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Facultad de Ingeniería Ambiental y R.N Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental Ambiental
Introducción “Ningún “Ningún trabajo trabajo se consider considera a completo completo asta !ue se prepara prepara el informe informe"" incluso el estudio m#s brillante tiene poco $alor sino sino se difunde%. &a idea fundamental por la cual ubo la necesidad de in$entar lo !ue oy llamamos la computadora" no fue otra !ue la de reducir laboriosas tareas a una serie de tareas repetiti$as sencillas para completar grandes proyectos' en nuestro caso" la reali(aci)n de e*perimentos en física re!uiere no solo la recolecci)n de grandes cantidades de datos sino tambi+n !ue los mismos sean e*actos. ,ata -tudio es un programa de recopilaci)n" an#lisis y presentaci)n de datos. El softare ace uso de interfaces y sensores PA-/0 para recopilar y anali(ar los datos. /on ,ata -tudio puede crear y reali(ar e*perimentos de /iencias generales" 1iología" Física y 2uímica de cual!uier ni$el de estudios. El objeti$o de esta esta guía guía es la de brin brinda darr el resul resulta tado do final final de un proceso de in$estigaci)n.
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Informe de laboratorio Fisica I 1. Fundamento teórico Data Studio es una aplicaci)n para la representaci)n gr#fica" estudio y comparaci)n de datos !ue puede utili(arse indistintamente en di$ersas materias de ciencias como física" !uímica o matem#ticas" nos es útil tanto en el #mbito acad+mico como en el profesional. ,ata -tudio pro$ee erramientas para procesar datos e*perimentales como3 regresi)n lineal" manejo de ecuaciones y su representaci)n gr#fica" promedios" etc. 4odo esto" con el prop)sito de alcan(ar mejores resultados utili(ando el laboratorio como au*iliar de la ense5an(a. /on la ayuda de la interfa( podemos acer" adem#s" una gran cantidad de e*perimentos !ue ilustran los conceptos fundamentales de la física y otras ramas de la ciencia" ya !ue permite tomar datos con los sensores adecuados conectados a ella y pro$eer se5ales di$ersas de $oltaje.
1.1 Objetivo! /onocer el sistema ,ata -tudio" manipular las erramientas !ue proporciona el softare y montar e*perimentos !ue utilicen e!uipos electr)nicos y mec#nicos de medici)n' al finali(ar la sesi)n" el estudiante estar# en la capacidad de3 6 Reali(ar el procedimiento para puesta en marca del sistema 6 7tili(ar y manipular las erramientas matem#ticas y estadísticas proporcionadas por el sistema ,ata -tudio 6 Aplicar los procedimientos para configuraci)n" creaci)n y edici)n de e*periencias en física 8" empleando el sistema ,ata -tudio
1." Uti#i$ación de Data Studio! ,ata -tudio recopila y muestra los datos durante el e*perimento. Para configurar un e*perimento" s)lo tiene !ue conectar los sensores a la interfa( y configurar el -oftare. ,ata -tudio puede mostrar los datos de $arias formas" por ejemplo" dígitos" instrumento anal)gico" gr#ficos o un osciloscopio. Para utili(ar ,ata -tudio" puede3 1. Abrir un e*perimento pre$iamente configurado. ". Abrir un cuaderno de pr#cticas dise5ado pre$iamente. %. /rear un cuaderno de pr#cticas electr)nico o configurar un e*perimento.
