Modulo Fisica I Pesq

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE CIENCIAS

MANUAL DE GUIAS DE LABORATORIO DE FÍSICA I: PESQUERIA

PIURA - PERU 2007-II

LABORATORIO DE FÍSICA DAF – FC – UNP

1°

2°

3°

Práctica Práctic Práctic a a

4°

5°

Nota

Nota

Práctic Práctic Promedi a a o

Final

Informes Evaluació n de Entrada

CURSO

:

________________

A LUMNO ((A) A) ALUMNO

:

________________ ________________

C ÓDIGO CÓDIGO

:

________________

FFACULTAD ACULTAD

:

________________

PROGRAMACIÓN DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO: SEMANA: SEMANA _______ DÍA: DÍA _______

HORA: HORA _______

PROF. DE TEORÍA

:

________________

JEFE DE PRÁCTICA PRÁCTICA

:

________________

39

____________________________________________________________________________

FÍSICA I: PESQUERIA

Pag 2


1°

2°

3°

Práctica Práctic Práctic a a

4°

5°

Nota

Nota

Práctic Práctic Promedi a a o

Final

Informes Evaluació n de Entrada

CURSO

:

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A LUMNO ((A) A) ALUMNO

:

________________ ________________

C ÓDIGO CÓDIGO

:

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FFACULTAD ACULTAD

:

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PROGRAMACIÓN DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO: SEMANA: SEMANA _______ DÍA: DÍA _______

HORA: HORA _______

PROF. DE TEORÍA

:

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JEFE DE PRÁCTICA PRÁCTICA

:

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39

____________________________________________________________________________


Pag 3


ORGANIZACIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO 1. LAS PARTES PARTES DE LAS PRACTICAS PRACTICAS DEL LABORATORIO LABORATORIO Una sesión de laboratorio consiste de varias partes que se detallan a continuación: La lectura del manual; La prueba de entrada; La toma de datos; El análisis de los datos; La elaboración de un informe; La evaluación de su trabajo por el Jefe de Práctica. Práctica. En las hojas correspondientes del manual, anotará sus observaciones y conclusiones respecto al laboratorio y todo lo que tenga que ver con la práctica: los cálculos, mediciones hechas a mano, características del equipo utilizado; las respuestas a las preguntas; etc. e tc. No es aceptable utilizar cálculos sobre hojas sueltas. Si es necesario hacer un cálculo, esté debe ir en el manual. Es impo import rtan ante te que que la info inform rmac ació ión n esté esté comp comple leta ta,, la reda redacc cció ión n bien bien hecha, legible y ortografía correcta. Su Jefe de Práctica le indicará la manera en que revisará sus informes. 2. LA LECTU LECTURA RA DEL DEL MANUA MANUAL L La lectura del manual antes de venir al laboratorio es indispensable. El manual contiene un breve resumen de la teoría de los experimentos que van a realizar. Para que pueda analizar correctamente los experimentos a realizar es necesario que comprenda bien la parte teórica. Después de la parte teórica vienen las guías de laboratorio propiamente dichas. Las guías de laboratorio no son del tipo “recetas de cocina”, con cada paso dado con tanto detalle que se pueda sacar buenos resultados con los ojos cerrados y una mano atada a la espalda. Al contrario, proponen solamente las líneas generales a seguir, tanto en la ejecución del experimento como en el análisis de los datos. Por eso es necesario estudiar la guía antes de venir al laboratorio. Al llegar al laboratorio, usted debe tener alguna idea de cómo cómo se realiza el experimento, de que parámetros van a seguir como variables, de que combinaciones de variables darán una línea recta en un gráfico, etc. Para incentivarlo a estudiar el manual se toma una prueba de entrada. 3. LA PRUEB PRUEBA A DE ENTRA ENTRADA DA Como se a explicado en el acápite anterior, es indispensable leer la guía de laboratorio. Para controlar eso hay una prueba de entrada que se toma en los 10 primeros primeros minutos de la práctica práctica de laboratorio. 39

____________________________________________________________________________


Pag 4


Si usted llega tarde, tendrán menos tiempo para la prueba, que se basa exclusivamente en el contenido del manual. 4. LOS DATOS EEXPERIMENTALES El primero de los objetivos de las prácticas de laboratorio es que usted aprenda a manejar los equipos correctamente, y el segundo es que desarrolle sus capacidades creativas e investigativos con respecto al trabajo experimental. La evidencia de su dominio de un experimento se muestra en los datos obtenidos y en la manera de presentarlos en las tablas indicadas. En la mayoría de las prácticas utilizará papel milimetrado o computadora para analizar y hacer los gráficos. Al final del laboratorio los datos debidamente registrados sin correcciones serán visados por el Jefe de Practicas.

CONTENIDO PRESENTACIÓN.

