LABORATORIO 1 MEDICIÓN Y CINEMATICA TEMATICA FISICA Y MEDICION MOVIMIENTO ES DOS DIMENSIONES
Presentado a: Guillermo Alejandro Sarmiento Tutor
Entregado por: Sharley Danixa Conde Ortiz Código: 1122650132 Andrés David Sanabria Guarín Código: 1.121.911.743 Leonardo Arley Vera Chon Código: 1120379069 Oscar Darío Romero Ortiz Código: 7827580 Yohn Cristhian Quiceno Moreno Código: 94476957 Bernardo Augusto Melo Nieto Código: 80827610
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA FÍSICA GENERAL CÓDIGO: 100413 ACACIAS 2016
1
TABLA DE CONTENIDO 1. Introducción…………………………………………………………………………………3 2. Objetivos……………………………………………………………………………………..4 Objetivos generales Objetivos específicos 3. Marco teórico………………………………………………………………………………..5 Practica 1 determinación de la densidad de cuerpos solidos Practica 2 movimientos en dos dimensiones…………………………………………6 4. Descripción practica 1……………………………………………………………………..7 Equipos / instrumentos 5. Procedimiento practica 1………………………………………………………………….9 6. Tabla 1 practica 1…………………………………………………………………………..10 7. Cuestionario…………………………………………………………………………………11 8. Fundamentación teórica practica 2……………………………………………………..12 Descripción practica 2 9. Equipos / instrumentos……………………………………………………………………13 10. Procedimiento practica 2………………………………………………………………….14 11. Informe practica 2…………………………………………………………………………..15 Tabla 2 practica 2 12. Tabla 3 practica 2…………………………………………………………………………...16 Tabla 4 practica 2 13. Conclusiones………………………………………………………………………………..18 14. Referencias Bibliográficas………………………………………………………………...19
2
INTRODUCCION La física es la ciencia que estudia las propiedades y el comportamiento de la energía y la materia, el tiempo, el espacio y las interacciones en estas. La física no es solo una ciencia teórica, sino que también experimental, como toda ciencia busca que sus resultados sean verificables mediante experimentos. El presente trabajo se realiza no solo con el propósito de cumplir un requisito, si no con el objetivo de demostrar lo aprendido en el laboratorio de física general. En el informe presentado se describe de forma clara y concisa las actividades realizadas en el laboratorio de física el día 24 de septiembre de 2016, que se divide en dos prácticas: practica 1 física y medición y práctica 2 movimiento es dos dimensiones, la cual nos permitió comprobar en forma experimental, las diferentes temáticas expuestas de forma teórica en la materia de física general.
3
OBJETIVOS GENERALES
Determinar la masa, el volumen y el peso de una columna, de madera, de una columna de acero y de una columna de aluminio a partir de un set de masas.
Determinar la densidad de un objeto sólido.
Verificar la ley de la caída libre para la relación distancia – tiempo
Verificar la ley de caída libre para la relación velocidad – tiempo
Determinar el valor de aceleración de la gravedad en tu laboratorio
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Conocer las densidades de algunos solidos de diferentes masas.
Reconocer y utilizar los diferentes métodos para determinar la densidad de distintos materiales sólidos.
Obtener resultados mediante las formulas específicas: masa y volumen.
Relacionar el movimiento horizontal con el movimiento vertical de una partícula en un lanzamiento con un proyectil mediante la tabulación de datos y análisis gráfico.
Identificar y comprender el funcionamiento y utilidad de los diferentes elementos de prueba y medición empleados comúnmente en un laboratorio de física.
Identificar y comprender el funcionamiento y utilidad de los diferentes elementos de prueba y medición empleados comúnmente en un laboratorio de física.
Diseñar y evaluar diferentes métodos de medición en un determinado contexto.
