Cuaderno de Practicas ED

Educacin Superior Abierta y a Distancia Ciencias de la Salud, Biolgicas y Ambientales 1

Segundo Cuatrimestre Divisin: Ciencias de la Salud, Biolgicas y Ambientales

Cuaderno de prcticas

Fsica Mdulo 1


El cuaderno de prcticas es una herramienta de actividades formativas que contribuye a desarrollar las capacidades necesarias para el manejo adecuado de los modelos que se presentan a lo largo de la asignatura. La actividad de la prctica la identificars a lo largo del programa desarrollado mediante el siguiente cono:

La fsica es una ciencia experimental, por lo que todas las teoras establecidas y las leyes enunciadas siempre tienen un apoyo prctico. Por ello, el propsito de este cuaderno es acompaar una serie de actividades en el aula virtual, integrndose por una serie de ejercicios prcticos de gran valor formativo. Por lo tanto, es preciso prestar la mxima atencin a las actividades que se desarrollan, preparando de antemano las consideraciones tcnicas y aplicando puntualmente las instrucciones que se proporcionan.

No es posible lograr la competencia general de la asignatura sin el uso de un laboratorio, ya que es necesario para obtener los datos requeridos. El software que se utiliza en los ejercicios del cuaderno de prcticas ayudar a cubrir las distintas actividades que se realizan en un laboratorio fsico. El software es de libre acceso y sin costo alguno.

La estructura textual para reportar tu prctica, ya sea elaborada de forma colaborativa o individual, se conforma con los siguientes diez apartados:

Ttulo Nombre Introduccin Modelo terico Desarrollo Datos Anlisis de datos Resultados Conclusiones Bibliografa


Las prcticas individuales son aquellas que realizas por tu parte y entregas a tu Facilitador(a) para que recibas retroalimentacin de su parte. Las prcticas colaborativas se elaboran en equipo y se suben a la base de datos con la finalidad de que recibas aportaciones de tus compaeros(as) de grupo y puedas enriquecer tu trabajo. Tambin debers participar contribuyendo a la mejora de los trabajos de los dems equipos.


Las prcticas de esta unidad tienen por objetivo que aprendas a manipular el uso del software Tracker para modelar situaciones fsicas. La realizacin de las prcticas es obligatoria para que desarrolles las habilidades que se proponen en la competencia especfica de la unidad. Consideraciones tcnicas: Para realizar las prcticas de la unidad considera los siguientes requerimientos tcnicos:

Tener un mnimo de 500 MB de RAM y un ancho de banda mnimo de 500 Kb.

Contar con el programa Java 1.5 y Quicktime7.

Tener el programa Tracker versin 3.10. Descrgalo del sitio Una herramienta

gratuita de modelacin y anlisis de video para la enseanza de la Fsica.

2.1.3. Movimiento con aceleracin constante

Prctica 1. Cada libre

Esta actividad es colaborativa por lo que tu Facilitador (a) deber dividir al grupo en

equipos de 3 a 5 estudiantes, asignar a cada equipo un nmero que lo identifique y por

ltimo dar el nmero de equipo a sus estudiantes. Comiencen a trabajar en equipo y

realicen lo siguiente:

1. Describan el procedimiento para instalar Tracker1.

*Recuerden instalar Quicktime y Java2.

2. Descarguen el video Baln en cada libre3 que se encuentra en el aula virtual.

3. Describan la forma de abrir el video en Tracker.

*Para realizar la descripcin pueden incluir imgenes.

4. Describan los siguientes puntos:

El procedimiento para obtener los datos de la posicin horizontal conforme

cae el baln: obtener la trayectoria de la masa puntual, colocacin de los ejes

y la regla, la posicin del baln, cmo marcar y obtener los datos.

1 Recuerden que al descargar Tracker deben colocarlo en el escritorio. 2 Se recomienda descargar los programas directamente de la siguiente pgina: http://www.dgeo.udec.cl/~andres/Tracker/ 3 La fuente de consulta para el video es: http://www3.science.tamu.edu/cmse/videoanalysis/balldrop.avi


Cmo se obtiene el tiempo de cada?

