FISICA GENERAL
INFORME LABORATORIO No1
ANGEL RODRIGUEZ Tutor
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍAS E INGENIERÍA 23 DE SEPTIEMBRE DE 2011
INTRODUCCION La primera práctica de laboratorio realizada el día 18 de septiembre de 2011, abarcó la comprensión de cinco temas los cuales fueron: a. Proporcionalidad Directa e Inversa. b. Instrumentos de Medición. c. Cinemática. d. Fuerzas. e. Sistema en equilibrio. Este informe presenta el desarrollo de los ejercicios propuestos, que fueron resueltos en grupos de estudiantes socializando las experiencias. A continuación se describe el desarrollo de los ejercicios para cada tema, teniendo en cuenta la guía tutorial de trabajo, registrando en tablas los datos y presentando en gráficas las demostraciones. TABLA DE CONTENIDO OBJETIVO GENERAL PRIMERA PRÁCTICA: Proporcionalidad Directa e Inversa. SEGUNDA PRÁCTICA: Instrumentos de Medición. TERCERA PRÁCTICA: Cinemática. CUARTA PRÁCTICA: Fuerzas. QUINTA PRÁCTICA SISTEMAS EN EQUILIBRIO: Equilibrio de Fuerzas.
OBJETIVO GENERAL Usar adecuadamente algunos instrumentos de medición de longitudes, peso, volumen comprobando leyes de la cinemática, proporcionalidad entre magnitudes, aplicando conceptos de descomposición de un vector, verificando equivalencias entre trabajo y energía.
PRIMERA PRÁCTICA: PROPORCIONALIDAD DIRECTA E INVERSA
OBJETIVO: Comprobar la 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 estas? ¿Cuál sería la constante de proporcionalidad? MATERIALES: Una probeta graduada de 100 ml, Un vaso plástico 75g, Balanza, Agua. ¿Cuáles serían éstas? La variable independiente es el volumen del líquido utilizado, en este caso agua. La variable dependiente es la masa liquida. ¿Cuál sería la constante de proporcionalidad? M =10gr = 20gr = 1 constante conocida como densidad. V 10ml 20ml PROCEDIMIENTO: Identifica los objetos que usará en la práctica. Defina que es una balanza. R/ Es un instrumento de medición que permite medir pesos y por ende la masa de un objeto. Suelen tener capacidades de 2 ó 2,5 kg y medir con una precisión de hasta 0,1 ó 0,01 gramos. Sin embargo, existen algunas que miden hasta 100 ó 200 gramos con precisiones de 0,001 g; y otras que miden hasta 25 kg con precisiones de 0,05 g. Calibramos la balanza en cero. Determinamos la masa de la probeta y tome este valor como m0. Vertimos 10ml, 20ml, 30ml, hasta llegar a 100ml, de líquido en la probeta, determinamos en cada caso la masa de la probeta más el líquido MT. Determine correctamente cuál es la variable independiente. Determine la variable dependiente. Calcule la masa del líquido ML sin la probeta para cada medición. REGISTRO DE DATOS DE LA EXPERIENCIA V(ml) 10 MT(g) 26,74 ML(g) 9,54
20 35,66 18,46
30 45,29 28,09
40 53,95 36,75
50 63,80 46,6
60 72,65 55,45
70 83,00 65,80
80 92,80 75,6
90 100 103,35 112,35 86,15 95,15
Trace una gráfica masa-líquido Vs Volumen. Calcule la constante de proporcionalidad. Para los datos obtenidos tenemos que la constante de proporcionalidad es directa dado que cuando aumenta el volumen de agua su masa aumenta en la misma proporción. Su valor es: M= 92,80g -83,00g = 9,8g = 1gml (densidad) 75,6ml – 65,80ml 9,8ml
