE TIEMPO ACELERACION (m/s2) M 1 ACELERACION (m/s2) M2
1
2
0,019 0,024
3
-0,009 -0,01
4
-0,002 -0,002
5 0 0
0,001 -0,001
6
7
8
9
10
-0,002
0,002
0
0,002
-0,001
-0,004
0,006
-0,006
0,003
0,07
Tabla 5: Aceleración intervalos
5. Complete la siguiente tabla tomando todo el espacio recorrido incluyendo el de anteriores intervalos de tiempo.
ORDEN DE INTERVALO DE TIEMPO ESPACIO RECORRIDO TOTAL (m) M1 ESPACIO RECORRIDO TOTAL (m) M2
1 0,019 0,024
2
3
4
5
0,04 0,06
0,08 0,11
0,13 0,17
0,18 0,24
6 0,245 0,327
7 0,31 0,4
8 0,38 0,52
9
10
0,46 0,63
0,54 0,74
Tabla 6: Espacio Total Recorrido
6
RESULTADOS 1. Grafique los resultados de las tablas de los puntos 3, 4 y 5.
Se puede concluir que a medida que avanza el objeto en el tiempo, la aceleración de la masa 2 tiende a aumentar , mientras que en la masa 1 permanece estable. Se puede concluir que a medida que avanza el tiempo la distancia aumenta de modo casi lineal para ambas masas, pero más para la masa de mayor peso.
2. Realice el análisis de la práctica y de sus resultados. Los resultados de la práctica nos permiten ver la influencia que ejercen las diferentes fuerzas sobre un objeto y cómo afectan su movimiento. Además nos afianzan en el uso e interpretación de gráficas para el análisis de la información obtenida. Grafica 2: Intervalos Distancia Tabla 4; Punto 3 ANEX OS: PRACTI CA
Graf ica 3: Aceleración intervalos Tabla 5; Punto 4
objeto.
Grafica 4: Espacio Total Recorrido Tabla 6; Punto 5
Análisis. Se puede observar a través del análisis de la gráfica, que la velocidad tiende a estabilizarse a medida que avanza el objeto Se puede observar a través del análisis de la figura, que la velocidad tiende a estabilizarse a medida que avanza el 7
que tarda un objeto en caer a una superficie desde diferentes alturas. Con base en los datos obtenidos se calculó la velocidad con la cual cae el objeto al suelo se calculó el valor de la constante de la gravedad.
ANEXOS PRACTICA 4
PRACTICA Nº 5: MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES PROCEDIMIENTO: 1. Cubra la mesa con papel blanco y sobre éste coloque papel carbón para registrar cada impacto de la esfera sobre la mesa. 2. Determine un ángulo (sugerencia: 300, 450 y 600) y ajuste la unidad balística como indica la figura del montaje (registrar en la tabla)
Vo (m/s) 30 45 60
Vox(m/s)
Voy (m/s)
3. Ajuste los tornillos de la base y gire hasta obtener una proyección vertical. 4. Dispare el balín (observará que se ha realizado una medición de velocidad inicial) 5. Con una regla mida el alcance horizontal del balín y luego compárelo con el valor que obtiene aplicando las ecuaciones. 6. Repita el mismo procedimiento para tres ángulos diferentes.
Xmax(m)
Ymax (m)
T sub (s)
T baj (s)
2.3
1.99
1.15
0.49
0.46
0.06
0.11
2.33
1.64
1.64
0.57
0.55
0.138
0.16
2.29
1.47
1.75
0.52
0.52
0.155
0.17
Tabla 9: Datos práctica 5, Movimiento en dos dimensiones
RESULTADOS
X
1. Realice el diagrama de los vectores velocidad (Vx y Vy) y aceleración y señale cómo cambian a lo largo de la trayectoria seguida por el balín. 0 Di agrama con i ncli nación de 45
0.55m
Grafi ca 5. Diagrama con inclinación de 45°
2. Diagrama con inclinación de 50 0
Y
Y 0.13 8m
0.155m
9
x 0.52m Grafi ca 6. Diagrama con inclinación de 50
Voy=2.33 (m/s) (sen de 45o)=1.64 (m/s) Voy=2.29 (m/s) (sen de 50o)=1.75 (m/s) Voy=2.30 (m/s) (sen de 30o)=1.15 (m/s)
0
4. Determine la altura máxima alcanzada por el proyectil como función del ángulo de inclinación, (Especifique el procedimiento utilizado para realizar dichos cálculos).
0 Di agrama con i ncli nación de 30
Para determinar el cálculo de la altura máxima que alcanza el proyectil empleamos la siguiente fórmula:
x 0.46m Gr áfica 7 Diagrama con inclinación de 30°
A medida que el ángulo de inclinación aumenta tanto el eje Y como el eje X aumenta proporcionalmente.
Y max (V )( sen ) 2 o
2 g Altura máxima alcanza el proyectil para el ángulo de 45°
2. Determine el valor de las componentes de la velocidad inicial (Especifique el procedimiento utilizado para realizar dichos cálculos).