4
MARCO TEORICO PRACTICA 1 DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE CUERPOS SÓLIDOS
Masa: Es la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo (M). La unidad de masa estándar, en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Pero la unidad de uso más frecuente en la química es el gramo (g.) el cual equivale a una milésima parte del kilogramo. Es una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso, que es una fuerza. 1 Kg. = 1000 g. 1 g. = 1000 mg. Volumen: El volumen es el lugar que ocupa un cuerpo en el espacio, y es otra propiedad física de la materia, susceptible de variaciones por efecto de la temperatura y la presión atmosférica del lugar donde se realice la reacción. La unidad del volumen es el metro cúbico (m3) (V). Determinación volumen de sólidos: Para determinar el volumen de los sólidos se debe tener en cuentas si se trata de un sólido regular (solido geométrico), en cuyo caso se hará uso de las formulas geométricas conocidas. Si se trata de un sólido irregular (amorfo), su volumen se determinará por las cantidades de agua desplazadas por el sólido, cuyo volumen se requiere determinar, que viene a ser una aplicación del principio de Arquímedes. Volumen de líquidos: Para la medición volumétrica de líquidos deberá considerarse lo siguiente. El menisco o sea la forma de la superficie del líquido, cuando este es observado tanto en la parte inferior y superior, da la idea de medida. Si el líquido moja las paredes del recipiente (ejemplo el agua), se considera como aceptable para una buena medición la parte inferior del menisco (superficie cóncava) y cuando el líquido no moja las paredes del recipiente (ejemplo el mercurio), se considera la parte superior del menisco (superficie convexa), en ambos casos debe de observarse colocando la vista al mismo nivel del líquido. 1L = 1000 cm.3 1L = 1000 ml 1 cm. 3 = 1 ml Densidad: La densidad es una propiedad física de las sustancias que relaciona su masa con el volumen, por lo tanto se considera una unidad derivad a. Se representa con la letra D. Para determinar la densidad de un sólido o un líquido. Es necesario tener la masa y el volumen de este. Para este fin se utiliza la siguiente fórmula: D = M / V D = g / cm3 Generalmente las unidades de masa son gramos, sobre unidades de volumen (cm3, ml).
5
PRACTICA 2 MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES: En este laboratorio tratamos el movimiento en dos dimensiones, donde mediante el dispositivo de péndulo balístico se nos permite observar el movimiento de proyectiles y a la vez el movimiento en caída libre, cuando este tipo de movimiento se analiza como dos movimientos perpendiculares entre sí, el desplazamiento en cada dirección depende de la velocidad y la aceleración en esa dirección. La independencia de los dos movimientos simultáneos y perpendiculares. Se denomina proyectil a cualquier objeto al que se le da una velocidad inicial y a continuación sigue una trayectoria determinada por la fuerza gravitacional que actúa sobre él y por la resistencia de la atmosfera. El camino seguido por un proyectil se determina trayectoria. Consideramos trayectorias suficientemente cortas para que la fuerza gravitacional se pueda considerar constante en magnitud y dirección, el movimiento se referirá a ejes fijos al respecto al a tierra, esta no es precisamente un sistema inercial, pero para trayectorias de corto alcance, el error que se comete al considerarla como tal es muy pequeño. Por ultimo no se tendrá en cuenta el aire, de este modo, nuestros resultados solo serán exactos por el movimiento en el vacío, de una tierra plana y sin rotación. Estas hipótesis simplificadoras constituyen la base de un modelo idealizado a un proceso físico, en el cual se desprecian detalles sin importancia y se centra la atención en los aspectos más importantes del fenómeno. Como en este caso idealizado, la única fuerza que actúa sobre el proyectil es su peso considerado constante en magnitud y dirección, es mejor referir un movimiento a un sistema de ejes de coordenadas rectangulares. CAIDA LIBRE Es la trayectoria que sigue un cuerpo bajo la acción de un campo gravitatorio exclusivamente, aunque la definición excluya la acción de otras fuerzas como la resistencia o la aerodinámica, es común hablar de caída libre en la situación en la que el peso discurre inmerso en la atmosfera. Se refiere también a caída libre como una trayectoria geodésica, en el espacio- tiempo de cuatro dimensiones la teoría de la relatividad general. El movimiento de la caída libre es un movimiento uniformemente acelerado, la aceleración instantánea debida solo a la gravedad es independiente de la masa del cuerpo, es decir, si dejamos caer un coche y una pluma, ambos cuerpos tendrán la misma aceleración, que coincide con la aceleración de la gravedad (g).
6
DESCRIPCION DE LA PRÁCTICA 1 Por medio del montaje de la balanza y con el calibrador vernier, el estudiante determina las dimensiones y la masa de las diferentes piezas sólidas, para calcular la densidad de estas piezas.
EQUIPOS / INSTRUMENTOS PRÁCTICA 1
Beaker plástico de forma pequeña de 100ml de capacidad
Columnas de madera, acero y aluminio.
