manual fisica i 2010

Manual de laboratorio de Fsica

TRABAJO INTRODUCTORIOTRATAMIENTO ESTADSTICO DE DATOS1. OBJETIVOS

Aprender a organizar y graficar los datos experimentales haciendo uso de tablas y papeles grficos. Aprender tcnicas de ajuste de curvas, principalmente el mtodo de regresin lineal y el mtodo de mnimos cuadrados. Obtener ecuaciones experimentales que describan el fenmeno fsico e interpretarlas.

2. FUNDAMENTO TERICO

Los datos tericos en un proceso de medicin se organizan en tablas. Las tablas de valores as confeccionadas nos informan acerca de las relaciones existentes entre una magnitud y otra, una alternativa para establecer dichas relaciones es hacer representaciones grficas en un sistema de ejes coordenados con divisiones milimetradas, logartmicas o semilogartmicas, segn sea el caso, con el fin de encontrar grficas lineales (rectas) para facilitar la construccin de las frmulas experimentales que representan las leyes que gobiernan el fenmeno. Las representaciones grficas que aparecen con ms frecuencia son:

Funcin Lineal : Funcin Potencial: Funcin Exponencial:

a. Uso del papel milimetrado: Para el uso del papel milimetrado se debe tener en cuenta lo siguiente:

Se debe tener cuidado de escribir los valores de las variables independiente en el eje de la abscisas y las variables dependientes ene el eje de las ordenadas. La distribucin as obtenida se unen mediante una curva suave usando una regla curva o trazo a mano alzada. Funcin Lineal: La distribucin de puntos en el papel milimetrado es de tendencia lineal, entonces, se realiza el ajuste de la recta mediante el mtodo de regresin lineal por mnimos cuadrados. Esto significa que la relacin que se busca tiene la forma de una recta, cuya ecuacin es: , en donde las constantes a determinar son: la pendiente m y la ordenada en el origen (intercepto) b, siguiendo el procedimiento que se detalla a continuacin.

Primero se construye la tabla 1. Se calcula la pendiente y el intercepto segn las ecuaciones (i) y (ii).

............

TABLA 1.

b. Uso del papel logartmico: Los grficos de las relaciones de la forma potencial en el papel logartmico son rectas de pendiente M=n, que cortan en el eje vertical en: . Se recomienda usar papel logartmico de 3x3; en donde cada ciclo est asociado a una potencia de 10, el origen de un eje logartmico puede empezar con 10-2, 10-1, 100, 101, 102, etc.

Funcin Potencial: Al tomar logaritmo decimal a la ecuacin , obtenemos:

Que tiene la forma lineal:

En donde: , ,

De esto, podemos observar que el mtodo de regresin lineal puede ser aplicado a una distribucin potencial de puntos. Para el uso del papel logartmico se toma el logaritmo decimal a cada uno de los datos, construyendo as la tabla 2 (construya esta tabla, cuidando de colocar los valores con un mnimo de cuatro decimales de redondeo en cada columna). Para determinar los valores de M y B, se usan las ecuaciones (iii) y (iv).

Ahora para encontrar la ecuacin de la funcin potencial , graficada en un papel milimetrado debemos determinar los valores de M y k. Del prrafo anterior se tiene que: M=n y k=10b.

..................

TABLA 2.

3. MATERIALES

Calculadora Papel milimetrado Papel logartmico Papel semilogartmico

4. DATOS

Se analizan tres experimentos: la conduccin de corriente por un hilo conductor de micrn. La elevacin de agua en un depsito y la actividad radiactiva del radn, en los cuales se obtiene los datos mostrados en las tablas 3, 4 y 5.Intensidad (A)Voltaje (V)

0,52,18

14,36

28,72

417,44

TABLA 3. Medida de la intensidad de corriente elctrica conducida por un hilo conductor de micrn a una determinada diferencia de potencial aplicada entre sus extremos.Altura h(cm)30201041

Dimetro D(cm)Tiempo de vaciado t(s)

1,57359,9432714

241,233,724157,8

318,414,9116,83,7

56,85,33,92,63,7

73,22,721,31,5

TABLA 4. Tiempo de vaciado de un depsito con agua y las alturas del nivel para cuatro llaves de salida de diferentes dimetros.Tiempo t(das)012345678910

Porcentaje A(%)10084705949413427242017

TABLA 5. Porcentaje de la actividad radiactiva del Radn

5. CLCULOS Y RESULTADOSa. De la tabla 3, grafique en una hoja de papel milimetrado V vs tEscogiendo adecuadamente un par de puntos (x1,y1) y (x2,y2) determine la ecuacin de la recta.

Utilizando mnimos cuadrados determine la ecuacin de la recta y compare sus resultados con el obtenido utilizando solo dos puntos.

b. De la tabla 4: Escogiendo la cantidad de puntos mnima necesaria determine la ecuacin de la curva en cada caso

Determine en cada caso la ecuacin correspondiente utilizando mnimos cuadrados.

i. En una hoja de papel milimetrado grafique t vs D para cada una de las alturas.ii. En la hoja de papel milimetrado grafique t vs h para cada dimetro.iii. En una de papel logartmico grafique t vs D para cada una de las alturas.iv. En un papel logartmico grafique t vs h para cada dimetro.v. Realice el siguiente cambio de variable: y grafique en el papel milimetrado.

c. De la tabla 5: Escogiendo la cantidad de puntos mnima necesaria determine la ecuacin de la curva en cada caso

Determine en cada caso la ecuacin correspondiente utilizando mnimos cuadrados.

i. En una hoja de papel milimetrado grafique A vs t.

ii. En una hoja de papel semilogartmico grafique A vs t.

OBSERVACIONES............

CONCLUSIONES............

EXPERIMENTO N 11. OBJETIVOSEl estudiante al final de la prctica de laboratorio estar en condiciones de:1.1. MEDICIONES Y SU INCERTIDUMBRE Manejar correctamente el vernier y el micrmetro. Entender cmo se miden longitudes, dimetros y profundidades. Aprender a encontrar la incertidumbre de una medida y su propagacin.1.2. MEDIDA DE TIEMPOS Determinar la relacin entre el periodo y la longitud l del pndulo, construir funciones polinmicas que representen dicha relacin.

2. FUNDAMENTO TERICO2.1. MEDICIONES Y SU INCERTIDUMBRE

a. Medicin: La medicin de una magnitud fsica consiste en compararla con un cierto valor unitario o valor patrn de la misma.

b. El Vernier o Pie de Rey: Es un instrumento usado para medir longitudes con hasta 1/20 milmetros de precisin.

c. El Micrmetro: Es un instrumento empleado para medir magnitudes lineales por el mtodo de medicin directa. Su principio de funcionamiento est basado en el mecanismo de tornillo y tuerca, mediante el cual, si mantenemos fija la tuerca y hacemos girar el tornillo una vuelta completa, ste se desplaza longitudinalmente una distancia, denominada avance, igual al paso de rosca del tornillo. En general, los micrmetros se construyen con una apreciacin de 0,01 mm; ahora bien, en ocasiones - y para determinadas aplicaciones - se construyen con diferentes precisiones.

d. Incertidumbre en una medicin: La medicin de una magnitud fsica se expresa como:

La incertidumbre de una medicin est dada por la mitad de la mnima escala del instrumento de medicin (error sistemtico).

