POLITÉCNICO COLOMBIANO JAIME ISAZA CADAVID FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS, SOCIALES Y HUMANAS ASIGNATURA PROGRAMA NOMBRE DE PRÁCTICA TIPO DE PRÁCTICA
Física I Tecnologías e ingenierías politécnico LA Movimiento en una dimensión
del
Experimental
INVESTIGACIÓN PREVIA. (PREINFORME) ● ●
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¿Qué es y cómo funciona un riel de aire? Grafique las expresiones teóricas para x(t) para x(t) en el caso de un movimiento rectilíneo con velocidad constante y en el caso de un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. Consulte por qué la aceleración de la gravedad que conocemos con un valor de 9.8 m/s2 es válida sólo cerca de la superficie terrestre. Consulte sobre el funcionamiento físico de un sensor de ultrasonido.
INTRODUCCIÓN Para describir el movimiento de una partícula, debe expresarse la dependencia de su posición respecto al tiempo. Cuando la partícula tiene un movimiento rectilíneo, su posición puede darse por la coordenada del eje a lo largo del cual se mueve, que denominaremos X(t) denominaremos X(t).. La rapidez con que la partícula cambia de la posición X0 en el tiempo t0 a la posición X en el tiempo t en el intervalo de tiempo Δt Δt está está dada por la velocidad media, media, definida como: (1)
La cual indica en promedio como varía la posición de la partícula en el intervalo Δt , sin dar detalle de lo ocurrido en los instantes intermedios. Para describir la rapidez con que la partícula cambia de posición en cada instante de tiempo, es necesario considerar intervalos de tiempo infinitesimales, lo cual se consigue mediante el proceso del límite, en términos del cual se define la velocidad
instantánea de la partícula como. (2) En una gráfica de la posición contra el tiempo, la velocidad instantánea toma el valor de la pendiente de la recta tangente a la curva en cada punto. Si el movimiento de la partícula es rectilíneo uniforme, entonces la velocidad instantánea es constante e igual a la velocidad media. En este caso, la posición de la partícula se determina integrando la ecuación (2) (3) Donde X0 es la posición en el instante t0=0s. Por otra parte, se denomina aceleración al cambio de la velocidad por unidad de tiempo; si dicha variación se considera en un intervalo Δt , se tiene una aceleración media: (4) Nuevamente, esta cantidad no indica las variaciones de la velocidad en los instantes intermedios, por lo que definimos la aceleración instantánea de la partícula como: (5) En el caso en que la aceleración instantánea es constante, la velocidad varía uniformemente; su valor lo obtenemos integrando la ecuación anterior. (6) Donde la velocidad en el instante t 0=0ses V0. Integrando ahora la ecuación (6) determinamos la posición en función del tiempo: (7) Esta expresión se reduce a la ecuación (3) cuando a=0m/s 2, ya que en este caso la velocidad se mantiene constante y la posición cambia uniformemente en el tiempo. La caída libre de un cuerpo es un ejemplo típico de un movimiento con aceleración constante igual a la aceleración gravitacional; esta situación es válida sólo para alturas pequeñas comparadas con el tamaño de la tierra. Considerando la dirección vertical positiva hacia arriba, tenemos que las ecuaciones para la caída libre son: (8) (9) Donde g=9.8m/s2es la magnitud de la aceleración de la gravedad.
En la medición del laboratorio no es posible realizar medidas en intervalos de tiempo infinitesimales, lo que impide que sea posible la medición de velocidades y aceleraciones instantáneas.Para la medición de las velocidades y aceleraciones instantáneas, en el laboratorio se usa un riel de aire (figura 1), un software adecuado y un sensor de ultrasonido.
Figura 1.Riel de
aire.
PALABRAS
CLAVES:
Movimiento velocidad,
unidimensional, aceleración.
ELEMENTOS COMPETENCIA
DE
Identifica
experimentalmente la diferencia entre un movimiento con velocidad uniforme, y uniformemente acelerado en una dimensión. Definelas condiciones experimentales propias de la medición de velocidades y aceleraciones en un movimiento unidimensional.
