caida libre

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MOVIMIENTO DE CAIDA LIBRE DE LOS CUERPOS Orlando Alba Polo Roberto Caraballo Pacheco José Moreno Álvarez Kevin Ricardo Sejín UNIVERSIDAD DE CORDOBA FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERÍAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS McS. RAFAEL COGOLLO RESUMEN En esta práctica de laboratorio se tomaron distintas medidas de altura de donde se dejaba caer el cuerpo en las cuales se tomaba unas medidas de tiempo con la ayuda de unas barreras ópticas; este tiempo era registrado por un contador que también hacía parte del montaje. Se tomaron 5 medidas de altura; en cada altura estaba ubicada una barrera óptica que registraba la medida de tiempo en dicha altura. Utilizamos dos cuerpos (Una esfera de madera y una de caucho). Cada cuerpo se dejó caer en tres oportunidades y se promediaron las medidas de tiempo registradas por el contador.

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Page 1: Caida Libre

MOVIMIENTO DE CAIDA LIBRE DE LOS CUERPOS

Orlando Alba Polo

Roberto Caraballo Pacheco

José Moreno Álvarez

Kevin Ricardo Sejín

UNIVERSIDAD DE CORDOBA

FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERÍAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS

McS. RAFAEL COGOLLO

RESUMEN

En esta práctica de laboratorio se tomaron distintas medidas de altura de donde se dejaba

caer el cuerpo en las cuales se tomaba unas medidas de tiempo con la ayuda de unas

barreras ópticas; este tiempo era registrado por un contador que también hacía parte del

montaje.

Se tomaron 5 medidas de altura; en cada altura estaba ubicada una barrera óptica que

registraba la medida de tiempo en dicha altura.

Utilizamos dos cuerpos (Una esfera de madera y una de caucho). Cada cuerpo se dejó

caer en tres oportunidades y se promediaron las medidas de tiempo registradas por el

contador.

TEORÍA RELACIONADA

Un caso particular de movimiento

rectilíneo con aceleración constante es el

de un cuerpo que se mueve

verticalmente, bajo la acción de la fuerza

gravitacional (10 m/s2). [1]

Este movimiento tiene una premisa en

particular: “Todos los cuerpos caen con la

misma velocidad independientemente de

su peso”.

Page 2: Caida Libre

En el movimiento de caída libre, todos los

cuerpos adquieren la misma aceleración,

que llamamos aceleración de la

gravedad, la cual la definimos como (10

m/s2), y sus ecuaciones están definidas

así:

MATERIALES

☯ Una esfera de madera

☯ Una esfera de caucho

☯ Un contador 4-4

☯ 5 Barreras ópticas compactas

☯ Una base triangular

☯ Una varilla de soporte L=1000mm

☯ Una regla L=1000mm

☯ 14 cables de conexión L=100mm

☯ 8 pinzas de ángulo recto

☯ Una Esfera de acero con ojete

☯ 3 pinzas universales

☯ 2 corredoras para regla graduada

☯ Una columna de madera e hierro

OBJETIVOS

Comparar el tiempo empleado, por

dos cuerpos de la misma forma y

distintas masas, en caer desde una

misma altura.

Analizar experimentalmente la

relación funcional entre la altura y el

tiempo empleado por el cuerpo que

cae libremente cerca de la superficie

terrestre.

MONTAJE Y PROCEDIMIENTO

Figura 1.

Para la primera parte de este

experimento, tome una esfera de

madera y una de caucho. Deje caer

simultáneamente y desde alturas iguales

a los dos cuerpos y observe cual cae

primero.

Page 3: Caida Libre

Realice el montaje de acuerdo con el

diagrama de la figura 1. Las barreras

ópticas deben estar bien alineadas para

evitar dañarlas al pasar el cuerpo con

este fin se utiliza la esfera con ojete

atada al hilo como una plomada. Las

alturas de caída son medidas con

respecto al piso con ayuda de las

correderas de la regla.

Luego de realizar el montaje, determine

las alturas desde el suelo y lleve los

datos a una tabla. Deje caer la esfera de

madera (tres veces) y tome los datos de

tiempo mostrados en el contador,

obtenga los promedios de los tiempos y

construya una tabla de altura (y) contra

tiempo. Posteriormente reemplace la

esfera de madera por una de caucho y

repita el procedimiento anterior.