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". Actividade
".1 &rimera actividad 'Re(reentación )r*+ica de una ecuación, 6 6
-e5ala la acti$idad “representar graficamente una ecuaci)n%. En la $entana “calculadora% escribimos la funci)n *9:;<=>t?" luego se acti$a la opci)n “aceptar%. /omo se muestra en la siguiente imagen3
6 6
6 6
6
Acti$e la opci)n propiedades.1orre la $ariable “y% borre y escriba “*%" luego en la opci)n unidad de $ariable escriba“m%' en la $ariable “*% borre y escriba “t% luego en la opci)n unidad de $ariable escriba “s%. Arraste una tabla acia el icono de “$alores% en la sub$entana “datos% debajo del boton “resumen%. /omo se muestra en la siguiente imagen3
En la $entana “calculadora% " aga clic en el boton “nue$o%" luego repetir los pasos ya mencionados para la siguiente funci)n3
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6
Por consiguiente su tabla
respecti$a3
6
-eleccione la opci)n “arci$o% y acti$e “guardar acti$idad como%.Duarde lo reali(ado con el nombre de “primera acti$idad%.
"." Se)unda actividad 'Introducir dato, 6
-eleccione la acti$idad “introducir datos%.
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6
Ingrese los datos para un R7 para ello ingrese en la primera columna $alores del “tiempo% y en la segunda columna $alores de “posicion%. Gaga doble clic en “datos% para acti$ar la $entana de encabe(ados.1orre la $ariable “y% escriba “posicion%" luego en la opci)n unidad de $ariable escriba “m%' en la $ariable “*% borre y escriba“tiempo% luego en la opci)n unidad de $ariable escriba “s%. /omo se muestra en la siguiente imagen3
- Arraste una tabla acia el icono de “$alores% en la sub$entana “datos% debajo del boton “resumen%.
6 -eleccione opci)n “arci$o% y acti$e “guardar acti$idad como%.Duarde lo reali(ado con el nombre de “segunda acti$idad%.
".% ercera actividad 'Abrir actividad, 6
-eleccione la acti$idad “abrir acti$idad%.
la
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Facultad de Ingeniería Ambiental y R.N Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental - Abra el arci$o con el nombre de “primera acti$idad% de la $entana de escritorio $erifi!ue si las tablas y grafiacas fueron guardados - Repita el mismo procedimiento con la “segunda acti$idad%.
%. Cuetionario 1.- /&or 0u #a inter+ace debe er (rendida de(ue de (render #a com(utadora2 &a interface debe ser encendida despu+s de encender la computadora" de lo contrario no conducir# a resultados esperados. &a interfa( enciende accionado un bot)n en su parte posterior. -i est# encendida aparece una pe!ue5a lu( $erde en el lado i(!uierdo al frente de ella. ".-Si no e (oee #a inter+ace3 mencione #o (ao 0ue e debe 4acer (ara (oder uar e# Data Studio./5ue icono de #a ventana de bienvenida de# Data Studio e (ueden uar2 -e puede reali(ar trabajos sin ningún tipo de problema' instalando el softare de ,ata -tudio donde la $entana de bien$enida nos muestra cuatro iconos !ue corresponde a las acti$idades !ue se pueden reali(ar3 6 Abrir acti$idad 6 Introducir datos 6 Representar gr#ficamente una ecuaci)n 6 /rear e*perimento
7.-8encione #o enore 0ue e uaran e# #aboratorio de Fiica I. E6(#i0ue a nive# baico 0ue e #a 9ca#ibración de un enor: e indi0ue cua#e de #o 0ue e uaran e deben ca#ibrar
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Senor de Fuer$a! El sensor de fuer(a es un traductor anal)gico encargado de percibir $ariaciones de tracci)n o compresi)n !ue opera registrando $ariaciones de carga almacenada" en un capacitor interno de placas planas paralelas" cuya separaci)n m#*ima es 8mm.
Senor de 8ovimiento! /alcula la $ariaci)n de $elocidad y posici)n de un m)$il" midiendo el tiempo de retorno de un se5al s)nica de alta frecuencia !ue es transmitida desde el plato emisor' su alcance $aría desde B"8 m asta H"B m " la informaron se en$ía a la interfa( como una se5al digital.
