Manual de Lab. de Mecanica 2010

Universidad Autónoma del Estado de México Facultad de Química

Manual de prácticas de laboratorio

Mecánica

Planes: Químico Químico en alimentos Ingeniero Químico

Elaboró: M. en C. Francisco E. Ramírez Nogueira Quím. Sergio Cruz Martínez Actualización: 2010

Toluca, Méx. Septiembre de 2010

Laboratorio de mecánica Facultad de Química

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Introducción

La Mecánica es la parte de la Física que se encarga del estudio del movimiento en términos de espacio y tiempo. Para su estudio la mecánica se divide clásicamente en: Cinemática, Dinámica y Estática, en esta última, se estudia la ausencia relativa de movimiento.

La Mecánica, como parte de la Física es una ciencia, que al igual que la Química, y la Biología nacen de la observación racional de los fenómenos que ocurren en la naturaleza. La Física es una ciencia fundada en observaciones experimentales y mediciones cuantitativas. La experiencia cotidiana, hace que en forma inconsciente tengamos presente muchas de las leyes físicas que rigen a la naturaleza, tal es el caso de la ley de gravitación y las leyes de Newton entre otras. Es sólo hasta que realizamos observaciones objetivas y cuantitativas que podemos comprender de una forma más racional, la explicación de muchos fenómenos naturales.

Para un adecuado aprendizaje de las ciencias naturales, resulta indispensable tener un acercamiento a la experimentación y a la observación analítica, es decir trabajar con datos tomados de la experimentación permite tener un verdadero acercamiento a los hechos reales y a una comprensión de las leyes y principios que los rigen.

La medición de las diversas magnitudes involucradas en la observación de los fenómenos naturales permite hacer un análisis objetivo a la vez que permite el empleo de múltiples recursos y modelos matemáticos. Como es bien sabido toda medición está sujeta a diversos tipos de errores, mismos que deben ser conceptualizados y reducidos por vía estadística. Esto permitirá disponer de datos con niveles de confianza aceptables y hacer un análisis y modelado matemático que pueda realmente comprobar los conceptos teóricos aprendidos.

El razonamiento y comprensión de toda experimentación requiere de un conocimiento previo para establecer los elementos de juicio apropiados y definir una teoría en forma apropiada. Por tal razón, antes de cada una de las experiencia propuestas en este material, se indican algunos cuestionamientos que el alumno deberá contestar de manera previa a cada sesión. Esto le permitirá disponer de un marco teórico y conceptual de aquellos conocimientos útiles para cada experiencia. De igual forma, el alumno tendrá presente, los cuestionamientos que deberá responder al finalizar cada sesión, para estar atento al desarrollo práctico y observar aquellos detalles que le permitan contestar adecuadamente dichas preguntas. Este procedimiento evita que el profesor discurra y anticipe los resultados, al contrario se inquiere al alumno para que él mismo vaya construyendo hipótesis y prediga comportamientos, de modo que la finalizar la experiencia los contraste con los resultados obtenidos y llegue a sus propias conclusiones.

Por otra parte es necesario aprovechar la tecnología para la adquisición de datos e invertir más tiempo de la práctica en la reflexión de los datos y el cálculo de incertidumbres que en el acopio de datos. La tecnología disponible permite repetir muchas veces el mismo experimento y notar influencias de variables extrañas con mayor precisión. En este manual tratamos de evitar que la computadora se convierta en una caja negra, por medio de la explicación del principio físico en el que se basa el funcionamiento de los sensores.


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Reglamento interno de Laboratorio El presente reglamento es de carácter obligatorio y de observación estricta en todas las sesiones a desarrollarse dentro del laboratorio. El espacio asignado para las prácticas de Mecánica, es el laboratorio No. 4 ubicado en el primer piso de la Unidad Colón de esta Facultad, o a menos que exista alguna otra indicación al respecto por parte del profesor o de las autoridades.