RESULTADOS

Altura

(cm)

Tiempo 1

(s)

Tiempo 2

(s)

Tiempo 3

(s)

80.7 0 0 0

59.0 0.181 0.183 0.192

47.0 0.233 0.235 0.243

33.6 0.279 0.281 0.290

16.2 0.333 0.335 0.345

TABLA Nº 1. Ocasiones de tiempo en que se dejó caer la

esfera de madera para cada altura

TABLA Nº 2. Promedio de tiempo de las ocasiones en que se

dejó caer la esfera de madera para cada altura

Altura

(cm)

Tiempo 1

(s)

Tiempo 2

(s)

Tiempo 3

(s)

80.7 0 0 0

59.0 0.171 0.173 0.172

47.0 0.222 0.224 0.223

33.6 0.269 0.271 0.269

16.2 0.323 0.325 0.323

TABLA Nº 3. Ocasiones de tiempo en que se dejó caer la

esfera de caucho para cada altura

Altura

(cm)

Tiempo

promedio (s)

80.7 0

59.0 0.172

47.0 0.223

33.6 0.269

16.2 0.323

TABLA Nº 4. Promedio de tiempo de las ocasiones en que se

dejó caer la esfera de caucho para cada altura

EVALUACIÓN

1. Compare los tiempos

obtenidos para cada esfera.

¿Que concluye? Explique su

respuesta.

R/ de las tablas obtenidas

experimentalmente podemos observar

que el tiempo para cada esfera es

aproximadamente el mismo, Altura

(cm)

Tiempo

promedio (s)

80.7 0

59.0 0.185

47.0 0.237

33.6 0.283

16.2 0.338

Page 4: Caida Libre

independiente de su forma, masa y

constitución, la pequeñas

discrepancias obtenidas en los

tiempos se deben sencillamente a que

se han tenido en cuenta los efectos

excesivos del aire que varían

dependiendo la forma del cuerpo pero

para un experimento ideal donde no

exista la fuerza de rozamiento de los

tiempos deben ser iguales, así

concluimos que independientemente

de la forma del cuerpo, si se deja caer

de una misma altura llegan al mismo

tiempo.

2. Realice las graficas de la

altura (y) en función del

tiempo (t) ¿Qué tipo de

grafica obtienes?

R/

FIGURA 2. Grafica de altura en función del tiempo de la

esfera de caucho.

FIGURA 3. Grafica de altura en función del tiempo de la

esfera de madera.

Como notamos las graficas anteriores

observamos que las graficas son

parecidas a semiparabolas abiertas

hacia abajo debido al sistema de

referencia que estas tomando, estas

graficas indican que a medida que

transcurre el tiempo, la distancia

disminuye es decir el cuerpo va

alcanzando el suelo, también notamos

que la pendiente de la curva va

aumentando progresivamente es decir

la velocidad en valor absoluto

aumenta.

3. ¿Qué relación existe entre

las distancias recorridas y el

tiempo?

R/ La relación existente entre el espacio

recorrido y el tiempo en este movimiento

es que el espacio recorrido aumenta

cuadraticamente en el tiempo, por lo

tanto su pendiente aumenta

uniformemente y en cada intervalo tiene

Page 5: Caida Libre

un valor diferente la velocidad, es decir

matemáticamente

4. Realice la grafica de la altura

(y) en función del tiempo al

cuadrado (t²) ¿Qué tipo de

grafica obtienes?

R/

FIGURA 4. Grafica de altura en función del tiempo al

cuadrado de la esfera de caucho.

FIGURA 5. Grafica de altura en función del tiempo al

cuadrado de la esfera de madera.

Como notamos la grafica de

es una línea recta cuya pendiente es

negativa debido al sistema de

referencia tomado. Como notamos a

medida que aumenta el tiempo, la

distancia y disminuye las variables

anteriores están relacionadas entre si

por una ecuación de línea recta de la

forma y = m.t²+B donde m es la

pendiente y B es el intersecto con el

eje y.

5. Halle la pendiente de las

graficas (y) en función de (t2)

¿Qué unidades poseen?

¿Qué ecuación relaciona las

variables (y) y (t)?