INFORME Analice las causas ambientales que pueden influir en la densidad de un líquido (Ejemplo: temperatura, presión, etc.). TEMPERATURA Si el agua tiene una temperatura de 100°C su densidad es 958 Kg/m3 ya que es lo mínimo y cuando su temperatura es de 0°C su densidad es de 999.9 Kg/m3 y lo máximo de densidad es cuando su temperatura esta en 4°C ya que solo llega hasta 100 kg/m3 LA PRESIÓN Todos los líquidos ejercen una determinada presión hacia el centro de la Tierra, incluyendo el agua, de acuerdo con ello, si hay agua hay presión de agua, también denominada presión hidrostática, simplemente debido al peso del agua, pero esto no significa que la presión del agua siempre sea la misma, por ejemplo, a medida que aumenta la profundidad del agua aumenta la presión. Esta presión se solía medirse en atm y ahora se mide en bares. El efecto de la temperatura y la presión en los sólidos y líquidos es muy pequeño, por lo que típicamente la compresibilidad de un líquido o sólido es de 10–6 bar–1 (1 bar=0,1 MPa) y el coeficiente de dilatación térmica es de 10–5 K–1. Describa otras tres leyes de la naturaleza en las cuales la relación entre las magnitudes sea de proporcionalidad directa: La Ley de Ohm: Afirma que la corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia siempre y cuando su temperatura se mantenga constante: I = VR La ley de las proporciones definidas: Por ejemplo, el agua es un compuesto puro, conformado por átomos de hidrógeno y oxígeno. En cualquier muestra de agua pura, siempre habrá dos átomos de hidrógeno por cada átomo de oxígeno, y la proporción de masa entre ambos elementos siempre será 88,81% de hidrógeno y 11,20% de oxígeno. Ley de elasticidad de Hooke: El alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada. Siendo δ el alargamiento, L la longitud original, E: módulo de Young, A la sección transversal de la pieza estirada.
¿Qué leyes de la naturaleza nos ofrecen una relación de proporcionalidad inversa? Segunda ley de newton: a=1/m * F Aceleración es inversamente proporcional a la masa y directamente proporcional a la fuerza
Ley de la gravedad de Newton. Dos partículas se atraen mutuamente con una fuerza dirigida a lo largo de una línea que pasa por sus centros. La magnitud de las fuerzas es inversamente proporcional al cuadrado de las distancias que separan las partículas. Ley de Boyle - Mariotte. Dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión. Donde k es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.
Realice un análisis de la prueba y sus resultados. Las mediciones se realizaron con dos balanzas, una pequeña gramera y un simulador. Los resultados arrojados por la gramera fueron un poco inconsistentes e imprecisos, pero con ambas mediciones pudimos determinar que a medida que se aumentaba el volumen del agua su masa también se incrementaba en la misma proporción. Los resultados obtenidos en las mediciones de la masa y volumen se han graficado como masa contra volumen, y la pendiente de dicha gráfica corresponde a la densidad del agua. Por medio de la práctica comprobamos experimentalmente la fórmula de la densidad (la relación entre la masa y el volumen de la sustancia), que se cumplió en cada una de las mediciones. SEGUNDA PRÁCTICA: Instrumentos De Medición TITULO: Instrumentos de Medición: calibrador y tornillo micrométrico 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 qué consiste la medición de longitudes?, ¿Qué grado de precisión tienen estos instrumentos? y ¿En qué área se utilizan? ¿En qué consiste la medición de longitudes? R/ta: La medición de longitudes consiste en determinar, por comparación, el número de veces que un patrón seleccionado con el objeto o fenómeno cuya magnitud física se desea medir para ver cuántas veces el patrón está contenido en esa magnitud ¿Qué grado de precisión tienen estos instrumentos? R/ta: El Micrómetro ó Tornillo de Palmer es un instrumento de gran precisión, el funcionamiento de este se basa en un tornillo micrométrico que nos sirve para valorar el tamaño de un objeto en
