FISICA GENERAL Laboratorios Física General
SONIA ROCIO AVILA MUÑOZ C.C. No. 55154929 ALVARO DIAZ GONZALEZ C.C. No. 83056633 MARINA ORTIZ ZUÑIGA C.C. No. 26470702
TUTOR CEAD NEIVA: ING. JUAN CARLOS POLANCO
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD CEAD NEIVA
INTRODUCCION
CEAD NEIVA
La física física es más que una rama de las ciencia cienciass física físicas: s: es la más fundame fundamenta ntall de las ciencias. Estudia la naturaleza de realidades básicas como el movimiento, las fuerzas, energía, materia, calor, sonido, luz y el interior de los átomos. La física física es la ciencia ciencia que observa observa la natura naturalez leza, a, y trata trata de descri describir bir las leyes leyes que la gobiernan mediante expresiones matemáticas. No es difícil reconocer que vivimos en un mundo científico y tecnológico; la física es una parte fundamental de nuestro mundo que influy influye e en nuestr nuestra a socied sociedad ad a cualqu cualquier ier escala escala,, pues pues abarca abarca desde desde lo infini infinitam tament ente e grande, la astrofísica, a lo infinitamente pequeño, la física de las partículas elementales. Por ello no debe extrañar la presencia de la física en todo lo que ha representado progreso científico y técnico. La Física es una ciencia experimental, y como tal, los experimentos juegan un papel vital en su desarrollo. Las prácticas de laboratorio son uno de los ejes principales en su estudio que nos pueden ayudar además de desarrollar destrezas básicas y herramientas de la Física experimental y del tratamiento de datos, manejar conceptos básicos, a entender el papel de la observación directa en Física y distinguir entre las inferencias que se realizan a partir de la teoría y las que se realizan a partir de la práctica; a destacando el proceso, observar observar el fenómeno, fenómeno, obtener un dato experimental, experimental, analizar analizar los resultados resultados y sacar nuestras propias conclusiones. En este trabajo buscamos acercarnos a los eventos que ocurren diariamente y que por medio de la física los podemos en su veracidad y exactitud; igualmente se buscamos comprobar las mediciones que se realizaron en la prueba de laboratorio en el tema de proporcionalidad directa. El objetivo de la práctica de laboratorio es conocer y aprender a manejar los instrumentos con los cuales se pueden realizar mediciones de mucha precisión; verificar que cada una de las fórmulas utilizadas en física general fueron y aún siguen siendo comprobadas con ejercicios reales y que las diferencias son muy mínimas debido a factores externos o humanos.
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La física física es más que una rama de las ciencia cienciass física físicas: s: es la más fundame fundamenta ntall de las ciencias. Estudia la naturaleza de realidades básicas como el movimiento, las fuerzas, energía, materia, calor, sonido, luz y el interior de los átomos. La física física es la ciencia ciencia que observa observa la natura naturalez leza, a, y trata trata de descri describir bir las leyes leyes que la gobiernan mediante expresiones matemáticas. No es difícil reconocer que vivimos en un mundo científico y tecnológico; la física es una parte fundamental de nuestro mundo que influy influye e en nuestr nuestra a socied sociedad ad a cualqu cualquier ier escala escala,, pues pues abarca abarca desde desde lo infini infinitam tament ente e grande, la astrofísica, a lo infinitamente pequeño, la física de las partículas elementales. Por ello no debe extrañar la presencia de la física en todo lo que ha representado progreso científico y técnico. La Física es una ciencia experimental, y como tal, los experimentos juegan un papel vital en su desarrollo. Las prácticas de laboratorio son uno de los ejes principales en su estudio que nos pueden ayudar además de desarrollar destrezas básicas y herramientas de la Física experimental y del tratamiento de datos, manejar conceptos básicos, a entender el papel de la observación directa en Física y distinguir entre las inferencias que se realizan a partir de la teoría y las que se realizan a partir de la práctica; a destacando el proceso, observar observar el fenómeno, fenómeno, obtener un dato experimental, experimental, analizar analizar los resultados resultados y sacar nuestras propias conclusiones. En este trabajo buscamos acercarnos a los eventos que ocurren diariamente y que por medio de la física los podemos en su veracidad y exactitud; igualmente se buscamos comprobar las mediciones que se realizaron en la prueba de laboratorio en el tema de proporcionalidad directa. El objetivo de la práctica de laboratorio es conocer y aprender a manejar los instrumentos con los cuales se pueden realizar mediciones de mucha precisión; verificar que cada una de las fórmulas utilizadas en física general fueron y aún siguen siendo comprobadas con ejercicios reales y que las diferencias son muy mínimas debido a factores externos o humanos.