La incertidumbre para dos o ms mediciones est dada por:

e. Propagacin de incertidumbres: Sean las magnitudes x e y con sus respectivas incertidumbres x,y; la propagacin de incertidumbres para la suma, resta, multiplicacin y cociente de estas, est dada por:

2.2. MEDIDA DE TIEMPOSa. El periodo de un pndulo esta dado por:

l : longitud del pndulog=9,81 m/s2 : aceleracin de la gravedad3. MATERIALES3.1. MEDICIONES Y SU INCERTIDUMBRE Manual de laboratorio de Fsica

3.2. UNTECS 2010-IPgina 1

1 Pie de rey 1 Micrmetro 1 Cinta mtrica 1 Varilla 1 Paraleleppedo 1 Tubo pequeo

3.3. MEDIDA DE TIEMPOS

1 Soporte Universal 2 Nueces doble 1 Pasador 1 Platillo para pesas de ranuras 1 Pesa de ranura, 10g 1 Pesa de ranura, 50g 1 Sedal 1 Cronmetro 1 Cinta mtrica4.

FIGURA 1. Montaje para el experimento medida de tiempos.

5. PROCEDIMIENTO

2. 3. 4. 4.1. MEDICIONES Y SU INCERTIDUMBRE

Medir con la mayor precisin posible las longitudes y/o dimetros de los objetos (cilindro compacto y cilindro hueco). Utilizando el instrumento de medida apropiado (cinta mtrica, pie de rey, micrmetro los tres). Repetir 3 veces esta medicin y llenar la tabla 1 con los valores obtenidos.

Medir con la mayor precisin posible por una sola vez, las dimensiones del paraleleppedo. Y anote sus datos en la tabla 4.

4.2. MEDIDA DE TIEMPOS

Monte el sistema segn indica la figura 1. Variando la altura de la nuez doble inferior, ajustar la longitud del pndulo a una cierta longitud . Desve el pndulo lateralmente formando un ngulo pequeo () con la vertical, sultelo con cuidado y midiendo 10 oscilaciones completas determine el periodo de dicho pndulo. Repita 5 veces, obteniendo as: . Determine el periodo ms probable de dicho pndulo como la media aritmtica de las cinco mediciones anteriores. Realizar los pasos anteriores para . Anotar sus resultados en la tabla 5.

EXPERIMENTO: 01REPORTE DE LABORATORIOApellidos y Nombres:

Carrera Profesional:Curso:

Cdigo alumno:Profesor:

Fecha de Realizacin: Fecha de entrega:

1. MEDICIONES Y SU INCERTIDUMBRE 1.1. Halla la media () de los 3 valores medidos y antala en la tabla 3.CuerposInstrumentode medidaValores medidosxx

Cilindro compactoLongitud(l) (mm)Regla

Vernier

Micrmetro

Dimetro(d) (mm)Regla

Vernier

Micrmetro

Cilindro huecoDimetroexterior(de) (mm)Regla

Vernier

Micrmetro

DimetroInterior(di) (mm)Regla

Vernier

Micrmetro

Altura(h) (mm)Regla

Vernier

Micrmetro

TABLA 3. Errores sistemticos.

1.2. Con las longitudes medidas en el paraleleppedo (largo, ancho y alto), hallar el rea A y el volumen V de ste. Suponiendo que se coloca 100 paraleleppedos, apoyados uno sobre otro, formando un gran paraleleppedo, determinar para este:1.2.1. El rea total A100.1.2.2. El volumen total V100.Llenar la tabla 4.CuerposCon la Cinta mtricaCon el vernierCon el micrmetro

ParaleleppedoLargo a

Ancho b

Alto h

A

V

Combinacin de 100paraleleppedosLargo a100

Ancho b100

Alto h100

A100

V100

Utilizando datos de la Tabla 3: Calcule.

CilindroCompactorea total

Volumen

CilindroHuecorea total

Volumen

TABLA 4. Propagacin de errores.1.3. Cundo se utiliza la cinta mtrica, cundo el pie de rey y cundo el micrmetro, por qu?........1.4. Con qu precisin se leen los valores en estos tres instrumentos?........1.5. Las dimensiones de un paraleleppedo se pueden determinar con una sola medicin? Si no, cul es el procedimiento ms apropiado?..............1.6. Qu sucede con las incertidumbres al hallar el rea, de una cara, y el volumen del paraleleppedo, por qu cree Ud. que sucede esto? ..............1.7. Qu es ms conveniente para calcular el volumen del paraleleppedo: una regla en milmetros, un pie de rey o un micrmetro; porqu?..............

2. MEDIDA DE TIEMPOS2.1. Anote sus datos en la tabla 5.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

TABLA 5. Medida de tiempos

2.2. Grafique la funcin discreta:

GRFICO 1.

2.3. De la grfica escoja convenientemente tres puntos diferentes y reemplace en la ecuacin cuadrtica siguiente:

Resolviendo las ecuaciones determine los valores de a, b y c.....................2.4. Calcule la incertidumbre :

....................

2.5. Grafique una nueva funcin discreta:

GRFICO 2. 2.6. De la grfica escoja convenientemente dos puntos , reemplace en la ecuacin lineal en y determine los coeficientes :

................

2.7. Utilizando el mtodo Parbola Mnimo-Cuadrtica hallar la ecuacin:

TABLA 6. Desarrollo de la Parbola Mnimo-Cuadrtica.........................CUESTIONARIOa. Explique el significado fsico de .b. En general como se elija , se obtendr un cierto valor para . Podra Ud. elegir de manera que sea mnima (aunque no pase por ninguno de los puntos de la funcin discreta)? Puede elegir de manera que ?c. Qu sucedera si en vez de dejar caer la masa del pndulo, esta se lanzara?d. Se puede observar que es muy difcil evitar que el pndulo rote al soltarlo. Modifica tal rotacin el periodo?, Por qu cree Ud. que sucede esto?OBSERVACIONES............RECOMENDACIONES DEL ESTUDIANTE..........CONCLUSIONESMEDICIONES Y SU INCERTIDUMBRE........

MEDIDA DE TIEMPOS........

EXPERIMENTO N 21. OBJETIVOS

El estudiante al final de la prctica de laboratorio estar en condiciones de:

1.1. MRUV Determinar la velocidad instantnea de un cuerpo en movimiento rectilneo a partir de la informacin posicin vs tiempo. Determinar la aceleracin instantnea a partir de la informacin velocidad vs tiempo.

1.2. CAIDA LIBRE Confirmacin de la proporcionalidad entre el recorrido de cada y el cuadrado del tiempo de cada libre de un cuerpo. Determinacin de la aceleracin de la cada libre g.