el orden de centésimas o de milésimas de milímetro, 0,01mm ó 0,001mm (micra) respectivamente. Este instrumento cuenta con dos extremos que son aproximados mutuamente merced a un tornillo de rosca fina que dispone en su contorno de una escala grabada, la cual puede incluir un nonio. La máxima longitud de medida del micrómetro de exteriores normalmente es de 25mm aunque existen también los de 0 a 30, por lo que es necesario disponer de un micrómetro para cada campo de medidas que se quieran tomar (025 mm), (25-50 mm), (50-75 mm), etc. El calibrador ó Pie de Rey (Vernier), es un instrumento de precisión usado para medir pequeñas longitudes, medidas de diámetros externos e internos y profundidades, Cuando se toma una medida una marca principal enfrenta algún lugar de la regla graduada. Esto usualmente se produce entre dos valores de la regla graduada. La indicación de la escala vernier se provee para dar una precisión mas exacta a la medida, y no recurrir a la estimación. ¿En qué área se utilizan? R/ta: El tornillo micrómetro se utiliza en muchas área ya que es una excelente herramienta para medir con gran exactitud medidas pequeñas, siendo de gran ayuda en las áreas de mantenimiento en las empresas industriales al igual que todos los mecánicos de las diferentes profesiones tales como la automotriz, la industrial y hasta los eléctricos. La escuadra es una plantilla con forma de triángulo rectángulo isósceles su uso está relacionado mas con el dibujo técnico. Pueden ser de diferentes tamaños. Estrictamente no deberían llevar escala gráfica al no ser herramientas de medición, pero algunos fabricantes las producen con una escala gráfica para usarse como instrumento de medición. Tienen un ángulo de 90º y dos de 45º. Suele emplearse para trazar líneas paralelas y perpendiculares. MATERIALES Calibrador Tornillo micrométrico Materiales para medir su espesor: láminas, lentes, esferas etc. PROCEDIMIENTO CON CALIBRADOR Identifique los objetos que usará en la práctica. R/ta: Una (1) moneda de $100, prisma y cilindro metálico. Determine y registre cual es la precisión del aparato. R/ta: PRECISION DEL TORNILLO MICROMÉTRICO: P = paso de rosca / No. de divisiones de la escala móvil Si en un tornillo micrométrico la escala fija esta graduada en medios milímetros, o sea el paso de la rosca es esa distancia, y la móvil tiene 50 divisiones, la precisión con que se puede medir una longitud será de 1/100 de milímetro.
PRECISION DEL CALIBRADOR: El vernier o nonio que poseen los calibradores actuales permiten realizar fáciles lecturas hasta 0.05 o 0.02 mm y de 0.001″ o 1/128″ dependiendo del sistema de graduación a utilizar (métrico o inglés). 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). PIEZA INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN CALIBRADOR
TORNILLO
MICROMÉTRICO
ESCUADRA
LAMINA 1,9mm 1,76mm 2mm PRISMA 10mm 9.98mm
10mm
CILINDRO 12mm 12,1mm
11,5mm
Calcule el volumen de la pieza, con todas sus cifras. R/ta: Cilindro r= 6 mm h= 46,1 mm A= π r2 A= 3,14 (6 mm)2
A= 3,14(1mm)2
A= 13,04 x 36 mm2
A= 3,14 mm2
V2= 3,14 mm2 x 14 mm V= a. h V2= 43,96 mm3 V= 113,04 mm2 x 46,1 mm
V1= 5211, 14 mm3
Vr= v1 + v2
Vr= 5211,14 mm3 +43,96 mm3 Vr= 5255,1 mm3 Lámina h1= 4,3 mm h2= 25,1 mm r1= 8,15 mm r2= 12, 55 mm V1= 3,14 x (2,15 mm)2 x 1.5 mm V1 = 21,76 mm3 V2= 3,14 (8,15 mm)2 x 1,5 mm V 2= 312,85 mm3 V1= 1,45 x 29,1 x 1.5 mm = 632,925 mm3 V2 = 1,2 mm
x 10,5 mm x 1,5 mm= 18,9 mm3
V3= 30,6 x 8 mm x 1,5 mm = 367,2 mm3 VT= 632,925 mm3 +18,9 mm3 + 367,2 mm3 – 21,76 mm3 - 312,85mm3 VT= 684, 415 mm3 Complete la siguiente tabla: Medidas con Calibrador Volumen
1
2
3
4
5
Prom.