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PRIMERA PRACTICA Proporcionalidad directa
OBJETIVO: Comprobar la relación relación de proporcionalidad entre diferentes magnitudes.
PROBLEMA: En los estudios que usted ha tenido sobre proporcionalidad, se encuentra con una variable dependiente y otras independientes. En la medición de un líquido ¿Cuáles serían éstas? ¿Cuál sería la constante de proporcionalidad?
MATERIALES: ✔ ✔ ✔ ✔ ✔
Una probeta graduada de 100 ml Un vaso plástico Balanza Agua Papel milimetrado.
PROCEDIMIENTO: 1) Identifiqu Identifique e los objetos objetos que usará usará en la práctica. práctica. Defina Defina que es una balanza. balanza. 2) Calibr Calibre e el cero cero de la bala balanza nza.. 3) Determine la masa de la probeta y tome este valor como m 0. 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 M T a. Determine Determine correct correctamente amente cuál es es la variabl variable e independie independiente. nte. b. Determ Determine ine la la varia variable ble depe dependi ndient ente e 5) Calcule la masa del líquido M L sin la probeta para cada medición. Registre estos resultados en una tabla
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DESARROLLO DEL PROCEDIMIENTO: Primero definimos que es una BALANZA
La balanza es uno de los instrumentos u operadores técnicos que se han inventado para medir la masa de un cuerpo. Sin embargo, el uso más frecuente es utilizarlas en la superficie terrestre asociando la masa al peso correspondiente, por lo cual suele referirse a esta magnitud. La balanza se utiliza para pesar masas pequeñas de solo unos kilos y a nivel de laboratorio, actualmente se utilizan balanzas electrónicas de lectura directa y precisa Entre otros usos uno de los más importantes es para pesar pequeñas cantidades de masa en los laboratorios para hacer pruebas o análisis de determinados materiales. Estas balanzas se destacan por su gran precisión
La proporcionalidad es la relación entre dos variables o dos magnitudes, cuando una de estas variables aumenta hace que la otra aumente a la misma razón, a esta relación la podemos llamar directamente proporcional, es decir que si el valor de una se duplica, entonces el valor de la otra también se duplica, pero cuando una de las variables aumenta y la otra disminuye en la razón inversa podemos decir que la relación es inversamente proporcional, por ejemplo, si el valor de una se triplica, entonces el valor de la otra se reduce en la tercera parte. Dentro de la proporcionalidad existe una relación de causalidad entre las dos variables, es decir que podemos encontrar una variable que es independiente y la otra que es dependiente.
El desarrollo del laboratorio lo iniciamos calibrando la BALANZA A CEROS y luego utilizando la balanza hallamos la masa de la PROBETA VACIA que es m0 = 133.2 grs; Luego continuamos agregando 10 ml, 20 ml, 30 ml, hasta llegar a 100 ml. de líquido en este caso agua, en la probeta para determinar en cada medición su masa. Por medio de la observación y de la utilización de la balanza podemos obtener la variación de la masa según el volumen de líquido (agua) que agregamos en la probeta. Hecho esto obtuvimos los datos y los consignamos en una tabla. Tanto la masa de la probeta más el líquido (MT) como la masas del líquido (ML) sin la probeta.
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REGISTRO DE DATOS DE LA EXPERIENCIA
V(ml)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
MT(g)
141.6
151
161
171.2
181.6
191.6
201.8
211.9
221.7
ML(g)
8.4
17.8
27.8
38
48.4
58.4
68.6
78.7
88.5
100 230. 7
97.5
Después de obtener los datos, representamos gráficamente las magnitudes ya que esto nos permite visualizar fácilmente la relación que existe entre las variables. Determinamos que en los valores registrados la masa constituye la variable dependiente y el volumen (liquido) la variable independiente. Concluimos que el valor de la masa depende del volumen que le adicionamos para la medición Se realiza la gráfica de la siguiente manera: Mediante una hoja de cálculo de Excel y aplicando la generación de gráficas. Los valores que toma la variable independiente se localizan en el eje horizontal (eje x) y los valores de la variable dependiente se localizan en el eje horizontal (eje y). Ver Gráficas
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Variable independiente: En el caso del laboratorio 1 en la medición de un líquido la variable que se manipula es el volumen y se denomina variable independiente. Variable dependiente: La variación en la masa del líquido depende de la cantidad de volumen que se maneje en la probeta. A esta variable se le llama variable dependiente. Constante de proporcionalidad: En este caso la variación de la masa es directamente proporcional al volumen del líquido, ya que si el volumen aumenta la masa también aumenta. Cuando dos variables esta relacionadas en forma directa su cociente es constante y a esta se le conoce como constante de proporcionalidad. Entonces, m/v= K, donde m= masa; V= volumen; K= constante de proporcionalidad.