Lineamientos: 1 Asistir puntualmente y en orden a cada sesión.

2 Colocar mochilas, bolsas, portafolios y cualquier otro bulto en las papeleras de las mesas de trabajo.

3 Depositar la basura en los cestos dispuestos en el laboratorio.

4 El uso de bata e implementos de seguridad (lentes, guantes, mascarilla, etc.) serán optativos a menos que el procedimiento y/o el profesor así lo indiquen.

5 Prohibido jugar, bromear, empujarse o bailar dentro del laboratorio.

6 Estrictamente prohibido ingerir alimentos o bebidas dentro del laboratorio.

7 No fumar.

8 No abrir las válvulas de aire o gas innecesariamente, así como la introducción de objetos a los enchufes.

9 Identificar perfectamente el voltaje de los diversos enchufes eléctricos instalados en cada mesa antes de conectar cualquier aparato.

10 Queda prohibida la visita de personas ajenas a la sesión de laboratorio.

11 Prohibido introducir radios o grabadoras, así como escuchar equipos de audio portátiles con audífonos.

12 A menos que el profesor lo indique, no se deberá encender ningún tipo de fuego en el laboratorio.

13 Realizar el montaje de los dispositivos con el mayor cuidado para no maltratar los materiales e instrumentos y obtener los mejores resultados.

14 Emplear el equipo de cómputo exclusivamente para la realización de las prácticas y cálculos de la sesión. No se podrá ocupar para hacer tareas o trabajos ajenos al laboratorio.

15 Cualquier material o equipo prestado por el laboratorio que resulte dañado por negligencia, tendrá que ser repuesto o reparado

16 Reportar cualquier incidente de inmediato al profesor o al encargado de laboratorio.


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Evaluación El curso práctico de laboratorio de mecánica, tendrá una evaluación independiente de la parte de teoría. Según la reglamentación vigente, la evaluación del curso de práctica, se aplicará bajo los siguientes lineamientos.: a) El curso práctico tiene un valor del 20% de la calificación total de la materia. b) Para tener derecho a calificación de la asignatura., la parte de laboratorio deberá tener

una calificación superior o igual a 6.0, de otra forma, tanto la parte teórica como práctica deberán de repetirse.

c) En cada sesión, se pasará lista de asistencia. Quien llegue con un retardo no superior a 5 minutos o antes de que termine la explicación de la práctica, se le permitirá la entrada, pero perderá el punto de asistencia y participación, así como se le registrará como retardo. 3 retardos se contabilizarán como una falta.

d) Para tener derecho a calificación se deberá cumplir con un mínimo de 80% de asistencia.

e) Los reportes se entregarán limpios, en impresión de computadora, a máquina de escribir o a mano con letra de molde bien legible.

f) Al llegar se le indicará a un equipo que haga una breve explicación de los objetivos y metodologías que previamente ya fueron estudiados y documentados para esa sesión.

g) Cada equipo deberá presentar un pre-reporte en cada sesión con la siguientes partes: - Título de la práctica - Objetivo - Generalidades - Metodología - Bibliografía

En este pre-reporte deberá integrar las respuestas a las preguntas preliminares, si es el caso. En alguna de las partes del formato anterior.

h) Al concluir la presentación, se procederá a la realización de la metodología, en donde se evaluará el orden y la participación de cada integrante del equipo

i) Al finalizar, los resultados deberán ser anotados con bolígrafo en los cuadros de resultados previamente hechos, así como los cálculos necesarios para comprobar que los procedimientos son correctos según la metodología . En la misma hoja se anotarán también, los integrantes del equipo que participaron, el título de la práctica y la fecha, para que el profesor otorgue el visto bueno correspondiente. Si los datos fueron recabados en disco, el profesor firmará en el pre-reporte.

j) Con los datos ya firmados, el equipo deberá completar el reporte con las siguientes partes:

- Cálculos - Gráficos - Discusión de gráficos y cálculos - Conclusiones - Cuestionario

k) El reporte ya completo, se entregará al profesor en la siguiente sesión, y se regresará posteriormente, calificado con las observaciones que correspondan.

l) La calificación se integrará de la siguiente forma: - Asistencia y participación 1 punto - Metodología y generalidades 1 punto - Cálculos y gráficos 2 puntos - Discusión de gráficos y cálculos 2 puntos


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- Conclusiones 2 puntos - Cuestionario 2 puntos

m) La calificación final del curso, se integrará por el promedio de todas las prácticas.