Cilindro 5255,1 5255,2 5255,3 5255,2 5255,1 5255,2 Lámina 693,09 693,08 693,09 693,08 693,07 693,084 PROCEDIMIENTO CON TORNILLO MICROMÉTRICO Los pasos 1, 2, 3 y 4 para el procedimiento con el tornillo micrométrico se encuentran resueltos junto con el procedimiento del calibrador, a continuación completaremos la tabla del punto 5. Medidas con Tornillo Micrométrico Medidas
1
2
3
4
5
Prom
Cilindro 5255,12
5255,15
5255,19
5255,5 5255,17
Lámina 693,095 693,093
693,093
693,092
693,092
5255,17
693,095
INFORME Realice las conclusiones respectivas sobre los instrumentos de medición que manipuló. R/ta: En la práctica realizada conocimos algunas herramientas de medición como lo son el calibrador y el micrométrico. De igual manera aprendimos a manejar dichos instrumentos de medidas de sólidos. También pudimos observar que al realizar las medidas con las herramientas existen diversos factores que afectan e inciden en la precisión alterando la fiabilidad de los resultados, para evitar los diversos errores al tomar las medidas es necesario saber que instrumento debemos utilizar y esto depende del objeto a calcular. Por ejemplo al tomar las medidas de los diferentes objetos en la práctica pudimos darnos cuenta de que obtuvimos medidas ligeramente diferentes que alteraron el volumen de cada objeto de manera significativa. Determine que es exactitud y que precisión. Exactitud La exactitud es la capacidad que tiene un instrumento de medir un valor cercano al valor de la magnitud real. Si observando el cuadro con las medidas tomadas nos damos cuenta que el valor de las mediciones es bastante confiable ya que en él se puede ver que sus diferencias son mínimas. El Tornillo Micrómetro y el calibrador tienen la capacidad de medir con exactitud hasta una centésima de milímetro. Precisión. La precisión significa cuan cercanas están las medidas realizadas una de las otras. A mayor precisión, más cercanas son las medidas unas de las otras al repetirlas. Sin embargo, la precisión no implica exactitud. La precisión de un instrumento de medición están asociados a la sensibilidad o menor variación de la magnitud que se pueda detectar con dicho instrumento. Todo instrumento tiene una precisión finita, por lo que, para un instrumento dado, siempre existe una variación mínima de la magnitud que puede detectar. PRISMA r= 6 mm h= 46,1 mm A= π r2 A= 3,14 (6 mm)2
A= 3,14(1mm)2
A= 13,04 x 36 mm2
A= 3,14 mm2
V2= 3,14 mm2 x 14 mm
V= a. h V2= 43,96 mm3 V= 113,04 mm2 x 46,1 mm V1= 5211, 14 mm3
Vr= v1 + v2
Vr= 5211,14 mm3 +43,96 mm3 Vr= 5255,1 mm3 Volumen
1
Prisma 52255,1
2
3
4
5
Prom.
5255,2 5255,3 5255,2 5255,1 5255,2
Moneda
693,09 693,08 693,09 693,08 693,07 693,084
Medidas
1
Prisma 5255,12
2
3
5255,15
Moneda 693,095 693,093
4
5
5255,19
693,093
Prom 5255,5 5255,17
693,092
693,092
h1= 4,3 mm h2= 25,1 mm r1= 8,15 mm r2= 12, 55 mm V1= 3,14 x (2,15 mm)2 x 1.5 mm V1 = 21,76 mm3 V2= 3,14 (8,15 mm)2 x 1,5 mm V 2= 312,85 mm3 V1= 1,45 x 29,1 x 1.5 mm = 632,925 mm3 V2 = 1,2 mm
x 10,5 mm x 1,5 mm= 18,9 mm3
V3= 30,6 x 8 mm x 1,5 mm = 367,2 mm3 VT= 632,925 mm3 +18,9 mm3 + 367,2 mm3 – 21,76 mm3 - 312,85mm3 VT= 684, 415 mm3 4. TERCERA PRÁCTICA: Cinemática TITULO: Movimiento Uniformemente Variado
5255,17 693,095
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? (Recuerden que esta pregunta se debe responder a partir de la experiencia del laboratorio) MATERIALES Cinta Registrador de tiempo Una polea Un carrito Una cuerda Un juego de pesas PROCEDIMIENTO Pida al tutor instrucciones para utilizar la cinta registradora y el registrador de tiempo. Corte un pedazo de cinta aproximadamente de 1,5 m. de largo. Conecte el registrador de tiempo a la pila y suelte el carrito para que éste se deslice libremente por la superficie de la mesa. 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). Complete la siguiente tabla Orden del Intervalo cm 1 10
2
3
4
5
6
7
8
9
7
8
Velocidad Media Cm/s R/ta Inicialmente calculamos el tiempo de recorrido para c/u de los intervalos: Distancia en cm10
20
30
40
50
60
70
80
Tiempo en seg. 0,24
0,43
0,58
0,70
0.80
0.88
0.95
1,015
2
3
4
5
6
Ahora completaos la tabla Orden del Intervalo de tiempo 1
Velocidad Media cm/s 41
46,3
51,7
57,1
62,5
68,1
73,3
78,8