V(ml)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
ML(g)
8,4
17,8
28,8
38
48,4
58,4
68,6
78,7
88,5
97,5
m/v=k
0,84
0,89
0,96
0,95
0,97
0,97
0,98
0,98
0,98
0,98
Luego sumamos los valores resultantes y los dividimos entre 10 para obtener la constante de proporcionalidad: Quedaría así: suma total 9,5/10 = 0,95 que es la Constante de proporcionalidad entre los valores obtenidos
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Proporcionalidad Directa: La proporcionalidad directa sucede al tener dos magnitudes y al aumentar una, aumenta la otra en la misma proporción. Existe la regla de tres para la proporcionalidad directa; Dadas dos magnitudes, se conocen con la equivalencia entre una y el valor de la otra. Entonces para cada nuevo valor que se da a una magnitud calculamos el valor proporcional de la segunda magnitud.
Proporcionalidad Inversa: Cuando tenemos dos magnitudes y cuando al aumentar una, disminuye la otra en la misma proporción. La regla de tres simple inversa, dadas dos magnitudes se conoce la equivalencia entre el valor de una y el valor de la otra. Entonces para cada nuevo valor que se dé a una magnitud calculamos el valor proporcional inverso de la segunda magnitud
Causas ambientales que pueden influir en la densidad de un líquido: En general, la densidad de una sustancia varía cuando cambia la presión o la temperatura; cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta. Como regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante). Sin embargo, existen notables excepciones a esta regla. Por ejemplo, la densidad del agua crece entre el punto de fusión (a 0 °C) y los 4 °C; algo similar ocurre con el silicio a bajas temperaturas. La Ley de Charles y Gay-Lussac , también llamada Ley de Charles explica las leyes de
los gases ideales. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa. En esta ley, Charles dice que a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que "temperatura" significa movimiento de las partículas. La 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 e inversamente proporcional a la resistencia del mismo. Un líquido a presión atmosférica normal, aumenta su densidad según va disminuyendo la temperatura. El agua sigue esta misma ley, pero al llegar a los 4ºC invierte esta tendencia y baja su densidad según disminuye más la temperatura. Esto permite que el hielo sea menos denso que el agua, y por tanto, flote en vez de hundirse. Y esta propiedad impide que los mares se congelen. La densidad de los líquidos suele ser algo menor que la densidad de la misma sustancia en estado sólido. Algunas sustancias, como el agua, son más densas en estado líquido. La presión también puede influir, ya que la masa de un líquido no es igual si se miden en ambientes con diferente presión.
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Leyes directamente proporcionales: ➢
A presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura. Ley de Charles .
➢
A volumen constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura. Ley de Gay L uzac .
➢
El desplazamiento de una partícula es directamente proporcional a la Velocidad.
➢
Isaac Newton de la Ley de la Gravitación Universal: todos los objetos se atraen unos a otros con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros.
➢
Ley de los gases ideales: el principio que dice que dada una cantidad de gas en condiciones normales, la presión del gas es directamente proporcional a su densidad y temperatura.
Ley Inversamente proporcional: ➢
A temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión; esto lo determina la Ley de Boyle .
➢
La Tercera Ley del movimiento de Newton: es un sistema donde ninguna fuerza externa está presente; cada fuerza de acción son iguales y opuestas, adquiriendo velocidades inversas y proporcionales a sus masas.