Pág.

1. MEDICIÓN Y CÁLCULOS DE ERRORES

6

2. FUERZAS.

13

3. CINEMATICA.

21

4. ENERGIA

.

5. PRINCIPIO DE ARQUIMIDES.

39

28 33

____________________________________________________________________________ FÍSICA I: PESQUERIA

Pag 5


39


Pag 6


PRESENTACIÓN. PRESENTACIÓN. La Física, es una ciencia fundamental que tiene profunda influencia en todas las otras ciencias. Por consiguiente, no sólo los estudiantes de física e ingeniería, sino todo aquel que piense seguir una carrera científica deben tener una completa comprensión de sus ideas fundamentales. Es por esta razón que se ha elaborado el presente módulo, con el deseo que los conocimientos teóricos impartidos por nuestros profesores sean entendidos. El laboratorio es el elemento más distintivo de la educación científica, tiene gran relevancia en el proceso de formación, cualquiera que vaya a ser la orientación profesional y el área de especialización del estudiante. En el laboratorio podemos conocer al estudiante en su integridad: sus conocimientos, actitudes y desenvolvimiento. El trabajo práctico de laboratorio sirve: Para motivar, mediante la estimulación del interés y la diversión, para enseñar las técnicas de laboratorio, así como intensificar el aprendizaje de los conocimientos científicos, asimismo para proporcionar una idea sobre el método científico, y desarrollar la habilidad en su utilización y también para desarrollar determinadas "actitudes científicas", tales como la consideración de las ideas y sugerencias de otras personas, la objetividad y la buena disposición para no emitir juicios apresurados. En el laboratorio el alumno logra el máximo de participación, el profesor se convierte en guía para el alumno. La ayuda del profesor debe ser la mínima necesaria para que eche a andar, y vaya pensando en lo que puede hacer y el significado de lo que hace en cada momento de la experiencia. El estudiante debe de percibir la práctica como un pequeño trabajo de investigación, por lo que una vez terminada elaborará un informe que entregará al profesor para su evaluación en la que se especifique: Título. Objetivos, o resumen de la práctica. Descripción. Fundamentos físicos. Medidas tomadas. Tratamiento de los datos y resultados. Discusión y conclusiones. 39


Pag 7


Las prácticas de laboratorio deberían de ir coordinadas con las clases de teoría y de problemas.

Lic. Carlos Albán Palacios M.Sc. Jefe del Laboratorio de Fisica.

1° PRÁCTICA: MEDICIONES Y CÁLCULO DE ERRORES 1.

OBJETIVO: Aprender a utilizar instrumentos de medida de precisión. 1.1 OBJETIVO GENERAL: GENERAL 

 

Conocer los métodos de tratamiento estadístico de mediciones. Aplicar la teoría de errores a mediciones de laboratorio.

las

2.

FUNDAMENTO TEORICO La medida de cualquier magnitud física es determinar un "número" que sea el cociente entre la magnitud en consideración y su respectiva unidad "patrón". Los métodos para la medida de magnitudes físicas son: a) Medida directa.- Se efectúa por "comparación" con el patrón escogido como unidad de medida. Esta medida es relativa porque depende de la unidad de medida. b) Medida Indirecta.- Se determina mediante fórmulas matemáticas, y usando mediciones directas. Así tenemos: El volumen, densidad, trabajo, etc. c) Medida con aparatos calibrados.- Se realiza usando instrumentos de manera tal que la medida se reduce a una simple lectura de la posición de índices sobre escalas graduadas. Son aparatos calibrados: Las balanzas, relojes, voltímetros, amperímetros, cronómetros, termómetros, etc.

3.

CLASIFICACIÓN DE LOS ERRORES Los errores se clasifican en: a) Errores sistemáticos. – Son aquellos que se repiten constantemente durante un experimento o bien durante una ____________________________________________________________________________

39


Pag 8


serie de medidas. Entre las fuentes de estos errores se tiene: Errores de calibración de los instrumentos de medida, condiciones experimentales no apropiadas, técnicas imperfectas, formulas incorrectas y teorías incorrectas. b) Errores Casuales.- No es posible determinar la causa de estos errores. Siempre están presentes en la medida de cualquier cantidad física y es a priori impredecible. Así tenemos: Errores de apreciación, condiciones de trabajo y falta de definición. c) Errores ilegítimos.- Son debidos en parte a la forma como el experimentador sabe aprovechar de las medidas realizadas y en parte a factores personales como por ejemplo: distracción, cansancio, etc. 4.