Cmo graficar la posicin contra el tiempo utilizando una hoja de clculo?

Cmo se obtiene la ecuacin de la grfica anterior? Indiquen la

confiabilidad usando R2.

Cmo obtener la grfica de la velocidad contra el tiempo para encontrar la

aceleracin?

Obtengan la ecuacin de la grfica anterior e indiquen la confiabilidad.

Describan cmo modelar el movimiento del baln con el constructor de

Modelo Analtico de Partcula de Tracker usando las ecuaciones y parmetros

anteriores.

5. Reporten su prctica de acuerdo con la estructura textual predeterminada. 6. Nombren a un(a) representante de equipo para que sea el (la) encargado(a) de

subir su trabajo a la base de datos y esperen los comentarios de sus compaeros(as).

7. Lean todas las aportaciones que realicen los dems a su trabajo y ustedes tambin descarguen y comenten los trabajos de los otros equipos.

8. Una vez que la mayora de sus compaeros(as) haya hecho comentarios a su trabajo, organcense nuevamente con su equipo y elaboren una segunda versin considerando las aportaciones, de tal manera que puedan mejorar su documento. *Recuerden respetar las observaciones de sus compaeros(as) y tratar de complementarlas con acierto.

9. Por ltimo, cada integrante del equipo debe subir la segunda versin del reporte a la base de datos para que pueda ser evaluado.

2.1.4. Movimiento bidimensional: circular y tiro parablico

Prctica 2. Movimiento circular de un cuerpo

1. Descarga el video Tren en movimiento circular4 que se encuentra en el aula

virtual.

2. Utiliza el constructor de modelos de Tracker y describe la posicin del tren en trminos del tiempo. Considera lo siguiente:

Marca un punto en el tren. La descripcin del movimiento ser la relativa a

este punto.

Usa tu escala adecuadamente para obtener los valores de las posiciones en

metros.

En una tabla, anota los valores de las posiciones en x y y.

Una grfica de los valores de las posiciones y vs. x te dar la trayectoria del

cuerpo.

4 La fuente de consulta para el video es: http://www3.science.tamu.edu/cmse/videoanalysis/toytrain2laps.avi


Una grfica de las posiciones en x y y contra el tiempo ser sinusoidal, con

amplitud igual al radio de la trayectoria. Obtn el periodo del movimiento del

tren de estas grficas.

Calcula las velocidades en x y y. Al graficar, obtendrs un comportamiento

sinusoidal, con amplitudes iguales a la velocidad lineal del tren. Se puede

comprobar esta velocidad lineal con la circunferencia de la trayectoria entre el

periodo de una revolucin.

Calcula y grafica los valores para la aceleracin lineal. Las grficas

aceleracin vs. tiempo deberan tener amplitudes iguales a la aceleracin

centrpeta del tren.

Aplica el teorema de Pitgoras a los valores de las posiciones en x y y para

obtener el radio de la trayectoria.

Usa la funcin tangente inversa para obtener datos del movimiento rotacional.

Grafica el ngulo contra el tiempo y de la pendiente obtn la velocidad

rotacional del tren.

Si el punto marcado sobre el tren fuera un satlite artificial geoestacionario y

el centro del crculo fuera la Tierra, indica el radio de la trayectoria, el periodo

del movimiento, la velocidad lineal, la aceleracin lineal, la aceleracin

centrpeta y la velocidad rotacional del satlite.

3. Presenta tus resultados en tablas de Excel.

4. Grafica los datos y traza el polinomio5 que modela el comportamiento de los datos.

5. Obtn la ecuacin del polinomio que representa el modelo, indica la confiabilidad usando R2.

6. Reporta tu prctica de acuerdo con la estructura textual predeterminada.

7. Enva tu prctica a tu Facilitador(a). Espera la retroalimentacin en los siguientes das.

5 El polinomio puede ser de primer grado, es decir, una recta de segundo grado, una parbola, etctera.


2.2.2. Segunda ley de Newton o ley de la fuerza

Prctica 3. Segunda ley de Newton: modelo de un baln lanzado horizontalmente

Utiliza el constructor de modelos de Tracker, aplicando la segunda ley de Newton con los parmetros adecuados. Realiza lo siguiente:

1. Descarga el video Movimiento del baln6 que se encuentra en el aula virtual. 2. Describe el movimiento del cuerpo:

Obtn los valores de las posiciones en x y y.