Análisis: Podemos determinar que la probeta no es un instrumento exacto para medir volúmenes, así que al medir la masa del líquido, tampoco el resultado va a ser exacto, por lo tanto podemos tomar tres datos de la masa de cada volumen de agua y promediarlos para disminuir el margen de error. Si se observa las gráfica, podemos ver que la recta debería dar una línea recta, ya que la masa del líquido es directamente proporcional a la cantidad de volumen, pero no da exactamente recta ya que existe un margen de error en la medición, que gracias a la gráfica podemos detallar que la función es directamente proporcional y que la masa es la variable dependiente y el volumen es la variable independiente, ya que la masa depende directamente del volumen del líquido.
Conclusiones: •
Para realizar mediciones se debe tener el menor margen de error, para que los resultados sean confiables.
•
La masa es directamente proporcional al volumen del líquido.
•
La masa es la variable dependiente
•
El volumen es la variable independiente.
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La pendiente de la recta da el valor de la constante de proporcionalidad. •
SEGUNDA PRACTICA Instrumentos de Medición TITULO: Instrumentos de Medición: Calibrador y tornillo micrométrico
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OBJETIVO: Aprender a manejar los instrumentos de medición que se utilizan en el laboratorio y en algunas empresas para la medida de longitudes. PROBLEMA En todos los laboratorios de física se utilizan instrumentos para realizar mediciones. En que consiste la medición de longitudes?, ¿Qué grado de precisión tienen estos instrumentos? ¿En qué área se utilizan?. MATERIALES Calibrador Tornillo micrométrico Materiales para medir su espesor: láminas, lentes, esferas, etc. • • •
PROCEDIMIENTO CON CALIBRADOR 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). 4) Calcule el volumen de la pieza, con todas sus cifras. 5) Complete la siguiente tabla: DESARROLLO DEL LABORATORIO 1) En el procedimiento con el calibrador, vamos a utilizar un cilindro y una esfera.
2) El calibrador PIE DE REY tiene una precisión de 0.005 mm El Tornillo micrométrico tiene una precisión de 0.01 mm 3)
PIEZA 1 (cilindro)
1
2
3
PROMEDIO
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medido con calibrador
25.5 20
25.6 20,2
25.4 25.5 19,9
20.03 mm
20.01 mm
25.45 mm
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PIEZA 1 (cilindro) medido con tornillo micrométri co
25.420
25.5 19.9
25.5 25.4 20.1 mm
15
15.1
15.06 15.1 mm
PIEZA 2 (esfera) medido con calibrador
20.00 mm
m
15.2 mm
PIEZA 2 (esfera) medido con tornillo micrométri co
rh
15.1 mm
15.13mm 15.1
15.09 mm
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= π * r * h V = 3.1416 ∗10.005 *25.45 V = 3.1416*100.10 * 25.45 V = 8003.36 mm V
2
2
3
5) Para el cálculo del volumen de la esfera tenemos que es 2/3 del volumen del
cilindro, donde su fórmula es: V = 4π * r / 3 3
r
V = 4π * 7.543 / 3 V = 12.56* 428.66 / 3 V = 1794.65 mm3
6) Los instrumentos de medición son importantes en cualquier medio, con ellos podemos realizar mediciones casi exactas y además de permitir el cálculo de los volúmenes de las cosas y de acuerdo a las formulas correspondientes. 7) Exactitud: la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor de la magnitud real. Precisión: la capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones.
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TERCERA PRACTICA PRACTICA Cinemática. OBJETIVO: Comprobar algunas de las leyes de la cinemática
PROBLEMA: ¿Qué tipo de función existe en el movimiento uniformemente variado entre las variables posición y tiempo, velocidad y tiempo?
MATERIALES:
Cinta
Registrador de tiempo
Una polea
Un carrito
Una cuerda
Un juego de pesas
PROCEDIMIENTO: 1) Pida al tutor instrucciones para utilizar la cinta registradora y el registrador de tiempo. 2) Corte un pedazo de cinta aproximadamente de 1 ,50 m de largo.
3) Conecte el registrador de tiempo a la pila y suelte el carrito para que éste se deslice libremente por la superficie de la mesa.
4) Tome 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).
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Procedimiento: 1) Realizamos el montaje. 2) Se midió la distancia total de recorrido del móvil (X t), se demarcaron cuatro (4)
divisiones Xt/4 para ser denotadas como X 1, X2, X3 y X4. 3) Con la ayuda de los cronómetros se tomaron las lecturas de T 1, T2, T3 y T4. 4) Se tomaron cuatro (4) grupos de mediciones, con el fin de promediar los resultados.