TEORIA DE LOS ERRORES DE UNA VARIABLE 4.1. METODO ESTADISTICO.- Número de mediciones n ≥ 10 . Valor promedio.- Es el valor más probable de la magnitud A, definido por: n

∑ ai a1+ a2 + .... + an = a(1) = = i 1 Error Aparente.- Esn la diferencia nentre una medida cualquiera y el valor promedio de las η medidas. =a i

e

i

-

a

,

i =1, 2, ... , n

(2) n 2 medio.- Se define mediante la siguiente expresión Error Cuadrático

∑ i= µ =

e

1

n

i

(3)

−1

Error Estándar.- Definido por: σ =

µ n

∑ ei

=

2

(4)

n ( n − 1)

Según el significado de σ, se analiza las medidas efectuadas, una por una; todas las medidas cuyos resultados están fuera del intervalo: , a +3 ] tienen que ser eliminados sin mayor duda; hecho esto a - 3 se determina nuevamente y σ. A continuación, se calcula el error estándar σ, el resultado final será dado por: σ

σ

a

A = a ± 3σ (5) medio 39

El error relativo es el cociente entre el error absoluto y el valor


Pag 9


σ a El error porcentual es calculado con la fórmula

Er =

(6)

E % = E r x100%

(7)

Los valores de las ecuaciones (3) y (4) brindan mejores resultados cuando mayor sea el número de mediciones 4.2. MÉTODO NO ESTADISTICO.ESTADISTICO Número de mediciones n < 10. Se determina el valor promedio mediante la ec. (1). Así mismo, se toma como error presuntamente cometido, la cantidad máxima ∆ am. definida por:

∆a = m;

amax - a min

(8)

2

El resultado final se escribe:

A = a ± ∆a m (9) Si n = 1 (una sola medida) el tratamiento es no estadístico y el error , se estima como la sensibilidad del instrumento; es decir: A

5.

∆a

0

= a ± ∆a0

TEORIA DE LOS ERRORES DE MUCHAS VARIABLES 5.1.

TRATAMIENTO ESTADISTICO

Sea la magnitud física F que depende de las magnitudes distintas z1, z2,......, zn; entonces:

F

=

(z1,

F

z2,........,

zn.)

(10) Si se mide las magnitudes z1, z2,......., zn experimentalmente se dice que F es el resultado de una medida indirecta. El valor promedio de F se determina mediante

(

F = F z 1 , z 2 , ..., z n

)

(11)

Y los errores cuadrático medio y estándar, respectivamente se determinan mediante la expresión.

F

=

 ∂F 2 ∑ µj   ∂Z j

2

(12) 2

39

 ∂F  2 F = ∑ σj  ____________________________________________________________________________  ∂Z j ÷ FÍSICA I: PESQUERIA

Pag

10


(13) Entonces el resultado final se escribe como: F = F ± 3σF (14) La Ec. (13) se emplea para medidas independientes pero si son no independientes σF se determina mediante: σ F

 ∂F  + σ  ∂F  +    .....  ∂   ∂Z 

=σ 1 

(15)

2

Z 1

2

TRATAMIENTO NO ESTADÍSTICO Si el número de mediciones n<10 ó n = 1, el cálculo de F será: 5.2

F = ∆

F ∂ Z 1 ∂

z1 + ∆

F ∂ Z2 ∂

z 2 +..... + ∆

F ∂

(16)

zn ∆

Z n ∂

La medida final se obtiene. F = F ± ∆F 6.

(17)

DENSIDAD DE UN SÓLIDO OBJETIVO: 

Determinar la densidad de un sólido, usando el cálculo de errores.

EQUIPO Y MATERIALES 1 Sólido con orificio. 1 Vernier - 0,05mm. 1 Balanza - 0,1g.

PROCEDIMIENTO 39


Pag

11


1.

Medir con el Vernier 10 veces el largo (L), ancho (A), y altura (H) del paralelepípedo, y anotar en la tabla 1. 2. Medir con el Vernier 10 veces el diámetro (D), y altura (H) del orificio cilíndrico, y anotar en la tabla 1. TABLA N º1 Magnitud

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

L (mm) A (mm) H (mm) D (mm) h (mm) m (gr)

3.

Mediante un tratamiento estadístico determine el volumen total del sólido.

4.

Medir con la balanza 10 veces la masa (m) del sólido cambiando la posición en el platillo y su sensibilidad.

5.

m m ρ = = Mediante la siguiente fórmula: V Vp − VO

Determine la densidad del sólido y su respectivo error. Error porcentual. 7.

VOLUMEN DE UNA ESFERA OBJETIVO: 

Determinar el volumen de una esfera, aplicando el tratamiento no estadístico.

EQUIPO Y MATERIALES 1 Esfera sólida. 1 Micrómetro. Micrómetro d

39


Pag

12


PROCEDIMIENTO 1.

Medir con el micrómetro 8 veces el diámetro de la esfera, en diferentes posiciones, y anotar en la tabla Nº2. Tabla Nº 2 1

N

º

2

3

4

5

6

7

8

d (mm) 2.