Indice Contenido Práctica No. 1 ........................... Mediciones y errores

Práctica No. 2 ............................ Ley del paralelogramo

Práctica No. 3 ............................ Análisis de un movimiento.

Práctica No. 4 ............................ Movimientos uniformes

Práctica No. 5 ............................ Gráficas de movimiento.

Práctica No. 6 ............................ Caída libre

Práctica No. 7 ............................ Tiro horizontal

Práctica No. 8 ........................... Movimiento circular acelerado

Práctica No. 9 ............................ Coeficiente de fricción

Práctica No. 10 .......................... Segunda Ley de Newton

Práctica No. 11 .......................... Fuerzas No Concurrentes

Anexos

Bibliografía


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Práctica No. 1 Mediciones y errores Objetivo.- El alumno aprenderá a conocer los diferentes tipos de errores presentes en toda medición. Aprenderá a determinar niveles de incertidumbre de un conjunto de mediciones, y a su corrección mediante métodos estadísticos.

Introducción En esta práctica se realizarán tres experimentos para conocer y utilizar las técnicas básicas de graficación y determinación de expresiones sencillas de proporcionalidad entre dos variables, así como determinar de manera elemental las incertidumbres asociadas a una medición.

Experimento No. 1 Materiales

- Balanza granataria - Probeta graduada de 250 ml - 2 vasos de p.p. de 250 ml - Agua corriente

Metodología 1. Colocar la balanza granataria en una mesa limpia y

nivelada. 2. Nivelar el instrumento a cero con el tornillo lateral

para tal propósito. 3. Pesar uno de los vasos. 4. Medir en la probeta graduada, con la mayor

exactitud posible, 20 ml de agua corriente. 5. Transferir el agua al vaso previamente pesado. 6. Determinar con exactitud el peso del vaso con su

contenido, por parte de un integrante del equipo.(No descontar el peso del vaso)

7. Anotar el resultado. 8. repetir el ensayo de otros cuatro volúmenes

semejantes de agua por otros cuatro integrantes del mismo equipo.

9. Repetir la serie de cuatro ensayos con un volumen de 40 ml, 60 ml y 80 ml de agua.

10. Determinar los promedios de los ensayos de cada volumen.

11. Realizar un cálculo de regresión lineal para determinar la relación masa volumen.

12. Realizar una gráfica de corrección de peso contra volumen.

Cuestionario

1. Explica el significado de la gráfica obtenida. 2. ¿Para qué sirve una gráfica así en el trabajo de

laboratorio? 3. ¿Por qué debe repetirse la medición por diferentes

personas? 4. ¿Cuál es la incertidumbre en la determinación de la masa de las pesas?

Experimento No. 2 Materiales

- 3 monedas de diferentes denominaciones. - Hoja de papel blanco - Vernier - Regla de 30 cm graduada

Metodología 1. Colocar la moneda de mayor diámetro sobre la hoja

blanca. 2. Dibujar el contorno de la moneda con un lápiz

sobre la hoja de papel. 3. Uno de los integrantes del equipo, medirá el

diámetro de la moneda con la regla, en una dirección, registrando dicha medición con una precisión de milímetros.