1.3. MOVIMIENTO COMPUESTO Determinacin del alcance en dependencia con el ngulo y la velocidad del disparo. Comprobacin del principio de superposicin del movimiento compuesto. Clculo de la velocidad inicial del disparo.


2.1. MRUVPara describir cuantitativamente el movimiento rectilneo de una partcula usamos los conceptos de posicin , velocidad y aceleracin como cantidades fsicas ntimamente relacionadas durante el proceso de movimiento. Consideremos el caso particular del movimiento ideal de un cuerpo a lo largo de una lnea recta, el cual partiendo del reposo recorre una distancia durante el intervalo de tiempo y el movimiento es con una aceleracin constante . Lo que significa que el cuerpo tiene un movimiento rectilneo uniformemente variado.Velocidad media en un intervalo de tiempo

Velocidad instantnea en un instante es el lmite de la funcin velocidad media alrededor del instante , cuando se aproxima a .

Aceleracin media en un intervalo de tiempo

Aceleracin instantnea en el instante es el lmite de la funcin aceleracin media alrededor del instante , cuando se aproxima a .

2.2. CAIDA LIBREUn cuerpo que cae con una aceleracin constante y sin ningn tipo de fuerza que est en contra de este movimiento se dice que est en cada libre. Se puede considerar que un cuerpo se encuentra en cada libre, si la distancia de cada es pequea en comparacin con el radio terrestre, despreciando los efectos del aire. Entonces, en un cuerpo que se deja caer y experimenta la cada libre se cumplir:

2.3. MOVIMIENTO COMPUESTOEl movimiento compuesto es la superposicin del Movimiento Rectilneo Uniforme (MRU) y del Movimiento Vertical de Cada Libre (MVCL), donde se cumple:

3. MATERIALES

3.1. MRUV

Carrito para medidas y experimentos Riel de movimiento de 1.5 m Soporte universal de mesa Sensor de ultrasonido Interface Computador

3.2. CAIDA LIBRE

Un equipo de cada libre Un contador electrnico Un juego de cables de experimentacin con seguridad de 75cm

3.3. MOVIMIENTO COMPUESTO

Un equipo de lanzamiento Un soporte para el equipo de lanzamiento Un tablero con escala de alturas Cinta mtrica Un papel carbn (trae el estudiante) Tres papeles bond (trae el estudiante)

4. PROCEDIMIENTO

4.1. MRUV

a. Colocar el sensor de ultrasonido, previamente conectado a la computadora mediante la interface, en un extremo del carril.b. Disponer el sistema carril/plano inclinado con una inclinacin de 10 a 15 (segn la figura 1)c. Colocar el carrito en la parte superior del plano inclinado y sostenerlo hasta dar inicio al proceso de toma de datos mediante el sensor.d. Ajustar los parmetros de medicin (intervalo de medicin en 10 ms, cantidad de valores en 200, duracin de la medicin en 2s).e. Una vez ajustado todos los parmetros de medicin, dar clic en Iniciar en el programa 3B-NETlab y un instante despus soltar el carrito. f. Observar la grfica y el registro de datos (posicin , tiempo ), que se obtienen. Repita el experimento para otro ngulo de inclinacin.g. Seleccionar una parte de la trayectoria descrita por el carrito para su anlisis y luego realizar el ajuste de curva a , considerando que es el valor que marca el cursor izquierdo. Anote su resultado.h. Designar al instante en el que se produjo el primer dato de la parte seleccionada como posicin inicial e instante inicial . Anote en la tabla 1.i. Los instantes en que el mvil ocupaba la posicin marcada por el segundo, tercer, cuarto y n-simo puntos, de la parte seleccionada, sern: y respectivamente. Complete la tabla 1.

NOTA: El tiempo transcurrido entre dos medidas sucesivas dadas por el sensor , puede ser igual a 10 ms dependiendo de la frecuencia a la cual se est trabajando.

FIGURA 1. Montaje experimental MRUV.4.2. CAIDA LIBRE

a. Disponer el sistema mostrado en la figura 2, conectar el contador de acuerdo a la figura 3 (tomar en cuenta la codificacin de colores de los casquillos) y ajustar la altura de cada h=0.70m.b. Enganchar la esfera de acero en la lengeta de sujecin entre los tres puntos de apoyo y presionar hacia abajo el arco de disparo.c. Iniciar el proceso de cada con una presin leve sobre el arco de disparo (ver figura 4).d. Anotar el registro del contador, repetir 4 veces.e. Modificar la altura de cada h a 0.65, 0.60,,0.05m y anotar las lecturas del contador en la tabla 2.

FIGURA 2. Montaje experimental del experimento de cada libre.

FIGURA 3. Conexin del equipo de cada libre con el contador.

FIGURA 4. Lengeta de sujecin y arco de disparo4.3. MOVIMIENTO COMPUESTO

Fijar el soporte, para el aparato de tiro, en el lado frontal de la mesa y colocar el aparato de tiro segn se muestra en la figura 5. Para determinar el alcance en dependencia con el ngulo:i. Colocar el proyectil en el nivel 1 de disparo, tomar un ngulo de 15 y disparar, anotar el alcance horizontal. Repetir 3 veces.ii. Tomar los ngulos 30, 45, 60 y 75, llenar la tabla 5. Para comprobar el principio de superposicin del movimiento compuesto:i. Colocar el proyectil en el nivel 1 de disparo, fijar un ngulo de 45 y observar la trayectoria del proyectil al disparar.ii. Colocar el tablero con escala de alturas en una posicin 1 conveniente y disparar. Anotar la altura Y alcanzada por el proyectil en el tablero y la distancia X del tablero hasta la posicin inicial del proyectil.iii. Colocar el tablero en la posicin 2, 3, 4 y 5 (ver figura 6), repetir lo anterior y llenar la tabla 7.

FIGURA 5. Montaje experimental para el movimiento compuesto.

FIGURA 6. Posiciones del tablero con escala.

FIGURA 7. Caractersticas del equipo.ADVERTENCIAS DE SEGURIDADA pesar de que la energa de tiro de la esfera es muy baja, sta no debe nunca dar en un ojo. Nunca vea directamente en el can del aparato de tiro! La posicin de la esfera se comprueba slo a travs de los orificios laterales del aparato de tiro. Antes del disparo est seguro que nadie se encuentre en la rbita de vuelo.





1. MRUV

1.1. Escriba la ecuacin de la curva ajustada en el paso g. del procedimiento

.

Explique que representa cada constante del ajuste........

1.2. Con los datos de los pasos h) e i) llenar la primera y tercera columna de la tabla 1; en y en .

1.3. Velocidad instantnea en A partir de las dos primeras columnas y haciendo las operaciones indicadas en la parte superior de la tercera columna de la tabla 1, llenar la tercera columna.Observar que la primera y tercera columnas definen la funcin velocidad media alrededor de , {}, observe tambin que esta funcin no est definida en .Repita lo mismo para los instantes los puntos que el profesor le indique.