V=  

Determinar el volumen de la esfera

1 6

π

3

d

 y su respectivo ÷ 

error porcentual : ANALISIS DE DATOS

I.-

DENSIDAD DENSIDAD DE UN SÓLIDO Magnitud

a

µ

Er

σ

E%

L(mm) A(mm) H(mm) D(mm) h(mm) VOLUMENES: Paralelepípedo: Agujero Cilíndrico: Volumen Total: 39

v

p

L.

A.

=

D

2

π

V 0

=

________________

H

h

=

4

V

=

________________ ________________


Pag

13


ERRORES: Paralelepípedo:

σp = _______________

Agujero:

σ0 =

Error total:

σ =

Error Relativo: =

V

V

± 3σ

Masa del sólido

=

_______________

m = ________________ ∆m =

(sensibilidad) Densidad del sólido: II.-

_______________

Er = _______________ _______________

E% =

Error Porcentual:

Luego:

_______________

________________

ρ =

________________

VOLUMEN DE UNA ESFERA Magnitud

Er

µ

a

E%

d(mm) Volumen de la Esfera:

1

V

=

d

π

3

6

=

________________ Error: Luego:

8.

∆V = ________________ V

= V

±

∆V

=

________________

CONCLUSIONES A) Acerca del cálculo realizado.

B) Acerca de los resultados obtenidos.

39


Pag

14


9.

CUESTIONARIO 1.¿Se puede medir cualquier magnitud?. 2.¿Qué condiciones debe cumplir una magnitud para ser mensurable? 3. Las caras del cilindro han sido cortadas exactamente a 90º con respecto a su generatriz ¿Porqué?. 4.Entre el vernier y el micrómetro, ¿Cuál es el instrumento más preciso? ¿Porqué? 5.Investigar las últimas técnicas de precisión de medidas.

Nota  

Lee bien las preguntas y responde con criterio Desarrolla tus cálculos con sus respectivos procedimientos y anéxalos a tu informe.

CUESTIONARIO 1.

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

2.

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

3.

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

4.

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

5.

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

39


Pag

15


2° PRÁCTICA: PRÁCTICA: FUERZAS 1.

OBJETIVO :  

2.

Obtener la resultante de dos fuerzas. Obtener las componentes rectangulares de una fuerza.

FUNDAMENTO TEORICO ADICION DE DOS FUERZAS Según el método gráfico, para hallar la resultante de dos fuerzas concurrentes se hace uso del método del paralelogramo o del triángulo. (Fig. 1).

El módulo de la resultante (F) se determina mediante, F

F1

=

2

+ F2

2

+ 2 F1 F2 cos θ ,

(1) y su dirección F sen θ

=

F1 sen α

=

F2 sen β

(2) COMPONENTES RECTANGULARES DE UNA FUERZA Sea la fuerza  F en el sistema de coordenadas x y, tal como muestra la Fig. 2.

Donde: Fx 39

=

F cosθ


Pag

16


(3) Fy

=

Por Pitágoras : (4)

F sen

F2

=

Fx 2

+

Fy 2

EXPERIMENTO Nº 1 ADICION DE DOS FUERZAS EQUIPO Y MATERIALES 1 Estructura de demostración experimental. 1 tablero magnético. 2 dinamómetros circulares, 5N 5 pesas, 50 g. 1 cordel (aprox. 15 cm) 1 lápiz de transparencia, soluble en agua. 1 regla, 30 cm 1 transportador 4 hojas de papel, DIN A4 MONTAJE

PROCEDIMIENTO 1. 39

Marcar el centro del tablero magnético; con el lápiz de transparencia. ____________________________________________________________________________ FÍSICA I: PESQUERIA

Pag

17


2.

Hacer un lazo en cada extremo del cordel. Adherir un dinamómetro circular al tablero magnético y, colocar un lazo al gancho del dinamómetro circular. Suspender las cinco pesas del otro lazo del cordel (F = 2,5N). (Fig. 4).

3.

Las cinco pesas hacen una fuerza F = 2,5N. En el papel DIN A4, dibujar un vector de fuerza hacia arriba, cuyo origen sea el punto central del tablero magnético (1N = 5 cm)

4.

Según los casos de la tabla Nº 1, mediante el transportador considere y

1

. Lea los componentes de fuerza F1 y F2 en los dinamómetros

2

circulares correspondientes y anotarlos en la tabla Nº 1. (Fig. 3). TABLA Nº 1 F(N)

5.