OBJETIVO Determinar la relación funcional entre las cantidades físicas posición y tiempo de un cuerpo que describe, en una dimensión, los movimientos: rectilíneo uniforme y rectilíneo con aceleración constante.
EQUIPOS E INSTRUMENTAL Equipo RIEL DE AIRE SENSOR DE ULTRASONIDO PC CON SOFTWARE ADECUADO BALANZA DE BRAZO MASAS Y CUERDA
PRECAUCIONES Las dispuestas en la inducción al uso de equipos de Laboratorio.
PROCEDIMIENTO De acuerdo a las instrucciones previas del docente y con la ayuda de él, familiarícese con el sistema de adquisición de datos para la medida de posición vs t. Utilice además los conceptos y herramientas gráficas de la práctica 2. ¿Con base en la medida de la posición, dónde está ubicado el cero del sistema de referencia? ¿En qué sentido se orienta la dirección positiva del sistema de referencia?
Con la mesa completamente horizontal y utilizando un tiempo de muestreo de 0.5 segundos. Durante 50 segundos tome datos de posición vs tiempo para el carril en movimiento. Grafique los datos obtenidos utilizando la herramienta que usted considere.
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¿Qué observa en las gráficas X vs t?, ¿se puede concluir qué tipo de movimiento es: MRU O MRUA?
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¿Por qué la pendiente en las gráficas cada vez es menor?
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¿Qué indica el cambio de pendiente positiva a negativa?
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Analice las funciones por tramos y calcule la velocidad en cada tramo vectorialmente.
Pese el deslizador o carril y cuelgue una masa “M” de manera que al soltarla acelere el coche como se muestra en la figura 2.
Figura 2. Esquema de generación de un movimiento con aceleración constante. Ubique el carril (de masa m) lo más cercano posible al sensor de ultrasonido, amarre una masa M, en el extremo opuesto de una cuerda al final del riel, pase la cuerda por la polea (ver figura 2), suelte el carril y tome datos de X vs t con un tiempo de muestreo menor al usado antes. ●
¿Qué observa?
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Analizando las gráficas por tramos, identifique el tipo de movimiento. ¿Cuál fue la aceleración del carril en movimiento?
Con los datos obtenidos de X vs t. Proponga la función de la curva que mejor representa los puntos experimentales para el tipo de movimiento identificado. Interprete el significado físico de las constantes de la curva ajustada.
(OPCIONAL) Incline un poquito el riel de aire, un ángulo de 5° aproximadamente, suelte el carril desde el reposo en el extremo opuesto del riel en el que está ubicado el sensor, tome datos de X vs t. ●
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¿Qué observa?
Analizando las gráficas por tramos, identifique el tipo de movimiento. ¿Cuál fue la aceleración del carril en movimiento en alguno de los tramos?
¿Qué puede decir de la concavidad de la curva?
¿En qué sentido se orienta la dirección positiva del sistema de referencia?
REGISTRO DE DATOS: TABULE SUS DATOS PARA ENTREGAR.
CONTENIDO DEL INFORME: ●
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Presentar los diferentes modelos matemáticos usados en la experiencia y contestar cada pregunta presente en el procedimiento. Reportar los datos experimentales de cada experiencia y hacer los cálculos con sus respectivos errores.
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Hacer las gráficas pedidas para cada situación experimental.
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Indicar las posibles causas de error en la experiencia.
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Conclusiones generales de la experiencia.
REFERENCIAS
Sears F., Zemansky M., Young H. y Freedman R. Física Universitaria.Volumen I. Editorial Pearson-Addison Wesley (2005). Serway R. y Jewett J. Física I . Editorial Thomson (2004). Alonso M. y Finn E. J. Física. Editorial Addison-Wesley Iberoamericana (1995). Tipler P. A. Física. Editorial Reverté (1994). Montoya M. y Muñoz J. Guía de Prácticas. Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid (1993) . www.unalmed.edu.co/fisica