Senor Foto (uerta! Emite un estreco infrarrojo de r#pida respuesta !ue proporcionan se5ales e*actas para la sincroni(aci)n. /uando la lu( infrarroja entre la fuente y el detector se blo!uea" la salida de la foto puerta es baja y el led rojo
Senor de 8ovimiento Circu#ar! ,etermina la $elocidad y aceleraci)n angular" registradas
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Facultad de Ingeniería Ambiental y R.N Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental mediante el conteo de interrupciones refle*i$as de un a( infrarrojo sobre un disco graduado. Ca#ibración de un enor! 6 6 6 6
6
Establecer el sensor a utili(ar" eligi+ndolo de la $entana de configuraci)n del e*perimento" donde se muestran los sensores disponibles
4odo tipo de sensor se puede calibrar ejemplo3 Ca#ibración de un Senor de Fuer$a! Ingresar al menú de calibraci)n con un doble clic sobre el ícono del sensor. /on esta opci)n es posible calibrar el sensor midiendo $alores conocidos. Para este procedimiento se necesitar# una masa conocida y un soporte para el sensor. ;.-/5u ma)nitude +iica (uede medir e# enor movimiento2/Se (ueden motrar #a )ra+ica 0ue mide e# enor de +orma imu#tanea2 6 agnitudes Fisicas !ue mide el sensor de mo$imiento son3 Posici)n" $elocidad y aceleraci)n. 6 &os sensores de mo$imiento son aparatos basados en la tecnología de los rayos infrarrojos o las ondas ultras)nicas para poder “mapear% o captar en tiempo real los mo$imientos !ue se generan en un espacio determinado. Esta clase de sensores tienen la capacidad" así mismo" de poder dibujar a escala una representaci)n del mo$imiento !ue puede darse por distintos puntos de uni)n" como si se tratara del mapa de una constelaci)n. Por eso" los sensores de rayos infrarrojos dependiendo del caso" tambi+n $ienen programados con algún au*iliar gr#fico con los !ue complementan" gr#ficamente" sus acciones principales. Este es el tipo de dispositi$o !ue es utili(ado" para citar un caso" en la reali(aci)n de películas de animaci)n digital" donde se anali(an los mo$imientos característicos de los distintos seres aciendo una imagen computari(ada de ellos
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Facultad de Ingeniería Ambiental y R.N Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental <.-/Se (uede uar #o enore (ara medir #a ve#ocidad de# a)ua 0ue circu#a (or un cana#2.De er#o 4a)a un bo0uejo baico (ara rea#i$ar#o. Senore de cauda#! &os sensores de caudal recogen las $elocidades del flujo de aire o lí!uidos. &os sensores de caudal usan diferentes principios de medici)n. &os sensores de caudal para lí!uidos funcionan por ejemplo sobre la base de ultrasonidos. Esta medici)n sin contacto tiene la $entaja !ue los sensores no est#n e*puestos a golpes de ariete y medios s)lidos. Por otro lado" los sensores de caudal son utili(ados en el sector de calefacci)n" $entilaci)n y climati(aci)n para el an#lisis de la $elocidad del aire. ediciones !ue usan el principio manom+trico de una película t+rmica permiten trabajar en un amplio rango de temperatura y caudal. &os sensores de caudal de la serie EE permiten determinar la $elocidad del aire asta JB mKs con temperaturas asta 8=BL. Estos sensores de medici)n se pueden montar en conductos de $entilaci)n. 0tra manera de medir los canales de $elocidad del aire es a tra$+s de sensores en cru(. Estos tienen como se5al de salida una presi)n diferencial" !ue es proporcional a la $elocidad del flujo de aire. /on la ayuda de las unidades de an#lisis conectadas e mueve obre e# eje6 3 u ra(ide$ en +unción de# tiem(o e! V?"."@'7."t,
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Facultad de Ingeniería Ambiental y R.N Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental A (artir de #a )r*+ica de# Data Studio. Ba##ar > (reentar con u re(ectiva im*)ene! a,Ra(ide$ (ara un tiem(o de ; uando #a 4erramienta inte#i)ente./Como e con re(ecto a #a ra(ide$ 0ue e obtiene a# reem(#a$ar e# va#or tiem(o en #a ecuacion2
6 Al reempla(ar t9s' en nuestra ecuaci)n la $elocidad nos dara =:.=BBmKs b,E# va#or de# recorrido con #a 4erramienta 9etaditica: en #a o(cion 9area:. Com(are ete va#or con e# obtenido a# reem(#a$ar e# va#or tiem(o con #a ecuacion de
( −t 0 ) 2
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6
Al reempla(ar los $alores cuando * B9B"tB9B nos dara *9=.=>t;=.8>t=./uya gr#fica es la siguiente.