TABLA 1. MRUV

1.4. Hacer un grfico de la funcin {}.Obsrvese que este grfico se puede considerar como constituido por dos partes:

(i) para (ii) para

Si prolonga ambas partes para que se encuentren en se obtendr aproximadamente la velocidad instantnea . Esta estar expresada en .De manera anloga realizar las grficas para las funciones , y

GRFICO 1. Velocidad instantnea para t4, t8, t12 y t16.

1.5. Grfico Obsrvese que el mtodo descrito para hallar la velocidad y aceleracin instantneas se basa slo en las respectivas definiciones, es decir, este mtodo es aplicable para cualquier dependencia de respecto de . En particular en este experimento se espera

La aceleracin es constante y podemos usar un mtodo alternativo para hallar su valor: graficar y con ayuda del Excel ajustar por el mtodo de mnimos cuadrados calcular la pendiente de la recta obtenida.

GRFICO 2.

2. CAIDA LIBRE

2.1. Hallar el promedio de tiempos y el cuadrado de los tiempos promedios para cada altura y completar la tabla 2.

t1t2t3

TABLA 2. Datos del experimento de cada libre.

2.2. Con los resultados obtenidos en la tabla 2, realizar un grfico .

GRFICO 3.

2.3. Usando el mtodo de regresin Parbola Mnimo-Cuadrtica, hallar la ecuacin del grfico 3, y comparndola con la ecuacin hallar el valor de .

TABLA 3. Desarrollo de la Parbola Mnimo-Cuadrtica...........................

2.4. Con los resultados obtenidos en la tabla 2, realizar un grfico .

GRFICO 4. 2.5. Usando el mtodo de regresin Recta Mnimo-Cuadrtica, hallar la ecuacin del grfico 4, y comparndola con la ecuacin hallar el valor de .

TABLA 4. Desarrollo de la Recta Mnimo-Cuadrtica.....................

2.6. Con los resultados obtenidos, calcular el valor promedio de la gravedad .

..........

3. MOVIMIENTO COMPUESTO

3.1. Calcular el valor promedio del alcance , el y completar la tabla 5.

TABLA 5. Datos experimentales.

3.2. Con los resultados de la tabla 5 hacer el grfico .

GRFICO 5.

3.3. Con el mtodo de mnimos cuadrados hallar la ecuacin del grfico .

TABLA 6. Mnimos cuadrados.......................3.4. Comparando el resultado obtenido en 3.3 con la ecuacin y usando el resultado obtenido en 2.6, calcular la velocidad inicial de disparo ...............

3.5. Hallar el promedio de las alturas alcanzadas por el proyectil, para cada posicin del tablero, y completar la tabla 7.

5

6

TABLA 7. Datos experimentales para el estudio del movimiento compuesto.3.6. Con los resultados de la tabla 7, hacer el grfico .

GRFICO 6.

3.7. Usando el mtodo de regresin Parbola Mnimo-Cuadrtica, hallar la ecuacin del grfico 6, y comparndola con la ecuacin calcular la velocidad inicial de disparo .

..................3.8. Hallar el promedio de los resultados obtenidos en los pasos 3.4 y 3.7.

..........

CUESTIONARIOa. Las gotas de lluvia, al caer, experimentan una cada libre?, por qu?b. Investigue sobre las propiedades fsicas de una gota de lluvia promedio (masa, volumen, altura promedio de cada). Cul sera la diferencia entre la gota experimentando cada libre y sin experimentarlo, que consecuencias traera en la vida diaria?c. Demostrar las ecuaciones .d. Se podra decir que con el experimento desarrollado se ha comprobado el principio de superposicin del movimiento compuesto? Explique.e. El movimiento circular es un movimiento compuesto? Explique.

OBSERVACIONES..................

RECOMENDACIONES DEL ESTUDIANTE............

CONCLUSIONESMRUV........CAIDA LIBRE........MOVIMIENTO COMPUESTO........

EXPERIMENTO N 31. OBJETIVO

1.1. CENTRO DE GRAVEDAD DE UN CUERPO El estudiante aprender a encontrar el centro de gravedad de los cuerpos regulares e irregulares planos.

1.2. POLIPASTO Averigua experimentalmente cual es la fuerza necesaria para elevar una carga con el polipasto.

1.3. REACCIONES EN LOS APOYOS EN UNA VIGA SIN CARGA El estudiante estar en capacidad de entender cmo se distribuye, en los apoyos, la fuerza por peso de una viga.

2. MATERIALES2.1. CENTRO DE GRAVEDAD DE UN CUERPO

Pie estativo Varilla soporte, 600mm Nuez doble Pasador Platillo para pesas de ranura, 10g Sedal Cartulina (30x40cm) Tijeras3. 3.1. POLIPASTO Pie estativo. Varilla soporte, 600mm. Varilla soporte con orificio, 100mm. Nuez doble (2). Platillo para pesas de ranura, 10g. Pesa de ranura, 10g (4). Pesa de ranura, 50g (3). Polea doble (2). Mango para polea. Dinammetro, 2N. Soporte para dinammetros. Cinta mtrica, 2m. Sedal.

3.2. REACCIONES EN LOS APOYOS EN UNA VIGA SIN CARGA Pie estativo 3 varillas soporte, 600mm 2 varillas soporte con orificio, 100mm Nuez doble Palanca Dinammetro, 1N Dinammetro, 2N Soporte para dinammetros Sedal

4. PROCEDIMIENTO4.1. CENTRO DE GRAVEDAD DE UN CUERPOa. Recortar de la cartulina los cuerpos planos regulares de la figura 1, del 1 al 6.b. Haz unos pequeos orificios en los puntos indicados, en los que quepa el pasador.c. Disponer el sistema mostrado en la figura 2.d. Intenta determinar el centro de gravedad de los cuerpos (1-4), lo ms exactamente posible, mrcalo con un lpiz.e. Cuelga los cuerpos por los distintos orificios en el pasador, y comprueba si el sedal pasa siempre por la marca que has hecho.f. Cuelga ahora el cuerpo irregular 6, por uno de sus orificios, y marca en l por donde pasa el sedal. Repite lo mismo con todos los orificios.

FIGURA 1. Cuerpos planos.

FIGURA 2. Montaje experimental para encontrar el centro de gravedad de un cuerpo.4.2. POLIPASTO a. Fije un trozo de sedal de uno 110 cm de longitud en el gancho de la polea fija superior.b. Calibre el dinammetro a cero, pase el sedal segn la figura 4 por las 4 poleas, y sujeta con un lazo al dinammetro.c. Determine con el dinammetro la fuerza por peso de una de las poleas dobles, y anota su valor.d. Carga el polipasto con una masa de 50g (el platillo para pesa de ranura y 4 peas de 10g).e. Lee la fuerza F en el dinammetro.f. Mide de nuevo la fuerza con las cargas de 100, 150 y 200 g.g. Lleva todos los valores a la tabla 1. FIGURA 3. Pasos para el montaje experimental.

FIGURA 4. Montaje experimental.