Grafica los valores de y contra x para obtener la trayectoria del cuerpo.

Grafica la posicin horizontal vs. el tiempo.

Obtn la velocidad horizontal de la pendiente de la grfica.

Grafica los valores de la posicin vertical vs. el tiempo y obtn la ecuacin del

movimiento.

Obtn los valores de las velocidades y las aceleraciones de las componentes

verticales y horizontales del movimiento.

Usa el teorema de Pitgoras con los valores de las velocidades horizontales y

verticales para calcular la rapidez del cuerpo en cualquier posicin o tiempo de

su vuelo.

3. Modela el movimiento del cuerpo:

Usa la segunda ley de Newton y los parmetros que obtuviste del paso anterior

para modelar el movimiento del cuerpo.

Compara los datos que obtienes del movimiento del modelo de tu partcula y los

datos del movimiento real del cuerpo en el video.

Explica las limitaciones de tu modelo y la confiabilidad para predecir el

movimiento del baln.

Explica cada uno de los parmetros y funciones que usaste: desplazamiento,

velocidad, aceleracin, fuerza.

4. Reporta tu experiencia de aprendizaje de acuerdo con la estructura textual

predeterminada.

5. Entrega tu reporte a tu Facilitador(a) y espera su retroalimentacin los

siguientes das.

6 La fuente de consulta para el video es: http://www3.science.tamu.edu/cmse/videoanalysis/horizprojectile.avi


Prctica 4. El choque de dos cuerpos

Esta prctica es colaborativa por lo que para llevarla a cabo es importante que te

organices con el equipo que te asignar tu Facilitador(a).

Realicen lo siguiente:

1. Descarguen el video Choque de dos cuerpos7 que se encuentra en el aula virtual.

2. Consideren la masa de 1015 g para el cuerpo azul y de 551 g para el cuerpo rojo,

usando el programa de Tracker para calcular las velocidades de los cuerpos antes

y despus del choque, las energas cinticas y los momentos correspondientes.

3. Comparen el momento y energa cintica total antes y despus de la colisin

considerando lo siguiente:

Obtengan las posiciones y realicen una grfica contra tiempo.

Obtengan las velocidades de cada cuerpo antes y despus de la colisin.

Grafiquen la velocidad contra el tiempo.

Obtengan la energa cintica y el momento.

Obtengan el momento total y la energa cintica total antes y despus de la

colisin.

4. Reporten su prctica de acuerdo con la estructura textual predeterminada.

5. Nombren a un(a) representante de equipo para que sea el (la) encargado(a) de

subir su trabajo a la base de datos y esperen los comentarios de sus

compaeros(as).

6. Lean todas las aportaciones que realicen los dems a su trabajo y ustedes

tambin descarguen y comenten los trabajos de otros equipos.

7. Una vez que la mayora de sus compaeros(as) haya realizado comentarios a su

trabajo, organcense nuevamente con su equipo y elaboren una segunda versin

considerando las aportaciones, de tal manera que puedan mejorar su documento.

8. Por ltimo, cada integrante del equipo debe subir la segunda versin del reporte

de la prctica a la base de datos para que pueda ser evaluado.

7 La fuente de consulta para el video es:

http://www3.science.tamu.edu/cmse/videoanalysis/ElasticII.avi


2.2.4. Ley de la gravitacin universal

Prctica 5. Modelo de un sistema de dos partculas

El trabajo final consiste en poner un satlite geoestacionario de un kilogramo de peso en

rbita alrededor de la Tierra. Los resultados de esta prctica te servirn para el portafolio

de evidencias como parte de la evaluacin de la unidad 2, pues lo que apliques te servir

para integrar el proyecto final. Esta prctica es colaborativa por lo que para llevarla a cabo

es importante que te organices con el equipo que te asignar tu Facilitador(a).