1

F1(N)

2

2,5

30º

30º

2,5

40º

40º

2,5

50º

50º

2,5

60º

60º

F2 (N)

En las hojas de papel DIN A4. Empiece desde el origen de la fuerza F y, extienda las líneas en la dirección de F1 y F2. Complete el paralelogramo de fuerzas. La fuerza F es la diagonal del paralelogramo. (Fig. 5). ∆F Fl

39

α


FG

Pag

F F2

18


Fig. 6

º

6.

Mida las longitudes de los lados y determine los valores para F1 y F2 en base a la escala usada en el dibujo. Anotar en la tabla Nº 1.

7.

Cuándo no se cumple la condición de equilibrio ∑ Fi = 0 , (Fig. 6) , se puede deducir que: F + ∆F = FG

(5)

∆Fi = FG − F

(6)

Siendo ∆ F el error experimental, cuyo error puede medirse de la fig. 6. Analíticamente se puede expresar por F = Fx i + Fy j ur 2 2 ∆F = ( ∆Fx ) + ( ∆Fy )

donde 8.

(7)

Verifique la validez de las condiciones de equilibrio para c/u de los sistemas de fuerzas. ¿Qué error haz cometido en tu cálculo?. ¿Cuál es la principal fuente de error?. Calcular analíticamente ∆ F y compáralo con el valor obtenido gráficamente. EXPERIMENTO Nº 2

DESCOMPOSICION RECTANGULAR DE FUERZAS EQUIPO Y MATERIALES 2 Pies soporte 2 Nudetes 1 Dinamómetro, 1,5N 1 clip

39

1 Varilla, 25 cm 2 Sujetadores de pape 1 Dinamómetro, 3N 1 Par de tijeras

1 Varilla, 50 cm 1 Juego de 6 pesos 1 Cuerda, 30 cm

Papel, DIN A4


Pag

19


PROCEDIMIENTO 1. Traza la plantilla en el papel DIN A4, según muestra la Fig. 7.

2. 3. 4.

5.

39

Montar los aparatos como muestra la Fig. 7 Suspender el dinamómetro (1,5N) (5), según muestra Fig. 7. Para determinar la componente horizontal (Fx), el dinamómetro (1,5) mantenerlo horizontal (Fig. 8) y mover el Péndulo a la derecha tal que la cuerda pase por las marcas del eje x. Anotar en la tabla Nº 1 lo que indica el dinamómetro, para cada marca. Para determinar la fuerza (F), según la cuerda del péndulo, insertar el dinamómetro (1,5N) entre la cuerda y las pesas, como se muestra en la Fig. 9 ____________________________________________________________________________ FÍSICA I: PESQUERIA

Pag

20


(1) (2) (3) 6.

Muestra la forma como se coloca el dinamómetro (2). dinamómetro, 1,5N. dinamómetro 3N.

Inclinar el Péndulo tal que la cuerda pase por las marcas del eje x. Anotar en la Tabla Nº 1 lo que indica el dinamómetro (2) . TABLA Nº 1

x(cm)

Fx (N)

Fy(N)

F(N)

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

39


Pag

21


ANALISIS DE DATOS ADICION DE DOS FUERZAS F(N) TEORICO

F1(N)

1

F2 (N)

2

F1 (N) 2,5

30º

30º

2,5

40º

40º

2,5

50º

50º

2,5

60º

F2 (N)

60º

NOTA

: Para hallar F1 y F2, teóricamente use la ecuación (2). Presentar las cuatros hojas DIN A4 mostrando los paralelogramos de fuerzas, con sus respectivos cálculos. DESCOMPOSICION RECTANGULAR DE FUERZAS

x(cm) F

=

Fx

2

Fx (N) + Fy

Fy(N)

F(N)

2

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 39


Pag

22


CONCLUSIONES CONCLUSIONES _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ CUESTIONARIO: 1. ¿Qué condiciones debe cumplir las fuerzas aplicadas a un punto para que haya equilibrio? 2. ¿Qué condiciones debe cumplir las fuerzas aplicadas a un sólido para que haya equilibrio? 3. Las fuerzas aplicadas a un sólido dan resultante nula.¿Podemos asegurar que hay equilibrio? 4. ¿La primera ley de Newton es consecuencia de la segunda o es ésta consecuencia de la primera? 5. Una partícula ¿Puede estar en reposo pero no estar en equilibrio? Explique mediante un ejemplo. 6. ¿Podría decir Ud. que reposo y equilibrio son sinónimos? Explique 7. Si un cuerpo está en reposo se puede afirmar que no hay fuerzas externas actuando sobre él.

Nota  

Lee bien las preguntas y responde con criterio Desarrolla tus cálculos con sus respectivos procedimientos

CUESTIONARIO: 1.

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

2.

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

3. 39

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ FÍSICA I: PESQUERIA

Pag

23


_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 4.

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

5.

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

6.

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

7.

_______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

3° PRÁCTICA: CINEMATICA I.

MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME

OBJETIVOS • •

Investigar el movimiento de una burbuja de aire (móvil) del tubo de mikola. Determinar la velocidad de la burbuja con M.R.U.

FUNDAMENTO TEORICO Las ecuaciones cinemáticas, para un móvil con M.R.U. (Fig. 1) son : X = X0 + Vt

(1)

Donde: X0 es la posición inicial, X es la posición la final, y V la velocidad que es una constante. 39


Pag

24


Las gráficas de (1) y (2) se muestran, respectivamente, en la Fig. 2 y 3.

•

39

De la gráfica X vs. T La pendiente en la gráfica se determina dividiendo el incremento vertical entre su correspondiente horizontal. (La pendiente: tan α=Δy/Δx)


Pag

25


EQUIPO Y MATERIALES 1. Tubo de mikola. 2. 1 cronómetro de mesa. 3. Papel milimetrado. 4. 1 plano inclinado MONTAJE

PROCEDIMIENTO 1: Manteniendo el tubo mikola inclinado observa el movimiento de la burbuja. • ¿Qué tipo de movimiento tiene dicha burbuja? Respuesta: ____________________________ • Para una inclinación fija,¿varía la rapidez de la burbuja? Respuesta: ____________________________ • ¿Por qué asciende la burbuja al inclinar el tubo de mikola? Respuesta: ____________________________ • ¿Se mide la velocidad de la burbuja cuando el ángulo de inclinación del tubo es 0º y 90º respecto a la horizontal? Explique su respuesta

Respuesta:__________________________________________________ _______________________________________________________________ ____ PROCEDIMIENTO 2: Instalar el tubo de mikola como se muestra en la figura Nº 1. Mantener el ángulo de inclinación durante todo el trabajo en 30°. 39


Pag

26


PROCEDIMIENTO 3: Con el cronómetro, medir el tiempo que demora la burbuja 10 cm., cinco veces y determine el promedio. Tabular los datos obtenidos en la tabla N° 1. PROCEDIMIENTO 4: Repetir el procedimiento, para las distancias mostradas en la tabla N°1. TABLA Nº 1 d (cm) 10 20 30 40 50 60 70 80

t1(s)

t2(s)

t3 (s)

t4(s)

t5(s)

tp (s) V=d(cm)/tp (s)

PROCEDIMIENTO 5: Con los datos obtenidos en la tabla Nº 1, graficar d(cm) vs tp (s) en el plano cartesiano. (Utilizar papel milimetrado) • Determina la pendiente de la recta y compáralo con la velocidad “v” más probable de la burbuja. • Escribe la ecuación matemática que relaciona d y t usando los resultados de la práctica •

II.

MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORMEMENTE VARIADO

OBJETIVOS: 

Comprobar las leyes del M.R.U.V.

Determinar la aceleración del móvil con M.R.U.V. FUNDAMENTO TEORICO Las ecuaciones cinemática, para el móvil con M.R.U.V. (Fig. 6), son : a = constante 

39

(2)


Pag

27


(3)

V = VO + at X

=

XO

+ VO t +

1

at

2

2

(4)

39


Pag

28


Las gráficas de (4), (5) y (6) se muestran, respectivamente, en las Fig. : (7), (8) y (9). De la gráfica V vs t, la pendiente de la recta es la aceleración. EQUIPO Y MATERIALES  Un carril con todos sus accesorios  Un cronómetro de mesa  Un carrito ( Móvil ) PROCEDIMIENTO 1 • Colocar el carrito como te indica el jefe de Práctica. • Mantener en el mismo escalón al carrito durante toda la experiencia. PROCEDIMIENTO 2 Con el cronómetro, medir el tiempo que demora el carrito 10 cm., tres veces y determina el promedio. Tabular los datos obtenidos en la tabla N° 2. PROCEDIMIENTO 3: Repetir el procedimiento, para las distancias mostradas en la tabla N °2.

TABLA Nº 2 (cm) 10 20 30 40 50 60 70 80

39

d t1(s)

t2(s)

t3 (s)

tp (s) V= tp

2d/


Pag

29


PROCEDIMIENTO 4: Con los datos obtenidos en la tabla Nº 2, graficar d(cm) vs tp (s) en el plano cartesiano. (Utilizar papel milimetrado) Con los datos obtenidos en la tabla Nº 02, graficar V vs tp en el plano cartesiano.(Utilizar papel milimetrado) MONTAJE

Nota  Lee bien las preguntas y responde con criterio  Desarrolla tus cálculos con sus respectivos procedimientos CONCLUSIONES CONCLUSIONES _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ CUESTIONARIO:  Según la tabla Nº01 1. De la gráfica d vs tp hallar: Pendiente: _____________________ Intercepto: _____________________ Ecuación: _____________________ 

39

Según la tabla Nº02


Pag

30


2. Grafique d vs tp 2 en papel milimetrado hallar : Pendiente: _____________________ Intercepto: _____________________ Ecuación: _____________________ 3. De la gráfica V vs tp hallar: Pendiente: _____________________ Intercepto: _____________________ Ecuación: _____________________ 4. ¿Cuál es la diferencia entre velocidad media e instantánea? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 5. ¿Cuál es la diferencia entre aceleración media e instantánea?. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ En las siguientes preguntas proporciona ejemplos si tu respuesta es afirmativa. 6.