4. El mismo integrante hará otra medición diametral en otra dirección.

5. En seguida se harán dos mediciones diametrales con el vernier registrando el resultado hasta décimas de milímetro.

6. Cada uno de los integrantes hará 4 mediciones en forma semejante de la misma moneda.

7. Registrar los resultados. 8. Realizar un conjunto de mediciones semejantes a

la otra moneda. 9. Promediar las mediciones respectivas a cada

moneda con cada instrumento de medición. 10. Realizar la estimación de la desviación estándar

para cada conjunto de datos

11. Analizar los datos y redactar sus conclusiones

Cuestionario 1. ¿Que instrumento de medición da menos

variabilidad en la lectura? 2. ¿A que atribuyen la diferencia de resultados entre

cada uno de los integrantes? 3. ¿Cuál es la utilidad de la regresión estándar? 4. Porque este tipo de análisis se denomina médida

de dispersión?


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Experimento 3 En este experimento dejaremos vaciar un bote lleno de agua a través de varios orificios practicados en le fondo, y trataremos de encontrar una relación entre el tiempo de vaciado del bote con el número de orificios por donde sale el agua. Podemos utilizar uno de los botes, hacerle un orificio de área A, llenar el bote y dejar que se vacíe totalmente registrando el tiempo t de vaciado, posteriormente repetir la experiencia con dos orificios iguales y así sucesivamente. Vamos a tratar de encontrar la relación entre el área de salida y el tiempo de vaciado, para un volumen constante. No olvides repetir las mediciones varias veces para determinar una media y una desviación y anotarla adecuadamente. Considera en el experimento anterior, que tus datos recorran el mayor rango posible de las variables.

Cuestionario 1. Haz una lista del material empleado en la experiencia: 2. Anota tus resultados en una tabla como la de abajo.

1. Analiza la tabla y determina el tipo de proporcionalidad entre el tiempo y el área de salida. 2. Grafica los resultados, si es necesario efectúa un cambio de variable y determina la expresión o ecuación

que relaciona el tiempo contra el área de salida. 3. ¿Qué pasaría si el área de salida se mantuviera constante y se variara el volumen de agua del bote para

compararlo con el tiempo de salida? Plantea una hipótesis y diseña un experimento para comprobarla.

Área (cm2)

Tiempo (s)


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Práctica No. 2 Ley del Paralelogramo Objetivo.- El alumno comprobará experimentalmente la aplicación de la relación matemática que permite calcular la resultante de un sistema de dos vectores

por medio de la ley del paralelogramo.

Introducción: La fuerza es una cantidad vectorial, es decir que para expresarla completamente, requiere de una magnitud y una dirección. La suma o resta de vectores entonces debe realizarse por medio de las técnicas del álgebra vectorial. Esta práctica permite observar como se suman vectores y su resultante depende no solo de la magnitud sino también de la dirección de la fuerza. Para ello se pueden determinar las componentes rectangulares de los vectores o bien utilizar las leyes de los triángulos.

Las ecuaciones que puedes utilizar son:

Ley del triángulo: 2 2

1 2 1 22 cosr F F F F

Componentes: cosxF F y yF Fsen

Materiales - 5 pesas metálicas de diferentes valores. - 2 Soportes nivelables para física. - 2 Pinzas de nuez - Una barra de soporte universal (traerla los

integrantes del equipo) - Un dinamómetro de carátula - Dos poleas para soporte - Un transportador - Un tramo de hilaza - Balanza granataria

Metodología 1. Acomodar las pesas por orden de masa de menor a

mayor. 2. Nivelar la balanza granataria a cero. 3. Comprobar el valor real de cada pesa en la

balanza, y registrarlo con respecto al valor nominal. 4. Con los soportes, la barra y las nueces, armar un

marco rígido tal como se muestra en el diagrama de abajo.

5. Colgar el dinamómetro y comprobar que marque cero cuando no tenga ninguna carga.

6. Colgar la pesa de menor valor, ya calibrada, registrar la lectura.

7. Repetir la lectura de la misma pesa por otros cuatro integrantes del equipo.

8. Repetir los pasos 6 y 7 con cada una de las pesas. 9. Colocar las poleas en posición, y pasar la hilaza

como se muestra en el diagrama. Hacer un nudo sencillo sobre el gancho del dinamómetro.