7
Cilindro plástico graduado de 50 ml
Calibrador Vernier
Hilo de pescar en carrete
Base del soporte universal
8
Nuez doble
Set de masas de precisión 1g…50 g
PROCEDIMIENTO PRÁCTICA 1 1. Armar el soporte universal con la barra del soporte corta y la base. 2. Ubicar la placa con escala en la mitad de la palanca, ubicando el ping asegurador en el agujero del puntero y simultáneamente en el agujero de la palanca. 3. Se ensambla el plato de balanza y cuelgue cada uno de ellos en los extremos de la palanca. 4. Ubicamos el puntero de tal manera que apunta exactamente en la marca cero (0) 5. Determinamos la masa de la columna de madera, colocando la columna en un plato de la balanza y en el otro las masas del set de masas, hasta que la balanza se encuentre en equilibrio y registramos los valores en la tabla 1. 6. Repetimos el proceso anterior para determinar las masas de las columnas de acero y aluminio.
9
7. Con el calibrador Vernier, medimos la longitud, ancho y alto de los tres cuerpos regulares ( columnas) y calculamos su volumen usando los valores medidos, los registramos en la tabla 1 8. Determinamos el volumen de una de las masas de las piezas del set de masas, utilizando el método de inmersión.
Llenamos el cilindro graduado con 30 ml de agua
Unimos un pedazo de hilo de pescar al peso y se sumerge en el cilindro graduado hasta que este se encuentre completamente cubierto por el agua, leemos el nuevo nivel del agua como v 1
Se calcula el volumen del agua desplazado y se registra en la tabla 1 para los tres cuerpos.
TABLA 1 PRÁCTICA 1 OBJETO COLUMNA DE MADERA COLUMNA DE ALUMINIO COLUMNA DE ACERO
m (g)
l (cm)
a (cm)
e (cm)
V 〖cm〗^ 3
p 〖g /cm〗^3
4.6g
6.2
1
1
6.2
0.74
16g
6.2
1
1
6.2
2.58
46g
6.2
1
1
6.2
7.41 p 〖g /cm〗^3
PIEZA DE MASA DEL SET
l (cm)
a (cm)
e (cm)
ACERO
46
30
35
V 〖cm〗^ 3 5
ALUMINIO
16
30
35
5
3.2
MADERA
45
30
34
4
1.12
9.2
RESPONDA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS:
¿Qué puede afirmar acerca de la densidad de la columna de madera?
La densidad de un cuerpo se encuentra relacionada con su flotabilidad, una sustancia sobre la otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua con respecto al plomo
10
el aluminio se hunde ella, porque el plomo y el aluminio poseen mayor densidad que el agua y la densidad de la madera es menor.
¿Es posible determinar la densidad de otros materiales?
Claro que si es posible la determinación de densidad para otros materiales de forma directo o indirecta.
¿Hay sustancias cuya densidad sea mayor que la del acero?
Sí, hay sustancias con densidad mayor que la del acero, ejemplo oro y plata.
¿Qué método podría utilizarse para determinar la densidad de un gas?
Relacionaremos proporcionalmente el número de moles (n), el volumen, la presión y la temperatura: (P.V ~ n T.)Para establecer una igualdad debemos añadir una constante (R) PV =nRT
n=
m g = pm mol
¿Cuál es el material del que está hecha la pieza del set de masa?
El material el cual está hecha la pieza del set de maza es de acero; que es una aleación de hierro y carbono que se produce a partir de la fusión y refinado de arrabio o chatarra de hierro.
11
FUNDAMENTACIÓN TEORICA PRÁCTICA 2 En la vida real, el movimiento de un objeto se realiza en el plano, y de manera más general en el espacio. Cuando un objeto se lanza cerca de la superficie de la tierra y este forma un ángulo de inclinación con la horizontal diferente de cero grados ( 0° ), su trayectoria parabólica se puede describir como la composición de dos movimiento , uno en el eje horizontal: Movimiento rectilíneo uniforme ( M.R.U.) y un movimiento uniformemente acelerado ( M.R.A.) En el eje vertical. ¿Cuáles son las características de cada una de estos movimientos? ¿En qué se diferencian dichos movimientos? ¿Qué consecuencias tendría tener solo uno de los movimientos? Dónde:
v0
= Velocidad inicial de proyectil (para t = 0.0 s).
v 0 x=¿ 0.0s).
Componente horizontal de la velocidad inicial del proyectil (para tiempo t =
v 0 y = Componente vertical de la velocidad inicial del proyectil (para tiempo t = 0.0 s).
v x = Componente horizontal de la velocidad (para cualquier tiempo
v −y = Componente vertical de la velocidad (para cualquier tiempo
θ
y max = Altura máxima alcanzada por el proyectil (en el tiempo t v ¨ el tiempo de vuelo del proyectil).
t≠
0.0 s).
t ≠ 0.0 s ).