¿Por qué no se usa la aceleración media para determinar la aceleración instantánea?. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

7. ¿En qué parte del experimento se comete el mayor error? ¿Cómo solucionarlo? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

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4° PRÁCTICA: ENERGÍA OBJETIVO: 

Comprobar experimentalmente el Principio de Conservación de Energía.

FUNDAMENTO TEORICO TRABAJO: Es el producto de la fuerza neta por la distancia que el cuerpo recorre en dirección de la fuerza neta. En forma de ecuación se tiene: Trabajo = Fuerza x Distancia r θ es el ángulo por la Fuerza y el desplazamiento ENERGIA: Es una magnitud escalar que mide la capacidad que tienen los cuerpos de realizar trabajos. W = F.s = FsCosθ

ENERGÍA CINETICA: Es la energía que tienen los cuerpos en función de su movimiento y se calcula según: EC

=

1 2

mv

2

donde m es la masa del cuerpo y v es su velocidad. ENERGIA POTENCIAL GRAVITATORIA Es la energía que tienen los cuerpos en función de su posición. Un caso especial se presenta cuando un cuerpo se encuentra a cierta altura con respecto a un nivel de referencia (por ejemplo la superficie terrestre). Para que el cuerpo alcance esa posición hay que hacer un trabajo para vencer la fuerza gravitacional de la tierra, almacenando una cantidad de energía igual a la magnitud del trabajo realizado. Esta energía se denomina energía potencial gravitatoria y se calcula según la ecuación: E p

=mgh

donde m es la masa del cuerpo, g la aceleración de la gravedad y h la altura. ENERGIA MECANICA Es la suma de las energías cinética y potencial de un cuerpo en cualquier punto o en cualquier instante. 39 ____________________________________________________________________________ FÍSICA I: PESQUERIA

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PRINCIPIO DE CONSERVACION DE LA ENERGIA MECANICA Establece que si un cuerpo se mueve bajo la acción de una fuerza conservativa (distintas a las de rozamiento y viscosidad) su energía mecánica es constante. Por tal razón se demuestra que un cuerpo que cae bajo la acción de la fuerza gravitatoria terrestre deberá tener una energía mecánica constante en cualquier punto de su trayectoria. Es decir, si un cuerpo cae desde una altura h, hasta altura hB (Fig. 1), se cumple que: Et

= Et

A

E

tA

B

+ Ec

= Et

A

B

+ Ec

B

Es decir: 1

mg h A +

2

2

mv A = mg h B +

1 2

2

mv B

Si el cuerpo se deja caer desde la altura h A, entonces vA última ecuación se reduce a: v

2 B

=2 (h

A

-h

B

= 0 ,por

lo que la

)g

Esta relación permite calcular la velocidad del cuerpo en el punto de altura hB, si este punto está justamente en el suelo, entonces vB será la velocidad de impacto en el suelo.

Las unidades de energía y de trabajo son las mismas. En el sistema MKS es el Joule y en el sistema CGS es el ergio. EQUIPO Y MATERIALES 01 rampa de lanzamiento 39


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33


01 esfera metálica (balín) 01 abrazadera 01 cronometro 01 plomada 04 hojas blancas 04 hojas de papel carbón Reglas

MONTAJE

PROCEDIMIENTO 1. 2. 3. 4.

5. 6.

Instale el equipo como muestra la Fig. 02. Una las cuatro hojas con el fin que obtenga una hoja de mayor tamaño. Haga lo mismo con las hojas de papel carbón. Coloque en el suelo el papel carbón con la superficie carbón hacia arriba, y luego, coloque encima el papel blanco. Consiga que la plomada (nivel) cuelgue de la orilla de la mesa y quede sobre el plano. Luego deje caer el balín 10 veces desde diferentes alturas (posiciones A, B y C de la rampa). Las velocidades horizontales del balín al dejar la rampa van a ser distintas dependiendo de las diferentes alturas a que es abandonado. Además mida la altura del punto D. Mida el valor de cada una de las alturas tomando como nivel referencia la superficie del suelo. Mida, también, las distancias OA΄, OB΄ y OC΄.. Mida la masa de la esfera.