GRAFICA:
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GRAFICA:
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X04321
70 35140 105 cm cm
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1. Tome la medida de tiempo en 4 intervalos
Orden del Intervalo de tiempo
0
Velocidad media
0
1
2
Grafica velocidad vs. Tiempo 0.21 0,7
3
4
0.62
1.4
3. Con base en los datos de la tabla, calcule la aceleración en los intervalos, así:
a1= V2-V1/1
Intervalo de tiempo
1
Aceleración
0.21
a2= V3-V2/1… 2 0.49
3
4
-0,08
0,78
Tiempo transcurrido hasta el n-ésimo segundo
1,66
2,16
2,72
2,97
Distancia recorrida (cm)
35
70
105
140
4. Complete la siguiente tabla tomando toda la distancia recorrida incluyendo los intervalos de tiempo.
5. Complete la siguiente tabla:
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Orden del intervalo de tiempo
1
2
3
4
Velocidad Media
0,21 m/s
0,7 m/s
0,62 m/s
1,4 m/s
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CUARTE PARTE: Fuerzas Trabajo y Energía Mecánica
OBJETIVO: Verificar la equivalencia entre trabajo y energía.
TEORIA: Cuando se suspende de un resorte un peso (mg), la deformación x que sufre el resorte es directamente proporcional al valor del peso (m.g) (fuerza). m. g = k . x
Donde la constante de proporcionalidad k es: k =
m. g N x
m
El trabajo que realiza una fuerza F para deformar un resorte en una magnitud x es:
∫
Trabajo = F .dx
Entonces Trabajo =
mgx 2
MATERIALES:
Un resorte
Un soporte universal - Un juego de pesitas - Un metro
Papel milimetrado
Una balanza
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PROCEDIMIENTO: Resorte sin deformación A Lo= 20.cm
Masa (Kg)
Deformación Resorte
m.g(N)
X(m)
Trabajo (j)
0,01
0,03
0,098
0,03
0,02
0,02
0,07
0,196
0,07
0,05
0,03
0,11
0,294
0,11
0,09
0,04
0,14
0,392
0,14
0,13
0,05
0,18
0,49
0,18
0,19
0,06
0,21
0,588
0,21
0,24
0,07
0,24
0,686
0,24
0,69
0,08
0,27
0,784
0,27
0,37
0,09
0,3
0,882
0,3
0,44
0,1
0,34
0,98
0,34
0,53
Informe:
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En la tabla anterior hacemos un resumen general de la practica donde se comprueba la capacidad y el trabajo que poseen los resortes al estirarse con un peso determinado; este tipo de experimento se expresa calculando la fuerza realizada por el resorte y se aplica la siguiente formula:
Trabajo =
mgx 2
Donde Trabajo = masa * gravedad *longitud del resorte con peso/ 2
Este tipo de energía es la energía potencial por que el resorte realiza un esfuerzo para mantener un trabajo y en este caso es sostener el resorte
1. Enuncie las maquinas que se encargan de las diferentes formas de transformación de la energía. Plantas Eléctricas Motores de combustión Interna Motores Eolicos
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QUINTA PARTE: SISTEMAS EN EQUILIBRIO Equilibrio de Fuerzas OBJETIVO: Aplicar los conceptos de descomposición de un vector y sumatoria de fuerzas. PROBLEMA: En ciertas ocasiones necesitamos encontrar las condiciones de equilibrio para encontrar valores para determinados problemas, además de entender la descomposición de un vector en sus componentes. MATERIALES:
Dos soportes universales Dos poleas Juego de pesitas Dos cuerdas Un transportador
PROCEDIMIENTO: Monte los soportes y las poleas como se indica 1. Tome varias pesitas y asígneles el valor M3 2. Como se indica en el dibujo, encuentre dos masas M1 y M2 que equilibren el
sistema. El equilibrio del sistema está determinado por los ángulos de las cuerdas con la horizontal y la vertical. Tome tres posiciones diferentes para la misma masa M3 y dibuje los diagramas de fuerzas sobre papel milimetrado. 3. Repita los pasos 2 y 3 con diferentes valores para M1, M2 y M3
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INFORME: En la siguiente tabla se relacionan una de las tres mediciones que se realizaron con diferentes medidas y los ángulos que se formaron de acuerdo a la gráfica.
