Laboratorio de Física I. Experimento 3

LABORATORIO DE FÍSICA – Experimento 3

EXPERIMENTO Nº 3 VELOCIDAD DE UN PROYECTIL INTRODUCCIÓN El movimiento de proyectiles adiciona una nueva dimensión a los experimentos con aceleración lineal. Una vez que el proyectil está en movimiento, su aceleración es constante y en una sola dirección, hacia abajo. Pero, cuando el proyectil es disparado verticalmente, hacia arriba o hacia abajo el tiene una velocidad inicial con una componente perpendicular a la dirección de la aceleración. Esta componente de la velocidad, puesto que es perpendicular a la fuerza de gravedad permanece invariable. El movimiento de proyectiles es por tanto una superposición de dos tipos de movimiento relativamente simples aceleración constante en una dirección y velocidad constante con dirección perpendicular.

En este experimento se determinará directamente la velocidad inicial de un proyectil; usando la polea de la fotocélula y también estudiando el movimiento de el proyectil.

VELOCIDAD DEL PROYECTIL Para determinar la velocidad del proyectil se utilizan dos métodos: uno mide la cantidad del movimiento del proyectil, el otro calcula el tiempo requerido para que el proyectil cubra una distancia concreta. El péndulo balístico y el péndulo de cañón se utilizaron para medir la cantidad de movimiento del proyectil, pero tales mecanismos se sustituyeron por máquinas más baratas y seguras que trabajan sobre los principios de segundo método. El método balístico fue desarrollado hacia 1743 por Robins. El principio del péndulo balístico radica en la transferencia de la cantidad de movimiento de un proyectil con masa pequeña y alta velocidad, a una masa grande con una velocidad resultante baja. El péndulo balístico consiste en una enorme plancha de hierro a la que se emperna un bloque de madera para recibir el impacto del proyectil; el péndulo se suspendía de un eje horizontal. Al ser golpeado por el proyectil, el bloque retrocedía en un cierto arco que podía ser medio con facilidad. Conociendo el arco de retroceso y las masas de proyectil y del péndulo, podía calcularse la velocidad del proyectil. 14


Gracias al segundo método, la velocidad del proyectil se determina midiendo el tiempo que tarda en recorrer una longitud conocida de su trayectoria; para este propósito se han diseñado numerosas máquinas. EQUIPO A UTILIZAR

CRONÓMETRO FOTOCELULAR BOLA Y VARA METRICA

RAMPA

RECOMENDACIONES PARA LA PRÁCTICA Nº 3 1. Buena colocación de la fotocélula. 2. Tenga cuidado de no mover la fotocélula al momento de macar con la esfera. 3. No mover los cronómetros al momento de resetearlos. 4. Utilice cuidadosamente las esferas para que sea mas preciso los datos. 5. Tener en cuenta la forma de soltar la esfera, y trate que sea de manera uniforme. 6. Evite pisar o marcar el papel, para evitar la mala lectura de los resultados. 7. Realice con cuidado las medidas de las distancias. 8.

Establecer una posición exacta donde se va a colocar el papel carbón y verificar que

siempre este en el mismo lugar. 9. Colocar una hoja milimetrada debajo del papel carbón para saber con exactitud la distancia que hay entre las marcas. 10. Anote bien los datos y verifique con sus compañeros, y repita el procedimiento de ser necesario, para que estos sea los más precisos posibles. 15


11. Realice el experimento con la mayor seriedad y responsabilidad posible, para que el mismo tenga éxito y los resultados sean correctos. PROCEDIMIENTO 1.- Instale el aparato de manera que la bola ruede hacia abajo por la rampa y sobre la mesa, pasando entonces a través de la fotocélula e interrumpiendo el haz de luz. 2.- Sujete una pieza de papel a la mesa, de debajo de la fotocélula. Determine el punto en el cual la bola dispara el cronómetro, este es el punto en el cual el LED enciende, y márquelo sobre el papel. Determine también el punto en el cual la bola dispara, nuevamente el cronómetro, y marque también este punto. Mida la distancia entre ambas marcas, y anótela como ∆d. Reubique la rampa como en el paso 1. 3.- Use la bola para determinar, en la parte de abajo, el punto donde la misma deja la mesa después que ha rodado por la rampa. Mida la distancia desde el piso hasta la parte superior de la mesa, en el punto donde la bola abandono ésta, anote este valor como dy. 4.- Para medir la posición donde la bola tocará el piso después que rodó a través de la rampa, coloque un papel carbón sobre el mismo. El impacto de la bola dejará una marca para el propósito de nuestra medida. 5.- Coloque el cronómetro fotocelular en el modo GATE. Coloque la bola en el punto de inicio sobre la rampa. Marque este punto para repetir el recorrido comenzando siempre en el mismo sitio. Mantenga la bola en esta posición usando una regla. Presione el botón RESET. Suelte ha bola para que se mueva a lo largo de la rampa y a través de la fotocélula. Anote este tiempo en la tabla 3.1. 6.- Repita el proceso cuatro veces más, comenzando en el mismo punto, anote estos tiempos en la tabla. 7.- Mida la distancia desde el punto directamente debajo de la rampa hasta la marca donde la bola toca el piso. Anote estas distancias en la tabla. DATOS Y CÁLCULOS a. Calcule el promedio de sus distancias y tiempos medidos. Anote estos valores en su tabla. Anote la distancia promedio como dx. b.

Divida ∆d entre su tiempo promedio para determinar Vo, la velocidad de la bola justo antes de dejar la mesa. 16


c. Determine la velocidad horizontal de la bola usando las ecuaciones para movimiento de proyectiles, y usando sus valores medidos para dx y dy.

dx = Vo*t

;

dy = ½*a*t2

Donde “a” es la aceleración de la gravedad (9,8 m/seg2). d. Compare los dos valores para Vo. Anote estos dos valores y el porcentaje de diferencia. DATOS Y CÁLCULOS

∆d = _____________________

TABLA 3.1.

PRUEBA

TIEMPO

DISTANCIA

Distancia vertical dy =__________________

1 Promedio distancia horizontal 2

dx =__________________

3

Velocidad horizontal (experimental)

4

Vo =__________________

5

Velocidad horizontal (calculada)

PROMEDIOS Vo (PROM)

dx:

Vo =__________________ Porcentaje de diferencia: ________%

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POSTLABORATORIO Considerando el basamento teórico y los resultados obtenidos en el experimento plantee un análisis de los resultados

Conclusiones y Recomendaciones

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