Mediante el constructor de modelos de un sistema de dos partculas de Tracker:

1. Modelen el movimiento de un satlite orbitando alrededor de la Tierra.

Consideren lo siguiente:

En el constructor de modelos de Tracker, elijan el modelo de dinmica de

partculas cartesiano.

Para una de las partculas: el satlite, anoten cada uno de los valores o

parmetros que describen su movimiento. Utilicen los datos obtenidos en la

actividad Cuerpo en movimiento circular.

Para la otra partcula: la Tierra, anoten los parmetros de una partcula en

reposo y los datos de la Tierra.

La funcin de fuerza que utilizarn ser la ley de la Gravitacin Universal.

Obtengan una secuencia de imgenes de su modelo.

Reporten su experiencia de aprendizaje de acuerdo con la estructura textual

predeterminada para las prcticas.

2. Nombren a un(a) representante de equipo para que sea el (la) encargado(a) de

subir su trabajo a la base de datos. Esperen los comentarios de sus

compaeros(as).

3. Lean todas las aportaciones que realicen los dems a su trabajo y ustedes

tambin descarguen y comenten los trabajos de otros equipos.

4. Una vez que la mayora de sus compaeros(as) haya hecho comentarios a su

trabajo, organcense nuevamente con su equipo y elaboren una segunda versin

considerando las aportaciones, de tal manera que puedan enriquecer su

documento.

5. Por ltimo, cada integrante del equipo debe subir la segunda versin del reporte

de la prctica a la base de datos para que pueda ser evaluado.


2.3.3. Fuerzas conservativas y no conservativas

Prctica. Conservacin de energa: pndulo simple

1. Descarga el video Movimiento de un pndulo simple8 que se encuentra en el aula

virtual.

2. Modela el movimiento del pndulo con el programa Tracker considerando lo

siguiente:

La masa del pndulo es de 305 g y se balancea durante 3 ciclos.

Obtn la posicin del pndulo con respecto al tiempo.

Ubica el origen para hacer un estudio de conservacin de energa.

Obtn la posicin en x y y.

Una grfica de la posicin de x contra y te dar la trayectoria del movimiento

del pndulo.

Con los valores anteriores, puedes obtener las velocidades verticales y

horizontales.

De la misma manera puedes obtener la aceleracin.

Si aplicas el teorema de Pitgoras a los valores de x y y puedes obtener las

magnitudes de la posicin, la velocidad y la aceleracin. Con las magnitudes

de la velocidad obtienes las energas cinticas.

Usando la masa del baln, la aceleracin de la gravedad y las posiciones

verticales, obtn las energas potenciales.

Con la masa del baln y las magnitudes de la velocidad del pndulo, obtn la

energa cintica del baln por tiempo.

La energa mecnica la encuentras sumando la energa potencial y la energa

cintica.

3. Realiza una grfica que ilustre la energa cintica, energa potencial y energa

total, sta mostrar que la energa total permanece casi constante, decrece con el

tiempo.

4. Explica tus resultados.

5. Reporta tu prctica de acuerdo con la estructura textual predeterminada.

8 La fuente de consulta para el video es: http://www3.science.tamu.edu/cmse/videoanalysis/pendulum.avi


Fuentes de consulta de la unidad:

Brown, D. (2010). Tracker: Free Video Analysis and Modeling Tool for Physics

Education. Consultado el 6 de diciembre de 2010 en:

http://www.cabrillo.edu/~dbrown/tracker/

Bryan, J A. Video Analysis Investigations for Physics and Mathematics. Texas,

EEUU: Texas A&M University. Consultado el 6 de diciembre de 2010 en:

http://www3.science.tamu.edu/cmse/videoanalysis/

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Cuaderno de Practicas ED