CEAD NEIVA
CEAD NEIVA
F 1 α
m1
F 2
β
m3
F 3
m2
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Practicas
1
2
3
Masa 1
50 g
60 g
70 g
Masa 2
60 g
70 g
50 g
Masa 3
70 g
50 g
60 G
α
55°
50°
75°
β
65°
80°
60°
El equilibrio mecánico es un estado estacionario en el que se cumple alguna de estas dos condiciones:
•
•
Un sistema está en equilibrio mecánico cuando la suma de fuerzas y momentos sobre cada partícula del sistema es cero. Un sistema está en equilibrio mecánico si su posición en el espacio de configuración es un punto en el que el gradiente de energía potencial es cero.
La segunda definición es más general y útil, especialmente en mecánica de medios continuos. Definición basada en la energía potencial La definición anterior, basada en fuerzas, no es fácilmente generalizable a los medios continuos, ni proporciona información sobre uno de los aspectos más importantes del
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estado de equilibrio: la estabilidad. Para este tipo de sistemas lo más cómodo es usar la segunda definición, basada en la energía potencial; debido a la relación fundamental entre fuerza y energía, ambas son equivalentes. Además, resulta más natural definir el equilibrio estable. Si la función de energía potencial es diferenciable, entonces los puntos de equilibrio coincidirán con los puntos donde ocurra un máximo o un mínimo locales de la energía potencial. Estabilidad del equilibrio El análisis de la estabilidad del equilibrio puede llevarse a cabo estudiando los mínimos y máximos locales (extremos locales) de la función de energía potencial.
CONCLUSIONES: •
A pesar de los cambios efectuados en las masas M1 y M2, el sistema sigue conservando su equilibrio, pero cabe anotar que el cambio de peso en las masas M1 y M2, debe de ser mínimo ya que si el peso de estas dos masas es considerable debe de cambiarse el de la masa M3, para que conserve el sistema en equilibrio. También el cambio se nota en los distintos ángulos que toman las tres posiciones, cuando se varía el peso de las masas M1 y M2.
En esta práctica solo es necesaria la primera condición de equilibrio (equilibrio de traslación), ya que su suma vectorial es cero y los cuerpos no están realizando ningún movimiento.
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SEXTA PARTE. MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE
TITULO: El Péndulo Simple OBJETIVO: Comprobar la leyes del movimiento armónico simple MAS TEORIA Un péndulo consta de una esfera de masa m sujeta a una cuerda ligera de longitud l. Comunicando al péndulo la energía adecuada se produce un movimiento de carácter periódico. El periodo de cada oscilación está dada por: T = 2π
l g
Donde l es la longitud del péndulo y g es la gravedad de la tierra. Esta expresión solamente es válida para oscilaciones con pequeñas amplitudes, es decir cuando el ángulo entre la cuerda y la vertical es muy pequeño, se puede considerar menor de 15°. MATERIALES
Un soporte universal Una cuerda Una pesita o una esfera con argolla Un cronómetro
PROCEDIMIENTO
1. Ate un extremo de la cuerda a la esfera y el otro al soporte universal. 2. Para una longitud de la cuerda de 100 cm mida el periodo de la oscilación de la siguiente manera: Ponga a oscilar el
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3. 4. 5.
6. 7.
péndulo teniendo cuidado que el ángulo máximo de la oscilación no sobrepase de 15°. Tome el tiempo de 20 oscilaciones completas, entonces el periodo (tiempo de una oscilación) será el tiempo de 20 oscilaciones dividido por 10. Repita varias veces. Varíe la longitud del péndulo gradualmente disminuyendo 20 cm. cada vez y en cada caso halle el periodo de oscilación. Consigne estos datos en la tabla 3 Realice una gráfica en papel milimetrado de T = f (L) , o sea del periodo en función de la longitud y determine que tipo de función es. Calcule la constante de proporcionalidad. Realice un breve análisis de la práctica y de sus resultados.