= Angulo inicial que forma la velocidad con la horizontal.
x max = Alcance horizontal máximo (en el tiempo vuelo del proyectil).
t=t v , siendo
t=t v / 2,
tv
siendo ¨
el tiempo de
DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA 2 Por medio del dispositivo de péndulo balístico PHYWE, se verificaran las ecuaciones que definen la cinemática del movimiento en dos dimensiones, en particular, el lanzamiento de proyectiles, de tal manera, que se asume que las fuerzas no conservativas, son despreciables.
12
EQUIPOS / INSTRUMENTOS PRACTICA 2
Balín de acero
Fuente de poder para el sensor digital de movimiento
Papel carbón
Hojas reutilizables y cinta adhesiva.
13
PROCEDIMIENTO PRÁCTICA 2 1. Se cubre con papel blanco sobre la mesa y se deja fijo haciendo uso de la cinta adhesiva y sobre este se coloca el papel carbón para registrar cada impacto de la esfera sobre la mesa. 2. Se ajusta la unidad balística y se realiza cada uno de los siguientes pasos, para tres ángulos diferentes (se sugiere ubicar los tres ángulos entre 30° y 60° y se registran en la tabla 2). 3. Se ajustan los tornillos de la base y gire hasta obtener una proyección vertical. 4. Se dispara el balín (se observa que se ha realizado una medición de velocidad inicial en el display del dispositivo, dicha medición se registra en la tabla 2 como la velocidad inicial v o para ángulo). 5. Con un metro se mide el alcance horizontal máximo x max del balín para cada uno de los ángulos (se registran los valores de distancia en la tabla 2).
14
INFORME PRACTICA 2
Se utilizan las ecuaciones 1 y 2 para calcular los valores de la altura máxima y alcance máximo ( y max y x max ), se registra los valores obtenidos en la tabla 2, se realiza el mismo procedimiento para los tres ángulos. sin θ ¿2 ¿ 1. Altura máxima que alcanza el proyectil: y max v0 ¿2 ¿ ¿ ¿ 2
2. Alcance horizontal máximo:
x max
sin θ ¿ ¿ 2 v0¿ ¿ ¿ ¿
3. Componentes de la velocidad inicial : v ox =v o cos θ
v oy =¿
v 0 sen θ
VALORES VELOCID DISTANC ANGUL AD IA O 2.36 62 CM 45° 2.38 50 CM 60° 2.35 53 CM 30°
Nota: en todas las ecuaciones, el valor de gravedad es aproximadamente igual a:
9.81 m/s
2
TABLA 2 Datos de la velocidad inicial, alcances máximos y tiempo de vuelo del balín. V 0 (m/
θ GRADOS
v ox (m/s
v oy (m/s
s) 2.36
59)√ 2
59)√ 2
50
50
x max
x max
y max
(m) 0.62 m
(m) 0.567 m
(m) 3481
t v (s)
θ1=45 °=
π 4
θ2=60 °=
π 3
2.38
119 100
2.061
0.50 m
0.500 m
0.216 m
0.420 s
θ3=30 °=
π 6
2.35
47 √ 3 40
47 40
0.53 m
0.487 m
2209 31392
0.239 s
15
24525
m
0.340 s
A partir de la ecuación de la componente vertical de la velocidad (ecuación 4) deduzca la expresión para el tiempo de vuelo t v , teniendo en cuenta los siguientes principios del lanzamiento de proyectiles.
Recuerda que sen2α = 2senα*cosα 4. Componentes de velocidad en un instante de tiempo (t) : v x =v ox v y =v 0 sen θ−¿
Exactamente en la mitad de la trayectoria, el proyectil alcanza su punto más alto y max En el punto más alto del componente vertical de la velocidad v y es igual a cero. El tiempo de ascenso de proyectil, desde que se lanza, hasta el punto más alto, es exactamente igual al tiempo de descenso desde
el punto más alto hasta el punto más bajo, (aclarando que estos dos puntos se encuentran sobre la misma horizontal).