4.3. REACCIONES EN LOS APOYOS EN UNA VIGA SIN CARGA a. Determine la fuerza por el peso de la viga (FB)b. Arme el sistema mostrado en la figura 5, de tal manera que la palanca quede lo mas horizontal posible y los dinammetros lo mas vertical posible.c. Con los lazos en los extremos (marcas 10), anotar las medidas que indican los dinammetros (F1, para el dinammetro de 1N y F2, para el dinammetro de 2N).d. Desplazar los lazos a las marcas 6 y 3 (tomando en cuenta las indicaciones anteriores, la horizontalidad de la palanca y la verticalidad de los dinammetros), anotar las lecturas en la tabla 2.e. Colocar la viga otra vez en la posicin inicial (marcas 10), tomando fijo el sedal del dinammetro 1N, colocar sucesivamente el sedal del dinammetro 2N en las marcas 8, 6, 4, 2 y 0. Anotar las lecturas de F1 y F2 en la tabla 3.

FIGURA 5. Montaje experimental para analizar las reacciones en los apoyos de una viga sin carga.





1. CENTRO DE GRAVEDAD

1.1. En los cuerpos del 1 al 4, coinciden las marcas del centro de gravedad hallado por Ud., con la lnea que sigue el sedal? Explique.

..........

1.2. Qu se puede deducir de lo anterior?

........

1.3. Para el cuerpo 6, qu sucede con las lneas por donde pasa el sedal?

........

1.4. Qu pasa si cuelgas el cuerpo por el punto donde se intersecaron las lneas?

..........

1.5. Qu puedes decir de ese punto?........

1.6. Cmo puedes determinar el centro de gravedad del cuerpo 5, dnde se encuentra?

............

1.7. Es posible que el centro de gravedad de un cuerpo se encuentre fuera de ella, por qu?

............

1.8. Hay alguna diferencia entre centro de gravedad y centro de masa?, explique.

............

2. POLIPASTO

2.1. Calcula la fuerza por peso , a partir de la masa m, y teniendo en cuenta la fuerza por peso de la polea doble . De acuerdo a la siguiente relacin:

Complete la tabla 1.

TABLA 1. Polipasto

2.2. Es ms fcil levantar la carga directamente, o con el polipasto? Explique.

............

2.3. Existe relacin entre el cociente y el nmero de poleas? Si existe, cul es la relacin?

............

3. REACCIONES EN LOS APOYOS EN UNA VIGA SIN CARGA

3.1. Con los datos obtenidos en la parte d del procedimiento complete la tabla 2, donde: FTot=F1+F2MarcaF1 (N)F2(N)FTot(N)F1/F2

M1M2

1010

66

33

Tabla 2.3.2. Con los datos obtenidos en la parte e del procedimiento complete la tabla 3, donde: FTot=F1+F2MarcaF1 (N)F2(N)FTot(N)F1/F2

M1M2

108

106

104

102

100

Tabla 3.3.3. Al comparar FTot con FB, qu resultado tienes? De una explicacin desde el punto de vista fsico.

..........3.4. Al comparar F1/F2, con las cifras de las marcas (M1 y M2), qu se observa? De una explicacin desde el punto de vista fsico.

..........

3.5. Qu significado tiene el centro de la viga? Qu representa desde el punto de vista fsico?

..........

3.6. Qu pasara si tanto los dinammetros como la viga no estuvieran en posicin vertical y horizontal, respectivamente? Explique.

..........

3.7. Si se tuviese una viga no homognea se cumplira lo mismo que en este experimento? Explique.

..........

OBSERVACIONES................


CONCLUSIONESCENTRO DE GRAVEDAD DE UN CUERPO........EQUILIBRIO........REACCIONES EN LOS APOYOS EN UNA VIGA SIN CARGA........

EXPERIMENTO N41. OBJETIVO

1.1. LA LEY DE HOOKE

El estudiante al final del experimento entender la Ley de Hooke

1.2. PARALELOGRAMO DE FUERZAS

Estudio grfico del equilibrio de tres fuerzas independientes. Estudio analtico del equilibrio de fuerzas, con orientacin simtrica de las fuerzas F1 y F2.


2.1. LA LEY DE HOOKE Cuando un muelle se comprime o se estira una pequea cantidad x a causa de un agente externo, esta responde con una fuerza que responde experimentalmente a:

2.2. PARALELOGRAMO DE FUERZASLas fuerzas son vectores, es decir, que se suman de acuerdo con las leyes de la adicin vectorial. Interpretando grficamente, el punto inicial del segundo vector se desplaza hasta el punto final del primer vector. La flecha desde el punto inicial del primer vector hasta el punto final del segundo vector representa el vector resultante. Si se consideran ambos vectores como los lados de un paralelogramo, el vector resultante ser entonces la diagonal del paralelogramo (ver figura 1).

FIGURA 1. Adicin vectorial de fuerzas.En un equilibrio de fuerzas, la suma de las fuerzas aisladas cumple la condicin:

Es decir que la fuerza F3 es igual a la suma vectorial de las fuerzas F1 y F2 (ver Fig. 2):

Para la componente vectorial paralela a la suma F se cumple:

Y para la componente perpendicular a ella

Las ecuaciones (iv) y (v) describen la adicin vectorial analticamente. Para la comprobacin experimental es conveniente fijar la fuerza F3 en el ngulo 0.

FIGURA 2. Determinacin de la suma vectorial de dos fuerzas F1 y F2 a partir de la fuerza F3 que mantiene el equilibrio.

Alternativamente a la consideracin analtica, se puede estudiar el equilibrio de las fuerzas tambin grficamente. En este caso se dibujan primero las fuerzas con sus valores absolutos y sus ngulos partiendo del punto de aplicacin. A continuacin se desplazan las fuerzas F2 y F3 hasta que el punto inicial se encuentre al final del vector anterior. Como resultado se espera el vector resultante igual a 0 (ver Fig. 3). Esta situacin se realiza en el experimento con tres fuerzas cualesquiera que se encuentren en equilibrio.

FIGURA 3. Estudio grfico del equilibrio de tres fuerzas aisladas de cualquier orientacin.En el experimento la consideracin analtica se limita al caso especial en que las fuerzas F1 y F2 estn orientadas simtricamente con respecto a F3.

3. MATERIALES

3.1. LA LEY DE HOOKE

1 Pie estativo. 1 Varilla soporte, 600mm. 1 Nuez doble. 1 Platillo para pesas de ranura, 10g. 1 Pesa de ranura, 10g. 1 Pesa de ranura, 50g.

1 Muelle helicoidal, 3N/m. 1 Muelle helicoidal, 20N/m. 1 Pasador. 1 Soporte para tubos de vidrio. 1 Cinta mtrica.


1 Mesa de fuerzas ( 1 placa circular de trabajo, 1 varilla central, 1 base, 3 colgadores de pesas con pesas ranuradas, 3 sujetadores con poleas, 1 anillos con cordones y 1 soporte).