L(m ) T(s)
1
T 2
T1 41,7
0.8
T 3
41,8
41,8
T 1
T 2
36,9
36,8
0.6
T 3 37,1
T 1
T 2
32,2
32,5
0.4
T 3 32,3
T 1
T 2
26,5
26,7
0.2
T 3 26,6
T 1
T 2
20,0
19,9
T 3 20,0
T(s) PROM EDIO
41,7
36,9
32,3
26,6
19.9
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INFORME: En la anterior práctica el periodo de oscilación es directamente proporcional a la longitud del péndulo; lo que significa que a mayor longitud mayor es el tiempo de oscilación. La constante de proporcionalidad k = y/ x k = 1/ 41.7 k = 0.02
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SEPTIMA PARTE. MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE TITULO: Sistema masa resorte OBJETIVO: Comprobar la leyes del movimiento armónico simple MAS y aplicarlas para resolver un problema concreto TEORIA Cuando se suspende el extremo superior de un resorte de un punto fijo y del extremo inferior se cuelga una masa m, el resorte se puede inducir a moverse en un movimiento armónico simple (MAS), si se le proporciona la energía adecuada. El periodo de cada oscilación está dada por: m
T = 2π
k
Donde m es la masa suspendida de la parte inferior del resorte y k es la constante de elasticidad del resorte, la misma a la que nos referimos en una práctica anterior. Como se ve para el resorte el periodo de oscilación en este caso si depende de la masa oscilante m. Despejando k de la expresión del periodo, tenemos: 2
K =
4π
m
T 2
MATERIALES
Un soporte universal Un resorte Un juego de pesitas Un cronómetro
PROCEDIMIENTO a. Establezca previamente el valor de la masa de cada una de las cinco pesitas de esta práctica.
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b. Fije el extremo superior del resorte del soporte universal y del extremo inferior cuelgue una pesita. c. Ponga a oscilar el sistema resorte-masa. Mida el periodo de oscilación con el mismo método que se utilizó para el péndulo. Realice como mínimo tres mediciones y tome el valor promedio. d. Repita el paso 3 para 5 diferentes pesos. e. Escriba los datos en la tabla 4 y calcule en cada caso k. f. Establezca la k promediando los valores obtenidos. Determine las unidades de k. DESARROLLO: En la siguiente tabla anotamos los datos recolectados para ofrecer un mejor entendimiento del proceso y calculamos k con la formula siguiente:
k =
k= k=
4*(π ) 2 *0.01kg (3.86 s)
2
4*(π ) 2 *0.02kg (4.31 s)
2
4*(π ) 2 *0.03kg (5.29 s)
2
k=
4*(π ) *0.04kg (6.57)
2
4*(π ) 2 *0.05kg (7.34 s )
2
Calculo de k 0.026 0.042 0.042 0.036 0.036
= 0.026 kg / s 2 = 0.042 kg / s 2 = 0.042 kg / s 2
Promedio de k = 0.0364 kg / s 2
Las unidades de
2
k=
T 2
Longitud del resorte 20 cm 10 oscilaciones Tiempos (s) Tiempo promedio 1 2 3 3.86 3.92 3.81 3.86 4.15 4.25 4.53 4.31 5.24 5.33 5.31 5.29 6.33 6.39 7.01 6.57 7.25 7.33 7.46 7.34
MASA (kg) 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
k=
4π 2 * m
= 0.036 kg / s 2 = 0.036 kg / s 2
m( kg )
= k
T ( s) 2
=
Ki log ramos segundos2
CEAD NEIVA
INFORME:
CEAD NEIVA
OCTAVA PARTE. CONSERVACION DE LA ENERGIA OBJETIVO: A partir de un experimento sencillo observar que hay diferentes tipos de energía y que se conserva la energía total. MATERIALES
Soporte Universal Nuez para colgar un péndulo. Nuez para instalar un vástago o varilla corta y delgada. Hilo y cuerpo (péndulo). Regla
PROCEDIMIENTO: 1.
Realice el montaje mostrado en la figura, que consiste en un péndulo que se encuentra en su recorrido con una varilla o vástago y puede empezar a dar vueltas o tener otro movimiento pendular, lo cual depende de la altura H a la que se suelta el cuerpo.
2.
Mida la altura “mínima” H a la que se suelta el cuerpo, para que dicho cuerpo pueda realizar la vuelta completa en un movimiento circular de radio R. Esto
CEAD NEIVA
repítalo tres veces. Recuerde que si la altura es un poco menor a la que midió el movimiento deja de ser circular. 3.
Cambie el valor del radio cinco veces y vuelva a medir dicha altura mínima. Los resultados escríbalos en la siguiente tabla.
H R
TABLA 3 Datos para graficar la altura y el radio.
INFORME
1. Realice un análisis de los resultados. Grafique H contra R.