TABLA 3.Datos de la velocidad y sus respectivas componentes para diferentes tiempos. TIEMPO DE VUELO (s)
ot v =0 s
componentes de la velocidad Θ=60° ( m/s) Módulo de la velocidad
vx
vy
0
0
tv 7 = 6 50 vx vy
t v 21 = 4 100 vx vy
t v 21 = 2 50 vx vy
3 t v 63 = 4 100 vx vy
5 tv 7 = 6 10 vx vy
vx
119 1.374 100
119 100
119 100
119 100
119 -5.184 100
119 -1.372 100
1.031
¿ ⃗v ¿2=1.817 ¿ ⃗v ¿3=¿
¿ ⃗v ¿1=0
1.574
0.0010
¿ ⃗v ¿4 =¿ 1.190
-1.029
t v =0.840 s vy
¿ ⃗v ¿5=1.573 ¿ ⃗v ¿6 =5.318¿ ⃗v ¿7=1.816
TABLA 4Datos de las posiciones vertical y horizontal para diferentes tiempos TIEMPO DE VUELO (s) Distancias horizontal y verticalDE TIEMPO VUELO (s)
ot v =0 X Y 0
0
ot v =0 s
t v 17 = X6 300Y 0.094
0.079
tv 7 = 6 100
t v 17 = X 4 200Y
t v 17 = X 2 100Y
0.141 0.107 0.283 0.144
t v 21 = 4 200
t v 21 = 2 100 16
3 t v 51 = X4 200 Y
5 t v 17 = X6 60 Y
t v =0.340 X Y
0.425 0.110 0.472 0.083 0.567
3 t v 63 = 4 200
5tv 7 = 6 20
0.0051
t v =0.420
Distancias horizontal y verticalDE TIEMPO
Y
X
0
0
0.083
ot v =0 s X Y
VUELO (s) Distancias horizontal y vertical ( m)
X
0
0
Y
X
X
Y
X
0.120 0.124 0.162 0.249 0.216
t v 239 = 6X 6000Y 0.081
Y
t v 239 = X 4 4000 Y
Y
X
3 t v 717 = X4 Y4000
5 t v 239 = X6 1200 Y
tv 2
,
3 tv , 4
5 tv ,y 6
θ1
, θ2 ,θ 3 ¿ ,
t v . (Donde
Y 0.0004
t v =0.239 X Y
0.363 0.053 0.405 0.039 0.486
Calcule los valores de las componentes de la velocidad ( v x y v y ¿ ángulos (selecciones entre
X
0.374 0.162 0.416 0.120 0.499
t v 207 = X2 1000 Y
0.039 0.121 0.052 0.223 0.069
Y
0.0006
de uno de los tres tv tv tv , , , 6 4
para los tiempos 0
t v . Es el tiempo de vuelo para el balín) tabla
3
Realice una gráfica del módulo de la velocidad contra tiempo y represente las t t t componentes de la velocidad ( v x y v y ¿ en los tiempos 0 t v , v , v , v , 6 4 2 3tv 5tv , , y t v . (Donde t v . Es el tiempo de vuelo para el balín). 4 6
Determine el valor de las componentes horizontal ( v ox ¿ y vertical ( v oy ¿ de la velocidad inicial para cada uno de los tres ángulos y regístrelos en la tabla 2 (especifique el procedimiento utilizado para realizar dichos cálculos).
Compare el resultado obtenido del
(x max )
medido con la regla con el obtenido por
2
medio de la fórmula (2)
x max
sin θ ¿ ¿ v0 ¿2 ¿ ¿ ¿
que puede concluirse?
Calcule los valores de Y e X para los tiempos 0
tv ,
tv 6
,
tv 4
,
tv 2
,
3tv , 4
5tv , y t v . (Donde t v . Es el tiempo de vuelo del balín). Escribirlos en la tabla 4, 6 utilizando la siguiente formula: 5. Posición del proyectil en un instante de tiempo (t). 1 y= y 0 +v oy . t y= y 0+ v oy . t− g .t 2 2
17
Trace una sola grafica los valores de Y vs X, para los tres ángulos y realice sus respectivos análisis.
GRAFICA
60° 45° 30°
Se usó del recurso graph para la realización de la gráfica encontrado en http://www.padowan.dk
18
CONCLUSIONES
Realizamos la medición directa de los diferentes objetos, de forma individual teniendo como referencia sus pesos, longitudes, ancho y alturas según el caso.
Al concluir con el experimento adquirimos mayor destreza en el manejo de los diferentes instrumentos, familiarizándonos con las magnitudes, unidades y errores de los mismos.
Comprobado que los resultados no son totalmente exactos, ya que hay variaciones entre una y otra medida realizada, podemos decir que nunca daremos con una medida exacta ni precisa solo una aproximación.
19
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Movimientos en dos dimensiones, marco teórico https://es.scribd.com/doc/23618246/Movimiento-en-2-Dimensiones
Guía de laboratorio Unad file:///C:/Users/danixa/Documents/UNIVERSIDAD%20DANIXA/fisica %20general/actividad%20grupal%201/Guia_De_Laboratorios_100413-291%20(1).pdf
Lic. CHRISTIAN PUICAN FARROÑAY. 01 de abril. De 2013 cuaderno fisica1. Peru. http://es.slidshare.net/vegabner/001-fsica-iagroiunidad
20