c,La ra(ide$ (ara un tiem(o de 1 4ora'%<, uando #a 94erramienta inte#i)ente:.
6
Al reempla(ar en nuestra ecuaci)n siendo el t9:MBBs" nuestra $elocidad sera $ 988==.=
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.-Decriba #a uti#idade de #a 4erramienta 0ue a(arecen en #a )r*+ica O(timi$ar eca#a ediante la erramienta o(timi$ar eca#a es posible ajustar autom#ticamente la escala de un gr#fico" una 4ransformada R#pida de Fourier" un istograma o una pantalla de instrumento anal)gico. &a pantalla completa ajusta el rango autom#ticamente para mostrar todos los datos. oom (ara acercar3 oom (ara a#ejar3 Babi#itar $oom &as erramientas de (oom de gr#ficos e istogramas cambian la $ista de la pantalla de presentaci)n para reducir" ampliar o centrar un #rea seleccionada de datos. Para usar la erramienta 4abi#itar $oom" aga clic en la erramienta y" despu+s" dibuje un cuadrado aciendo clic y arrastrando alrededor del #rea de datos !ue desee. El gr#fico se ampliar# para mostrar el #rea seleccionada. El bot)n O(timi$ar eca#a $uel$e a mostrar los datos con la mejor presentaci)n de todos los puntos de datos. Berramienta inte#i)ente &a Berramienta inte#i)ente acti$a un conjunto de cruces !ue muestran el par de datos de coordenadas de un punto de datos concreto. A medida !ue se $aya acercando a un punto de datos" la Gerramienta inteligente gra$itar# en direcci)n al punto de datos. &as coordenadas se muestran entre par+ntesis en la es!uina superior dereca del pe!ue5o cuadro !ue aparece junto a la cru(. &a Gerramienta inteligente puede usarse tambi+n para mostrar la diferencia entre dos puntos de datos. Berramienta Nota &a erramienta Nota permite escribir notas en un gr#fico o en un istograma" así como puede asignar eti!uetas a puntos de datos indi$iduales. Berramienta Etadtica Este bot)n permite acti$ar o desacti$ar la erramienta Etadtica. Al presionar la fleca desplegable !ue aparece junto al símbolo -igma se muestran las estadísticas disponibles en una lista. Se#eccionar dato G 5uitar dato Puede consultar los datos de forma selecti$a mediante el bot)n ,atos. Gaga clic en el bot)n ,atos para acti$ar o desacti$ar conjuntos de datos o para seleccionar los !ue desea mostrar u ocultar. Para borrar datos de la pantalla puede utili(ar el bot)n 2 uitar. Al acer clic en el bot)n 2uitar se borra de la pantalla el conjunto de datos seleccionado . Con+i)uración de (anta##a Al acer clic en el bot)n /onfiguraci)n de pantalla se abre un menú en el !ue puede cambiar las opciones de la pantalla. Para abrir un menú con las opciones m#s utili(adas" aga clic en el bot)n de fleca abajo. 4ambi+n puede abrir el menú de opciones aciendo clic en el centro de la pantalla de $isuali(aci)n.