4. PROCEDIMIENTO

4.1. LA LEY DE HOOKEa. Disponer un estativo con el pie, la varilla soporte y la nuez doble segn se muestra en la figura 4. Coloca el pasador en la nuez y cuelga de l el muelle de 3N/m.b. Coloca el soporte para tubos de vidrio en la parte inferior de la varilla, pon la cinta mtrica sobre el pie, saca la cinta y sujtala al soporte para tubos.c. Coloca la cinta mtrica de forma que su cero coincida con el final del muelle de 3N/m (ver figura 4). Cuelga el platillo para pesas de ranura (m=10g) del muelle, y anota el alargamiento del muelle l. Aumenta la masa en pasos de 10g hasta un total de 50g y lee las variaciones de longitud l correspondientes. (Llenar la tabla N1)d. Colocar ahora el muelle de 20N/m en el pasador y coloca el cero de la cinta mtrica en su extremo. Cuelga el platillo en el muelle, con un amasa de 10g (suma 20g), y lee el alargamiento l. Aumente la masa en pasos de 20g gasta llegar a un total de 200g y determine los correspondientes alargamientos. (Llenar la tabla N2)



a. Monte la mesa de fuerzas sobre una superficie plana tal como se muestra en la figura 5.b. Fije las ruedas de desviacin de los brazos de fuerza en 60, 180 y 300.c. Con abrazaderas de soporte se fijan las cuerdas en el anillo blanco, cada una de ellas se pasa alrededor de una rueda de desviacin y se carga con un juego completo de pesas de ranura.d. Compruebe si el anillo blanco se orienta simtricamente con respecto al centro de la mesa.e. Si es necesario se corrija la orientacin de la mesa y la direccin de las cuerdas.f. Orientacin simtrica de F1 y F2:i. El brazo de la fuerza F3 se deja todava en 180.ii. Los brazos de las fuerzas F1 y F2 se enclavan en 10 y 350 (-10) y se cargan con 100 g.iii. La carga del brazo de F3 se elije de tal forma que el anillo blanco se encuentre en una posicin de equilibrio y se anota la masa colgada m3 en la tabla 3.iv. Los brazos de las fuerzas F1 y F2 se enclavan en 20 340 (-20) y seleccionando adecuadamente m3 se restablece nuevamente el equilibrio.v. Secuencialmente se cambia a los ngulos 1 = 30, 40, 50, 60, 70 y 90, y cada vez se determina la masa m3 para la restitucin del equilibrio y se anota en la tabla 3.g. Orientacin general de los brazos de fuerza:i. El brazo de la fuerza F1 se enclava en 340 y se carga con 50 g.ii. El brazo de la fuerza F2 se enclava en 80 y se carga con 70 g.iii. El brazo de la fuerza F3 se orienta y se carga de tal forma que se establezca un equilibrio de las fuerzas.iv. Establecer nuevos valores para las masas (m1, m2) y los ngulos (1 , 2) y llenar la tabla 4.






1. LEY DE HOOKE

1.1. De acuerdo a las partes c y d del procedimiento; calcule, a partir de las masas, las fuerzas por peso Fg y llene las tablas 1 y 2.

Masa m (g)Fuerza por peso Fg (N)Alargamiento l (cm)

TABLA 1. Muelle de 3N/m.

Masa m (g)Fuerza por peso Fg (N)Alargamiento l (cm)

TABLA 2. Muelle de 20N/m.

1.2. Con los resultados obtenidos en las tablas 1 y 2, realizar un diagrama (Fg vs l).

GRFICO 1. Fg (N) vs l (cm) para los muelles con K1=3 N/m y K2=20 N/m.

1.3. Determinar el factor de proporcionalidad entre Fg y l de los diagramas obtenidos, explique el significado fsico de estas. En qu se diferencian los dos muelles?

................

1.4. Calcule, para cada muelle, el error porcentual del valor experimental de la constante de proporcionalidad.

..............

1.5. El alargamiento l es proporcional a la masa m? Por qu?

..............

1.6. Explique brevemente el funcionamiento de un dinammetro.

..................

2. PARALELOGRAMO DE FUERZAS

2.1. De acuerdo a la parte f del procedimiento, complete la tabla 3.

10

20

30

40

50

60

70

80

90

TABLA 3.La masa necesaria m3 para el equilibrio de las fuerzas y la fuerza F3 calculada a partir de ella en dependencia con el ngulo (m1=m2=100g)

2.2. Realice un diagrama . Explique el grfico obtenido.

GRFICO 2.

............

2.3. De acuerdo a la parte g del procedimiento; complete la tabla 4.

TABLA 4. Orientacin general de los brazos de fuerza

2.4. Representar grficamente en un papel milimetrado los vectores obtenidos con los datos en la tabla 4.

GRFICO 3.

OBSERVACIONES............

RECOMENDACIONES DEL ESTUDIANTE............CONCLUSIONESLA LEY DE HOOKE ........

PARALELOGRAMO DE FUERZAS........EXPERIMENTO N 5DINAMICA Y MOMENTO DE INERCIA1. OBJETIVO:

Verificar la segunda ley de Newton. Determinar Experimentalmente el momento de Inercia.

2. FUNDAMENTO TEORICO:

Para comprender el significado de la segunda ley de Newton es conveniente tener una idea de un sistema de referencia inercial. Estrictamente hablando un sistema de referencia inercial es un observador O sobre el cual no acta ninguna fuerza y que describe sus observaciones en un sistema de coordenadas cartesianas. Cualquier observador O, en reposo o movindose a velocidad constante con respecto a O, puede tambin construir su propio sistema de referencia inercial.

Para muchos fenmenos un sistema de referencia ligado a la Tierra es aproximadamente un sistema de referencia inercial.

Segunda ley de Newton:

Si en un instante medimos la fuerza resultante sobre un cuerpo en movimiento y simultnea pero independientemente medimos la aceleracin de dicho cuerpo respecto a un sistema de referencia inercial se encontrar que ambas estn relacionadas por la expresin: Donde es la constante de proporcionalidad y se llama masa del cuerpo.

Momento de Inercia:

Es una medida de la inercia rotacional de un cuerpo, refleja la distribucin de masa de un cuerpo o de un sistema de partculas en rotacin, respecto a un eje de giro. El momento de inercia slo depende de la geometra del cuerpo y de la posicin del eje de giro; pero no depende de las fuerzas que intervienen en el movimiento.El momento de inercia desempea un papel anlogo al de la masa inercial en el caso del movimiento rectilneo y uniforme.

3. MATERIALES: Carril, 1.5m Carrito para medidas y experimentos (50g) Torre para carrito para medidas y experimentos Sensor de barrera luminosa (2) Contador digital Trpode variable Varillas de acero inoxidable (600mm) (2) Pndulo de barra con disco. Nuez doble (2) Soporte universal de mesa Polea loca D = 65mm Mango para polea Platillo para pesas de ranura, 10g Pesa de ranura, 10g (4) Pesa de ranura, 50g (3) Cinta mtrica, 2m Sedal

4. PROCEDIMIENTO:

PARTE 1:a. Disponer el sistema carril/plano en posicin horizontal segn la figura 1.b. Coloca los sensores de barrera luminosa en los extremos del carril, y estos conectados al contador.c. Coloca la polea con su mango en el soporte en un extremo del carril, colcala justo para que no roce con el borde la mesa.d. Pon una masa de 50g en la torre del carrito.e. Ata un trozo de sedal (aprox. 1.4m) al carrito, y cuelga en el otro extremo el platillo para pesas de 10g.f. Colocar el carrito en el carril cerca del primer sensor y sostenerlo (de manera que el carrito pueda empezar con velocidad inicial cero).g. Sujeta el carrito cuando llegue al final del carril, toma nota de la masa =10g, desplazamiento S (cm), S puede ser 60 cm, y el tiempo empleado t (s) en este tramo. Repite tres veces el experimento para obtener un tiempo promedio. Anota los resultados en la tabla 1.h. Repita el paso anterior aumentando la masa que de traccin: = 20, 30, 40 y 50g. Anotar los resultados en la Tabla 1.