Con base en los datos de la anterior tabla, realicen un grafico V X t Y determine qué tipo de función es. R/ Es una función Lineal, la cual nos indica que es un movimiento uniforme acelerado. Con base en los datos de la tabla, calcule la aceleración en cada intervalo, así: Para poder registrar los datos solicitados realizamos las siguientes operaciones a1= 46,3-41 = 5,3 2-1
5-4
6-5
a5= 68,1-62,5 = 5,6
a8= 84,1-78,8 = 5,3
9-8
a3= 57,1-51,7 = 5,4 4-3
a7= 78,8-73,3 = 5,5
8-7
a2= 51,7-46,3 = 5,4 3-2
a4= 62,5-57,1 = 5,4
a6= 73,3-68,1 = 5,2
7-6
Registro de los resultados Orden del Intervalo de tiempo 1
2
3
4
5
Aceleración 5,3 5,4
5,6
5,2
5,5
5,3
5,4
5,4
6
7
8
Complete la siguiente tabla tomando toda la distancia recorrida incluyendo la de anteriores intervalos de tiempo. Tiempo Transcurrido hasta el n-esimo segundo 1 7 8
2
3
4
5
6
Distancia Recorrida (se incluyen las anteriores) (cm) 60 70 80
10
20
30
40
50
INFORME Realice el análisis de la práctica y de sus resultados. R/ta: Al realizar la practica observamos que al liberar el carro sobre una superficie plana y con una fuerza constante, el movimiento se inicio en forma muy acelerada, de igual forma y al transcurrir el tiempo podemos ver que la aceleración es constante ya que la fuerza que lo hala es la misma durante todo el recorrido. Grafique en papel milimetrado los resultados de las tablas 6, 7 Y 8. GRÁFICA TABLA 7
GRÁFICA TABLA 8 Determine el tipo de funciones a la que corresponde. R/ta: En la tabla 5 (velocidad en función del tiempo) podemos observar en el gráfico que por su tendencia nos representa una función lineal ya que esta tiene un movimiento uniforme acelerado y cada segundo transcurrido aumenta la velocidad de desplazamiento del cuerpo. En la tabla 7, observamos que la variación en los valores es mínima, podríamos determinar que la función es lineal y tiene una aceleración constante. La tabla 8 (distancia contra tiempo), se puede apreciar en la gráfica la forma de una parábola la cual nos representa una función cuadrática, en este caso la distancia es proporcional al cuadrado del tiempo. 5. CUARTA PRÁCTICA: Fuerzas TITULO: 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). Donde la constante de proporcionalidad k es: El trabajo que realiza una fuerza F para deformar un resorte en una magnitud x es: Entonces MATERIALES Un resorte Un soporte universal - Un juego de pesitas - Un metro Papel milimetrado Una balanza PROCEDIMIENTO: Cuelgue el resorte del soporte de tal forma que su extremo superior permanezca completamente fijo y mida su longitud L0 L0 = 10 cm Halle el valor de la masa m de cada pesita con ayuda de una balanza.
Suspenda una pesita del extremo superior del resorte y mida la longitud del resorte L. Calcule el valor de la deformación x = L – L0. Repita los pasos 3 y 4 con 9 pesitas. LONGITUD DEL RESORTE CON PESAS Y DEFORMACIÓN X. Masa m(gr)
Elongación L en (cm)
50
10.2
0,2
100
16
6
120
19
9
140
22,3
12,3
160
24,5
14,5
170
26
16
180
27,6
17,6
190
29,2
19,2
200
30,3
20,3
Deformación x (cm)L - L0
Anote los datos de la tabla 1 TABLA 1 Registro de datos de deformación del resorte m.g (N) 0,49 x(m)
0,98
0,002 0,06
1,176 1,372 1,568 1,666 1,764 1,862 1,96 0,09
0,123 0,145 0,16
0,176 0,192 0,203
En una hoja de papel milimetrado realice la gráfica F contra x. Con ayuda de la gráfica calcule el trabajo realizado por cada masa m para deformar el resorte y defina a qué tipo de energía mecánica es equivalente este trabajo. Complete la tabla 2 Tabla 2 Trabajo realizado en la deformación del resorte Masa (kg)
0,05
0,1
0,12
0,14
0,16
0,17
0,18
0,19
0,2
Trabajo (j) 0,00098 0,0588 0,10584 0,26656 0,310464 0,357504
0,168756 0,39788
0,22997
Haga un breve análisis de la prueba y de sus resultados. Refiérase especialmente a las unidades de trabajo y energía. R/ta: En la prueba pudimos observar en acción dos tipos de fuerzas conservativas, el peso (fuerza) del objeto que empujaba (deformaba) el resorte hacia abajo una distancia x, y la fuerza elástica almacenada en el resorte que en el punto L fue igual al peso del objeto llegando el sistema a un punto de equilibrio. De tal forma que se verificó que donde k es la constante de elasticidad del resorte y que para nuestra prueba fue de aproximadamente 98 N/m. En términos de trabajo y energía podemos decir que el desplazamiento vertical de la masa m sobre la distancia x realizo un trabajo w. La energía de dicho trabajo fue igual a la diferencia de energía