* Anotar las medidas en las tablas correspondientes. CUESTIONARIO 39


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34


En la Fig. 02 determine la energía en los puntos A, B, y C, tomando como referencia el nivel del suelo. 2. Calcule la velocidad en los puntos A΄, B΄ y C΄ usando las ecuaciones de movimiento parabólico y las medidas h D , OA΄, OB΄, y OC΄. 3. Calcule la energía total en los puntos A΄, B΄, y C΄ y D. 4. ¿En qué condiciones una fuerza efectúa un trabajo positivo?¿Y un trabajo negativo?¿Y un trabajo nulo? Proporcione ejemplos que ilustren cada caso. 5. Al calcular las energías en los puntos respectivos ¿Se cumple el principio de Conservación de Energía? Explique el Porqué de su respuesta. 6. Cite dos ejemplos en los que una fuerza esté ejercida sobre un objeto sin que éste realice algún trabajo sobre el objeto. 7. Usando el teorema del trabajo y la energía, explique ¿Por qué la fuerza de rozamiento cinética siempre tiene el efecto de reducir la energía cinética de una partícula? ANALISIS DE DATOS 1.

PUNTOS

h (cm)

V (cm/s)

EP (Ergios)

EK (Ergios)

ETOTAL (Ergios)

A B C D A΄ B΄ C΄

PUNTOS

39

X (cm)

PUNTOS

OA΄

D A΄

OB΄

D B΄

OC΄

D C΄

t (s)


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CONCLUSIONES CONCLUSIONES _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

Nota  


CUESTIONARIO 1. _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 2.

_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

3.

_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

4.

_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

39


Pag

36


5.

_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

6.

_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

7.

_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

5° PRÁCTICA: ARQUIMEDES

PRINCIPIO

DE

1. OBJETIVO 

Determinar la densidad de los sólidos aplicando el principio de Arquímedes.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO El principio de Arquímedes nos dice que : << Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido recibe de parte de éste un empuje vertical ascendente igual al peso del fluido desalojado >>.

En forma matemática: E = Wa - Wf = ρf g Vs = γ f Vs (1)

39


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37


Donde: Wa es el peso del cuerpo en el aire, Wf es el peso del cuerpo en el fluido f densidad del fluido, f peso especifico del fluido y Vs volumen del cuerpo de la zona sumergida. a)

Densidad de un sólido

Primero se pesa el sólido en el aire ( Wa ) y, luego se determina su peso sumergido en un fluido (Wf ). Considerando a la ecuación (1) E = Wa - Wf es decir,

γf Vs = Wa - Wf Wa - Wf

Vs =

(2)

γ

f

Se sabe que: γ

s

=

Wa

(3)

V s

De la ecuación (2) en (3) γ

s

=

W a

Wa - Wf

=

W .γ f a Wa - Wf

γ

f

Simplificando tenemos: ρ

s

=

W a Wa - Wf

ρ f

(4)

3. EQUIPO Y MATERIALES 3 Sólidos de metal. 1 Balanza de triple brazo. Dinamómetros

39


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38


4. PROCEDIMIENTO Densidad de sólidos 1. Determine los pesos de los sólidos metálicos en el aire (Wa). Anotar en la tabla Nº 1. 2. Determine los pesos de los sólidos metálicos sumergidos en el agua (Wf ). Anotar en la tabla Nº 1. 3. Mediante la ecuación (4) determine las densidades de los sólidos metálicos. TABLA N° 1

Sólidos

Wa (N)

Wf (N )

s

( g/cm3 )

1 2 3

5. ANALISIS DE DATOS 39

1. DENSIDAD DE UN SÓLIDO ____________________________________________________________________________ FÍSICA I: PESQUERIA

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SÓLIDOS ρ

W =

s

α

W

α

- W

f

ρ (g / cm 3 ) f

1 2 Grafique en papel milimetrado los datos de la tabla considerando como variable dependiente los pesos y como variable independiente los volúmenes. ¿Qué representa la pendiente de la recta de la gráfica? • Calcular el error cometido en la determinación de la densidad de los 3 sólidos considerados. •

Nota  


6. CUESTIONARIO

1. 2. 3. 4. 5.

Dígase si puede ser estable, inestable o indiferente el equilibrio de un cuerpo que flota en el agua ¿A que se debe el empuje hidrostático? ¿Cuándo no se cumpliría el Principio de Arquímedes? Al introducir un cuerpo en un líquido ¿Puede ocurrir que el empuje E de Arquímedes sea mayor que el doble del peso P del cuerpo? Explique. Aplicando el principio de Arquímedes y la dinámica encuentre la aceleración de un cuerpo cuando es mayor el peso específico del cuerpo que el del fluido.

7. CONCLUSIONES _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 39


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Modulo Fisica I Pesq

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