PARTE 2:

a. Disponer el sistema carril/plano en posicin horizontalb. Colocar los sensores de barrera luminosa en los extremos del carril, y estos conectados al contador.c. Colocar la polea con su mango en el soporte en un extremo del carril, colcala justo para que no roce con el borde la mesad. Pon una masa de 50g en la torre del carrito.e. Ata un trozo de sedal (aprox. 1.4m) al carrito y cuelga en el otro extremo el platillo para pesas de 10g, con una masa de 10g ( = 20g).f. Colocar el carrito en el carril cerca del primer sensor y sostenerlo (de manera que el carrito pueda empezar con velocidad inicial cero).g. Sujeta el carrito cuando llegue al final del carril, toma nota de la masa = 100g, desplazamiento S (cm), S puede ser 60 cm, y el tiempo empleado t (s) en este tramo. Repite tres veces el experimento para obtener un tiempo promedio. Anota los resultados en la tabla 2.h. Repita el paso anterior aumentando la masa que est encima del carrito: = 150, 200 y 230g. Anotar los resultados en la Tabla 2.

PARTE 3:a. Disponer el pndulo de barra de acuerdo a la figura 2.b. Colocar el sensor de barrera luminosa, conectada al contador.c. Aparte aproximadamente 5 el pndulo de barra a partir de su posicin de equilibrio y mida el periodo en el contador, anote sus datos en la tabla 3.d. Repita la parte c. variando la posicin del disco a otras posiciones diferentes y complete la tabla 3.

Figura 2





1. PARTE I

1.1. Complete la tabla 1 de acuerdo a los pasos g y h del procedimiento.mF (g)S (cm)t (s) (N)t2 (s2) (cm/s2)

10

20

30

40

50

Tabla 1.Donde: = 100g; : masa del carrito con la pesa de 50g.

1.2. Calcula la fuerza de aceleracin y halla el cuadrado de t. Antalos en la tabla 1.

..........

1.3. Calcula la aceleracin a con la frmula = 2S/t2 y antala en la tabla 1.

..........1.4. Realiza un grfico aceleracin-fuerza, = f (), ajuste la curva. Qu grfica resulta y qu relacin existe entre y ?

GRFICO 1. Aceleracin en funcin de la fuerza

....................

1.5. Del grfico aceleracin-fuerza, calcula el factor k = /. Calcula 1/k y compralo con la masa . Qu resulta?

............

1.6. Expresa verbalmente la relacin entre masa, fuerza y aceleracin.........

2. PARTE 2

2.1. Complete la tabla 2 de acuerdo a los pasos g y h del procedimiento.m (g)S (cm)t (s)t2 (s2) (cm/s2)1/ (1/g) (N)

100

150

200

230

Tabla 2.2.2. Calcula la fuerza de aceleracin en newtons (N).

..........

2.3. Halla el cuadrado t2 y calcula la aceleracin a con la frmula = 2S/t2. Anota los valores en la tabla 2.

..........

2.4. Realiza un grfico aceleracin-masa: = f(), ajuste la curva. Qu curva resulta, qu relacin existe entre y ?

GRFICO 2. Aceleracin en funcin de la masa ..................

2.5. Halla el valor recproco de : 1/ y antalo en la tabla 2. Luego realiza un grfico = f(1/), ajuste la curva. Qu curva resulta y qu relacin existe entre y 1/?

GRFICO 3. Aceleracin en funcin de la masa

..........

2.6. Halla el producto de cuatro mediciones distintas, coloque estos resultados en la tabla 2. Luego haz la media y compara el resultado con la fuerza aceleradora . Qu resulta? Expresa verbalmente el resultado.

..................

3. PARTE 3

3.1. Complete la tabla 3 de acuerdo a los pasos c y d de la parte 3. del procedimiento.Masa disco (kg) =Masa barra (kg) =

L (m)d (m)T (s)Iexp (kgm2)ITeo (kgm2)Error (%)

Tabla 3.3.2. Deduzca la frmula terica que utiliz para calcular el momento de inercia terico del pndulo de barra + disco

..........

3.3. Comente sobre sus resultados obtenidos para momento de inercia experimental y momento de inercia terico...........



CONCLUSIONESPARTE I........PARTE II........PARTE II........

EXPERIMENTO N 61. OBJETIVO:

1.1. TRABAJO

Verificar que el trabajo es independiente del camino que se recorre desde el punto de partida al punto final.

1.2. ENERGIA

Determinar la energa contenida en un muelle en tensin, utilizando el principio de conservacin de la energa.

2. FUNDAMENTO TERICO:

2.1. TRABAJO

Fuerzas conservativas: Decimos que una fuerza es conservativa si el trabajo efectuado por ella o contra ella para mover un objeto es independiente de la trayectoria del objeto.

Movimiento en una dimensin con fuerzas constantes:

Figura 1. Trabajo efectuado por una fuerza constante

El trabajo realizado por una fuerza constante cuyo punto de aplicacin se traslada una distancia , es igual al, producto de las magnitudes del desplazamiento y el componente de la fuerza paralelo a ese desplazamiento:

En donde es el ngulo entre las direcciones de e y es el desplazamiento del punto de aplicacin de la fuerza, como se indica en la figura 1.

2.2. ENERGIA

Conservacin de la energaLas leyes de conservacin son las piedras angulares de la fsica, tanto en teora como en la prctica. Cuando decimos que una cantidad fsica se conserva, queremos decir que es constante, o que tiene un valor constante. La cantidad de energa de un sistema se mantiene constante cuando el sistema no efecta trabajo mecnico ni se efecta trabajo mecnico sobre l, y cuando no se transmite energa al sistema ni del sistema.

Energa potencial La energa potencial total es la suma de las energas potenciales gravitacional y elstica.

Figura 2. Energa potencial.

El trabajo efectuado sobre una partcula por una fuerza gravitacional constante puede representarse en trminos de un cambio en la energa potencial .

Un resorte estirado o comprimido ejerce una fuerza elstica sobre una partcula, donde es la distancia de estiramiento o de compresin. El trabajo efectuado por esta fuerza puede representarse como el cambio en la energa potencial elstica del resorte. .

Conservacin de la energa mecnica total

La energa mecnica de un sistema se conserva . Si slo fuerzas gravitacional y elstica realizan trabajo sobre una partcula, la suma de las energas cintica y potencial se conserva.