potencial gravitacional del objeto en los puntos L0 y L, y finalmente se almaceno como energía elástica en el resorte, de tal manera que: La energía es definida como la capacidad de realizar un trabajo, y cuando sobre un cuerpo se realiza un trabajo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en movimiento, de allí el porqué las unidades de trabajo y energía son las mismas. Enuncie las maquinas que se encargan de las diferentes formas de transformación de la energía. R/ Desde las maquinas más sencillas, como el arco, hasta los seres vivos todos realizan transformaciones de energía. Algunas de las maquinas que se encargan de las diferentes formas de transformación de energía para nuestro beneficio son: Los generadores hidroeléctricos. Transforman la energía mecánica de un salto de agua en energía eléctrica. Generador eólico. Transforma la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire en otras formas de energía útiles para las actividades humanas (electricidad, mecánica, etc.). Baterías. Almacena energía eléctrica, usando procedimientos electroquímicos y posteriormente la devuelve casi en su totalidad. Panel solar. Transforma la energía de la radiación solar en energía eléctrica. Motores. Transforman cualquier tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.) en energía mecánica. Estufas. Aparato que transforma la energía química de combustibles, o eléctrica en energía calórica. Lavadoras. Transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Anote los datos de la tabla 1 Registro de datos de experiencia
m.g (N) 0,49
0,98
1,47
1,96
2,45
2,94
3,43
3,92
4,41
4,9
x(m) 0,005 0,01
0,015 0,02
0,027 0,032 0,037 0,043 0,049 0,054
En una hoja de papel milimetrado realice la gráfica F contra x. Con ayuda de la gráfica calcule el trabajo realizado por cada masa m para deformar el resorte y defina a qué tipo de energía mecánica es equivalente este trabajo. Complete la tabla 2 Trabajo realizado en la deformación del resorte Masa (kg) 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350 0,400 0,450 Trabajo (j) 0,001225 0,004900 0,011025 0,019600 0,063455 0,084280 0,108045
0,033075
0,047040
Haga un breve análisis de la prueba y de sus resultados. Refiérase especialmente a las unidades de trabajo y energía. R/ En la prueba pudimos observar en acción dos tipos de fuerzas conservativas, el peso (fuerza) del objeto que empujaba (deformaba) el resorte hacia abajo una distancia x, y la fuerza elástica almacenada en el resorte que en el punto L fue igual al peso del objeto llegando el sistema a un punto de equilibrio. De tal forma que se verificó que donde k es la constante de elasticidad del resorte y que para nuestra prueba fue de aproximadamente 98 N/m. En términos de trabajo y energía podemos decir que el desplazamiento vertical de la masa m sobre la distancia x realizo un trabajo w. La energía de dicho trabajo fue igual a la diferencia de energía potencial gravitacional del objeto en los puntos L0 y L, y finalmente se almaceno como energía elástica en el resorte, de tal manera que: La energía es definida como la capacidad de realizar un trabajo, y cuando sobre un cuerpo se realiza un trabajo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en movimiento, de allí el porqué las unidades de trabajo y energía son las mismas. Enuncie las maquinas que se encargan de las diferentes formas de transformación de la energía. R/ Desde las maquinas más sencillas, como el arco, hasta los seres vivos todos realizan transformaciones de energía. Algunas de las maquinas que se encargan de las diferentes formas de transformación de energía para nuestro beneficio son:
Los generadores hidroeléctricos. Transforman la energía mecánica de un salto de agua en energía eléctrica. Generador eólico. Transforma la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire en otras formas de energía útiles para las actividades humanas (electricidad, mecánica, etc.). Baterías. Almacena energía eléctrica, usando procedimientos electroquímicos y posteriormente la devuelve casi en su totalidad. Panel solar. Transforma la energía de la radiación solar en energía eléctrica. Motores. Transforman cualquier tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.) en energía mecánica. Estufas. Aparato que transforma la energía química de combustibles, o eléctrica en