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Ca#cu#adora ,ata -tudio dispone de una funci)n de calculadora !ue" adem#s de calcular e*presiones matem#ticas" puede manipular mediciones de datos de los sensores. Al igual !ue las pantallas" los c#lculos se pueden crear o eliminar en cual!uier momento. &a calculadora sir$e para crear ecuaciones o para reali(ar c#lculos de conjuntos de datos. Gaga clic en el bot)n Ca#cu#ar para acti$ar la $entana de la calculadora. Escriba las funciones con el formato y 9 f <*?" donde y es el nombre de la funci)n y * es la $ariable. Para !ue ,ata -tudio e$alúe la e*presi)n" aga clic en el bot)n Aceptar. El softare resaltar# los t+rminos no definidos" si son necesarios para reali(ar el c#lculo. &as $ariables pueden definirse como3 /onstante3 establece la $ariable en un $alor num+rico. Osta es una $ariable local !ue s)lo se utili(ar# en esta ecuaci)n. /onstante del e*perimento3 establece la $ariable en un $alor num+rico !ue ser# reconocido por todas las ecuaciones del e*perimento
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H.- Decriba #a uti#idade de #a 4erramienta 0ue a(arecen en #a tab#a Berramienta 8otrar tiem(o Acti$a o desacti$a el componente de tiempo del par de datos en dígitos" instrumentos o presentaciones de tablas Berramienta Editar dato Para editar los datos de una tabla" aga clic en la erramienta Editar dato. -i est# acti$ada esta erramienta" se muestra una copia de los datos en la columna Resumen. El conjunto de datos originales no se puede modificar nunca en ,ata -tudio. Esta erramienta acti$a la inserci)n y la supresi)n de botones de fila. Estos botones se emplean para insertar una fila $acía o para eliminar una fila seleccionada en una tabla de datos. En algunos e*perimentos es necesario recopilar los datos manualmente. &os datos pueden introducirse despu+s en ,ata -tudio para su an#lisis. &a manera m#s f#cil de introducir datos consiste en crear una tabla de datos $acía. En el menú E*perimento" elija Nue$a tabla de datos $acía. Su(rimir e# e#emento e#eccionado 1orra completamente un elemento seleccionado en el cuaderno de pr#cticas. Algunos iconos se repiten en las dos aplicaciones3
1.-Abra e# arc4ivo de #a e)unda actividad > rea#ice un ajute #inea# > #ue)o un ajute cuadratico./Cu*# de #o do ajute e e# m* conveniente (ara #a )r*+ica2 Drafica correspondiente3
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Ajuste lineal3
Ajuste /uadratico3
El ajuste mas adecuado para la grafica seria el “Ajuste /uadratico%
7. Conc#uione ;. ib#io)ra+ia INJENIERKA. &uis &. /antú. Instituto 4ecnol)gico y de Estudios -uperiores de onterrey. Editorial &imusa +*ico <8:? FKSICA &ARA LAS CIENCIAS DE LA VIDA LA SALUD. -imon D. D. ac,onald K ,esmond . 1urns 7ni$ersity of ,undee. Fondo educati$o interamericano. <8? FKSICA &ARA ESUDIANES DE CIENCIAS E INJENIERKA. 1 > ". Qon P. cel$ey" /lemson 7ni$ersity S Goard Drotc" Pennsil$ania -tate 7ni$ersity. GAR&A. +*ico. <8H8? FKSICA. 4omos I y II 4ercera edici)n re$isada <-egunda edici)n en espa5ol?" Raymond -3 -eray" Qames adison 7ni$ersity" cgra6Gill" <8:? FKSICA EN LA CIENCIA EN LA INDUSRIA. A. /romer. Norteastern 7ni$ersity. Editorial Re$ert+. <=BBB? FKSICA UNIVERSIARIA. Francis T.-ears" arU T. VemansUy" Gug ,. Woung
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