3. MATERIALES

3.1. TRABAJO

Pie estativo Varilla soporte, 600 mm Varilla soporte, 250 mm Nuez doble (2) Carril Carrito para medidas y experimentos Torre para carrito para medidas y experimentos Dinammetro, 1N Dinammetro, 2N Pesa de ranura, 50g (3) Pasador Placa con escala Cinta mtrica, 2m Sedal

3.2. ENERGIA Pie estativo Varilla soporte, 600mm Nuez doble (2) Platillo para pesas de ranura, 10g Pesa de ranura, 10g (3) Muelle helicoidal, 3N/m Dinammetro, 2N Pasador Placa con escala Cinta mtrica, 2m Soporte para tubos de vidrio

4. PROCEDIMIENTO:

4.1. TRABAJO

Pon un trozo de sedal en el pasador del carrito, para colgar del dinammetro de 2N. Monta el plano inclinado segn la figura 3, con el pie estativo, la nuez doble y la varilla soporte corta para apoyar el carril. Fija la placa con una nuez doble a la varilla corta, en posicin horizontal. Coloca el carril a una altura de h = 20cm. Levanta el carrito con el dinammetro a la altura h, y lee su fuerza por peso Fg. Djalo sobre la placa junto al carril. Anota h y Fg en la tabla 1. Coloca el carrito en el extremo inferior del carril. En gancha en l el dinammetro de 1N, y tira sobre el plano inclinado lentamente, hasta llevar el carrito al extremo superior. Mientras tiras, lee lo que marca el dinammetro, y anota el valor F en la tabla 1. Mide el recorrido l del carrito sobre el plano inclinado. Anota tambin este valor. Carga el carrito sucesivamente con masas de 50, 100 y 150g, repitiendo las mediciones. Aumenta la altura h a 30cm, repite las mediciones. Lleva todos los valores a la tabla 1.

Figura 3. Montaje experimental.

4.2. ENERGIAExperimento preliminar 1a. Haz el montaje de la figura 4.b. Levanta una masa de 40g con el dinammetro, y observa lo que marca.c. Fija el muelle helicoidal lo ms alto posible en la varilla soporte.d. Tira hacia abajo del muelle con el dinammetro, y observa lo que marca e distintas tensiones.Experimento preliminar 2a. Cuelga una masa de 40g del muelle, y djala caer. Observa lo que ocurre.b. Baja el punto de suspensin del muelle lo necesario para que la masa roce la mesa en el punto inferior de inversin de la oscilacin.c. Sujeta la masa cuando toque la mesa, sujtala y observa cmo contina el experimento.

Figura 4.Figura 5.

Experimento principala. Cuelga del muelle el platillo pata pesas de ranura (m = 10g) y determina su alargamiento l.b. Aumenta la masa de 10 en 10g, hasta un mximo de 40g, y determina para cada masa el alargamiento l.c. Anota en la tabla 2 todos los valores de l.d. Calcula las alturas h a partir de h = 2l, y anota tambin estos valores en la tabla 2.e. Coloca la placa en la nuez doble inferior (figura 5), a la altura h que has calculado para m = 10g.f. Eleva la masa m = 10g (platillo) con el dinammetro hasta la placa, leyendo mientras la subes la fuerza por peso Fg. Anota este valor en la tabla 2.g. Desplaza en punto de suspensin del muelle hasta que su gancho inferior se encuentre justo a la altura del gancho del platillo.h. Cuelga el platillo (m = 10g) del muelle, y djalo caer. Observa el proceso.i. Repite el experimento (3 veces) de la misma forma con las masas m = 20, 30, 40g.





1. TRABAJO

1.1. Completa la tabla 1 de acuerdo al procedimiento (partes e, f, g, h, i y j).h (cm)m (g)Fg (N)F (N)WH (Ncm)WZ (Ncm)

2050

100

150

200

3050

100

150

200

Tabla 1.Masa del carrito m = 50g, Fg = .NLongitud del recorrido l = cm1.2. Calcula el trabajo de elevacin WH = h . Fg, y anota el resultado en la tabla 1.

................................

1.3. Calcula el trabajo de traccin en el plano inclinado WZ = l . F, y antalo en la tabla superior.

........................................................................................................................

1.4. Compara el trabajo de traccin con el de elevacin. Qu encuentras?

................

1.5. Por qu no son iguales la fuerza por peso Fg y la fuerza de traccin F? Dibuja un paralelogramo de fuerzas.

................

a. Qu ocurre cuando sueltas el carrito en el extremo superior del carril? Explique.

................

b. Es esto mismo lo que ocurre cuando subes el carrito a la placa colocada en el extremo superior del carril?

................

c. Qu aplicaciones prcticas tiene el plano inclinado?

........................

2. ENERGA

2.1. Complete la tabla 2 de acuerdo al procedimiento del experimento principal (partes: a, b, c, d, e y f).

m (g) (cm)h (cm)Fg (N)WH (Ncm)S (cm)WS (Ncm)C

10

20

30

40

Tabla 2.

2.2. Qu diferencia observas en lo que marca el dinammetro al elevar una masa y al estirar un muelle?

..............................

2.3. Una masa m a una altura h posee una energa potencial WP, que es igual al trabajo de elevacin WH realizado. Si lo dejas caer colgada de un muelle, su energa potencial se transforma de nuevo. Cmo se perciba esta transformacin en el experimento preliminar 2?

........................

2.4. Si sujetas la masa del muelle cuando llega al punto ms bajo, sobre la mesa, ha debido ceder ya el trabajo de elevacin que se le haba aplicado anteriormente. Pero qu pasa si sueltas de nuevo la mesa? Cmo explicas este fenmeno?

..........................................

2.5. Calcula, a partir de los valores medidos de h, m, y Fg el trabajo de elevacin WH, y antalo en la tabla 2.

........................2.6. Anota en la tabla 2 los alargamientos S = h y la energa elstica WS = WH.

2.7. Calcula el factor C a partir de los valores de energa elstica, dividiendo el valor ms alto por el valor para 10g, es decir WS (20g) por WS (10g), etc. Lleva a la tabla 2 los valores de C. Qu observas en estos valores?

2.8. Construye un grfico (WS vs S) con los valores de la tabla 2. Qu trayectoria tiene la curva resultante de unir los puntos?

GRFICO 2. WS (N cm) Vs S (cm)

2.9. Qu relacin se deduce entre S y WS de las mediciones y clculos?


RECOMENDACIONES DEL ESTUDIANTE............CONCLUSIONESTRABAJO........ENERGA........

BIBLIOGRAFIA

1. Fsica, Tipler, Paul A., Edit. W. H. Freeman; 6a edicin (2007)2. Manual de Laboratorio de Fsica UNI, 2009.3. Fsica Universitaria, F. Sears, y M. Zemanski, Edit. Addison-Wesley Pearson 12a edicin (2007).4. Fsica Recreativa, S. Gil y E. Rodriguez, www.fisicarecreativa.com.

manual fisica i 2010

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