energía calórica. Lavadoras. Transforman la energía eléctrica en energía mecánica. QUINTA PARTE SISTEMAS EN EQUILIBRIO TITULO: 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 Tome varias pesitas y asígneles el valor M3 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. Repita los pasos 2 y 3 con diferentes valores para M1, M2 y M3 Desarrollo de la práctica INFORME Realice las conclusiones respectivas sobre la practica Cuando dos fuerzas opuestas actúan sobre un mismo cuerpo producen un equilibrio El equilibrio se manifiesta porque el cuerpo no se mueve. Las dos fuerzas que actúan sobre el cuerpo son opuestas tienen la misma intensidad y dirección pero son de sentido contrario. Los datos experimentales y los teóricos son iguales por lo que se cumple el principio de equilibrio del sistema en estática El equilibrio del sistema depende de que todas las fuerzas en el eje horizontal y vertical descompuestas sean igual a cero La dependencia de que el sistema se encuentren equilibrio depende de los pesos y los ángulos de inclinación que se formen con la horizontal Si se realizaran mediciones experimentales de tensión en los sistemas se concluiría que las fuerzas en el eje x y son iguales a cero. Enuncie y explique las dos condiciones necesarias para que un sistema físico se encuentre en equilibrio mecánico. Condiciones para el equilibrio mecánico: Un sistema está en equilibrio mecánico cuando la suma de fuerzas y momentos, sobre cada partícula del sistema es cero. Para este caso tenemos dos situaciones.(13) Una partícula o un sólido rígido está en equilibrio de traslación cuando: la suma de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo es cero. Cuando se estudio la primera ley de Newton, llegamos a la conclusión de que si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza externa, este permanece en reposo en un movimiento rectilíneo uniforme. Pero sobre un cuerpo pueden actuar varias fuerzas y seguir en reposo o en un movimiento rectilíneo uniforme. Hay que tener en cuenta, que tanto para la situación de reposo, como para la de movimiento rectilíneo uniforme la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es igual a cero.(14) Un sólido rígido está en equilibrio de rotación cuando la suma de las componentes de los momentos que actúan sobre él es cero.
Si a un cuerpo que puede girar alrededor de un eje, se la aplican varias fuerzas y no producen variación en su movimiento de rotación, se dice que el cuerpo puede estar en reposo o tener movimiento uniforme de rotación. También se puede decir que un cuerpo se encuentra en equilibrio de rotación si la suma algebraica de los momentos o torques de las fuerzas aplicadas al cuerpo, respecto a un punto cualquiera debe ser igual a cero.(14) Se distingue un tipo particular de equilibrio mecánico llamado equilibrio estático que correspondería a una situación en que el cuerpo está en reposo, con velocidad cero: una hoja de papel sobre un escritorio estará en equilibrio mecánico y estático, un paracaidista cayendo a velocidad constante, dada por la velocidad límite estaría en equilibrio mecánico pero no estático. Como consecuencia de las leyes de la mecánica podemos decir que un cuerpo estará en equilibrio si no sufre aceleración lineal ni de rotación, en la práctica solo nos interesa su aceleración lineal y ésta será igual a cero cuando la sumatoria de fuerzas que actúan sobre la partícula sean cero. Una pequeña perturbación (un pequeño aumento de una de las masas, o un cambio de las posiciones de las poleas) modifica la fuerza neta, pero si cesa la fuerza exterior la partícula vuelve a su posición de equilibrio. CONCLUSIONES Teniendo en cuenta que la física es la ciencia que estudia los componentes fundamentales del universo, de las fuerzas que estos ejercen entre sí y de los efectos de dichas fuerzas, a través de las anteriores cinco prácticas de laboratorio se identificaron los principios físicos relacionados con la proporcionalidad de las magnitudes, utilizando las matemáticas como el lenguaje de la física y combinando estudios teóricos, se adquirió habilidad en el manejo de instrumentos de medición como el calibrador y el tornillo micrométrico, se abordo el movimiento uniforme variado comprobando algunas leyes de la cinemática, la energía mecánica y el equilibrio de las fuerzas.