R/ Pendiente de la grafica de y en

función de t2 de la esfera de caucho.

Pendiente de la grafica de y en

función de t2 de la esfera de madera,

las unidades son distancia sobre

tiempo al cuadrado cm/s² la ecuación

que las relaciona es de la forma y =

m.t²+B :

y = -748.27 t² + B;

de la grafica B = 80.7

y = -748.27 t² + 80.7

6. ¿A partir del resultado

anterior, qué magnitud física

puede calcular? Calcúlela en

cada caso. Compare los

resultados obtenidos. ¿qué

concluye?

R/ A partir de lo calculado en el punto

anterior y de la teoría calculada en texto

científico podemos calcular la magnitud

Page 6: Caida Libre

de aceleración de cada cuerpo es decir

de la teoría sabemos que

;

Comparando con:

Así la pendiente donde

(Para la esfera de

caucho)

Notemos que para cada cuerpo

indistintamente en tamaño y forma la

aceleración es aproximadamente la

misma, también a partir de la aceleración

podemos calcular la velocidad para cada

tiempo t utilizando una simple ecuación

de la cinemática.

7. Calcule la velocidad de la

partícula en cada intervalo de

tiempo medido y grafique la

velocidad (v) como función

del tiempo (t) ¿Qué tipo de

grafica obtiene?

R/ De los datos obtenidos para cada

esfera vamos a obtener la ecuación

matemática que describe Y en función de

T utilizando técnicas de mínimo cuadrado

y un programa de computación así la

ecuación obtenida para la 1ª esfera

(madera) siguiente:

La velocidad para cada t:

Para cada t se calcula según la siguiente

tabla:

t V(t)0 -29.1

0.185 -206.70.237 -256.620.283 -300.780.338 -353.58

TABLA Nº 5. Velocidad para cada instante de tiempo de la

esfera de madera.

FIGURA 6. Grafica de velocidad en función del tiempo de la

esfera de madera.

Y para la 2ª esfera (caucho) tenemos que

TABLA Nº 6 Velocidad para cada instante de tiempo de la

esfera de caucho.

t V(t)0 0

0.172 -174.560.223 -226.320.269 -300.780.323 -353.58

Page 7: Caida Libre

FIGURA 6. Grafica de velocidad en función del tiempo de la

esfera de caucho.

Para cada esfera cuando graficamos la

velocidad en función del tiempo

obtuvimos una línea recta. La ecuación

que describe la grafica es de la forma

mx+b.

8. Halle la pendiente de la

grafica (v) como función del

tiempo (t). ¿Qué unidades

posee? ¿Qué significado

físico posee?

R/ La pendiente de la grafica (v) como

función del tiempo (t). se obtiene

utilizando geometría básica

Las unidades son de distancia sobre

tiempo al cuadrado que corresponden a

unidades de aceleración, de hecho el

valor calculado anteriormente representa

la aceleración de la esfera de madera.

9. Compare los valores

calculados en el punto 6 y 8.

¿Qué concluye?

R/ Como notamos los valores son

aproximadamente los mismos.

10. Calcule el error relativo entre

los valores calculados en el

punto 6 y 8 y el valor teórico.

¿Qué concluye?

R/ E= q – q Error absoluto

Er= q – q / q

Luego,

E= (-1496.54) – (-960) = -536.54

Er= -536.54/-960 = 0.558

CONCLUCIÓN

En el estudio de este movimiento

pudimos observar la influencia que tiene

la aceleración (gravedad) y el

comportamiento del aire y la masa de los

cuerpos que se dejan caer a una misma

altura los cuales no influyen en los

tiempos que tardan cada cuerpo en caer.

En esta experimentación su pudo

comprobar también que en este tipo de

movimiento al igual el rectilíneo uniforme

acelerado, se presenta una aceleración

constante y hallamos las distintas

ecuaciones que nos permiten solucionar

problemas donde se presente este tipo

de movimiento.

Page 8: Caida Libre

BIBLIOGRAFÍA

[1] ZALAMEA EDUARDO,

RODRIGUEZ JAIRO, PARIS

ROBERTO, FISICA 10º BOGOTA:

EDUCAR EDITORES, 2001 2ª

EDICION