Y=(2,33 m/s)(sin 45) = 5.42 m/s(0.5) = 2.71 m/s = 0.138m
Componentes de la velocidad inicial: Vox= Vo cos ᶿ Voy= Vo sin ᶿ
Altura máxima que alcanza el proyectil para el ángulo de 500
Vox Para los ángulos 45, 50 y 30 grados
Y=(2,29 m/s)(sin 50) = 5.24 m/s(0.58) = 3.03 m/s = 0.155m
Vox = 2.33 (m/s) (cos de 45 o) = 1.64 (m/s) Vox = 2.29 (m/s) (cos de 50 o) = 1.47 (m/s) Vox = 2.30 (m/s) (cos de 30 o) = 1.99 (m/s
2(9.8m / s )
2(9.8m / s )
19.6m / s
19.6m / s
19.6m /
19.6m /
Altura máxima que alcanza el proyectil para el ángulo de 300
Voy Para los ángulos 45,50 y 30 grados. o
Voy=2.33 (m/s) (sen de 45 )=1.64 (m/s) Voy=2.29 (m/s) (sen de 50 o)=1.75 (m/s) Voy=2.30 (m/s) (sen de 30 o)=1.15 (m/s) 3. Determine el alcance horizontal máximo alcanzado por el proyectil como función del ángulo de inclinación, y compare el resultado obtenido con el valor medido ¿Qué puede concluir? Componentes de la velocidad inicial: Vox= Vo cos ᶿ
Voy= Vo sin ᶿ
Vox Para los ángulos 45, 50 y 30 grados Vox = 2.33 (m/s) (cos de 45o) = 1.64 (m/s) Vox = 2.29 (m/s) (cos de 50o) = 1.47 (m/s) Vox = 2.30 (m/s) (cos de 30o) = 1.99 (m/s)
Y=(2,30 m/s)(sin 30) = 5.29 m/s(0.25) = 1.32 m/s = 0.06m 2(9.8m / s )
19.6m / s
19.6m /
5. Determine el tiempo de subida y de bajada del proyectil, ¿Son iguales? ¿Por qué? (Especifique el procedimiento utilizado para realizar dichos cálculos). Puesto que el tiempo requerido para alcanzar el punto más alto es igual al tiempo necesario para caer la misma distancia, la fórmula de la caída libre será la más conveniente en este caso: T= Vy g Tiempo de subida para el ángulo de 30 0
Voy Para los ángulos 45,50 y 30 grados. 10
t= Vy = 1.15 m/s = 0.11 g
9.8 m/
Tiempo de subida para el ángulo de 45 0 t= Vy = 1.64 m/s = 0.16 s g
9.8 m/
Tiempo de subida para el ángulo de 50
0
t= Vy = 1.75 m/s = 0.17 s g
9.8 m/
6. Trace una gráfica de Y vs X y realice su respectivo análisis.
Al realizar la práctica en el laboratorio se establece que todo objeto cuya trayectoria describe una parábola se le denomina movimiento parabólico, cuya trayectoria es una combinación de dos movimientos, uno verticalmente hacía arriba con una velocidad inicial (Vy) y el otro una velocidad horizontal (Vx) la cual permanece constante
8. Conclusiones - Al concluir la práctica se puede establecer que el movimiento parabólico es un desplazamiento bidimensional de un cuerpo en el eje X y Y. - El movimiento parabólico está compuesto por un movimiento uniforme acelerado en el eje Y y un movimiento rectilíneo uniforme en el eje X. - El movimiento parabólico es producido por una velocidad inicial con un ángulo
ANEXOS PRACTICA 5
Gr áfica 8. Diagrama con inclinación de 30°
Gr áfica 9. Diagrama con inclinación de 45°
Gr áfica 10. Diagrama con inclinación de 50°
7. Realice el análisis de la práctica y de sus resultados
11
12
CONCLUSIONES Existen elementos de medición que permiten tomar datos precisos, siendo herramientas de gran valor a la hora de realizar prácticas como es el caso de la balanza, de los tornillos micrométricos, calibradores, velocímetro. Lo que deja como conclusión que todo puede ser medible. La velocidad es una magnitud que contempla la rapidez de un móvil y su dirección, los cambios que se produzcan en la velocidad serán debidos a variaciones en la rapidez y/o en la dirección. El movimiento parabólico es un desplazamiento bidimensional de un cuerpo en el eje X y Y. La conclusión más importante es que a través de la realización de experimentos se puede comprobar y afianzar el conocimiento de las leyes de la física y aplicarlos.
AGRADECIMIENTOS Al comité organizador del CASEIB 2000 su amabilidad al permitir usar sus guías de estilo como referencia para la realización de este documento . A los miembros de este grupo por sus aportes
REFERENCIAS [1] http://www.monografias.com/trabajos91/informeexperimento-densidad/informe-experimentodensidad.shtml [2]http://www.upaep.cesat.com.mx/index.php?option=co
m_content&view=article&id=28:exactitud-y precision&catid=11:metrologia&Itemid=14 http://www.educaplus.org/movi/2_4distancia.html Recuperado de http://www.educaplus.org/movi/2_4distancia.html Modulo Física. UNAD, Diego Alejandro Torres Galindo Bogotá Junio 2010.
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