10. Colgar pesas en cada extremo de la hilaza de tal forma de que no peguen con la base de los soportes.

11. Una vez logrado el equilibro del sistema. Registrar la lectura en el dinamómetro.

12. Con el transportador medir directamente el ángulo de los hilos en el nudo del gancho de carga del dinamómetro.

13. Registrar los resultados de las mediciones.

14. Repetir los pasos 11, 12 y 13 por otros cuatro integrantes del equipo.

15. Cambiar la combinación de pesas y/o la posición de las poleas para lograr otros 5 experimentos diferentes.

16. Con los datos calibración del dinamómetro. Promediar las lecturas para cada masa leída.

17. Determinar la ecuación de la recta de corrección por medio de una regresión lineal. Realizar una gráfica de lectura de fuerza contra valor real de las masas colocadas en el dinamómetro

18. Promediar las lecturas del ángulo y el dinamómetro para cada experimento.

19. Calcular el valor de la resultante por medio de la ley del paralelogramo para cada experimento.

20. Comparar el valor de la resultante con la lectura promedio del dinamómetro en cada experimento, por medio del porcentaje de error.

21. Redactar sus conclusiones


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Cuestionario

1. Si determinas la resultante por medio de componentes rectangulares o por medio de triángulos oblicuángulos ¿Qué diferencias observas en los resultados?, Si hay diferencia, ¿A qué crees que se deba?

2. ¿Cuál es la incertidumbre en la determinación de la fuerza? 3. ¿Cuál es la incertidumbre en la determinación del ángulo?.


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Práctica No. 3 Análisis de un movimiento Objetivo.- El alumno obtendrá experimentalmente los datos descriptivos de un movimiento lineal en forma manual, y los analizará gráficamente para describir su comportamiento. Introducción Preguntas preliminares:

1. ¿Qué es la velocidad? ¿Qué significa que un móvil se mueva a velocidad constante? 2. Establece la gráfica de posición contra tiempo de una partícula que se mueve a velocidad

constante. ¿Cómo se determina la velocidad con esta gráfica?

Materiales (por grupo) - Flexómetro - 25 Cronómetros - Riel de bolas de 6 m de longitud

- Canicas de vidrio de diferentes colores

Metodología

1. Colocar el riel de bolas en el centro del laboratorio de tal forma que la mayor parte de los integrantes del grupo puedan observarlo.

2. Inclinar el riel por un de sus extremos colocándole un objeto plano(p.ej. un libro grueso) por la pan rte de abajo.

3. Dejar que ruede una de las canicas desde el extremo alto del riel de tal forma que describa un movimiento uniforme. Si no es así, volver a ajustar la pendiente.

4. Medir con el flexómetro desde el extremo superior del riel, las distancias de cada una de las marcas que ya están indicadas a lo largo del mismo. (siempre desde el extremo)

5. Dibujar en el pizarrón una tabla que tenga en forma horizontal, tantas columnas como puntos medidos en el riel. En forma vertical debe tener 15 renglones.

6. Organizarse de tal forma que cada posición del riel sea observada por un integrante del grupo que a su vez sea responsable de un cronómetro.

7. Una vez distribuidos, designar a una persona, que sea responsable de lanzar a una velocidad moderada, una canica desde el extremo superior del riel, y la cual a su vez dará la señal a los demás compañeros para que inicien el cronometrado del tiempo, cuando la canica pase por la primera marca.

8. Cuando la canica pase por cada una de las marcas, previamente medidas, el alumno que observa dicha posición deberá detener su cronómetro. Así, secuencialmente con todas las demás posiciones.

9. Una vez terminado el ensayo. Una persona, irá anotando en el pizarrón los tiempos

correspondientes a cada posición en el número de ensayo que corresponda.

10. Realizar un total de 15 ensayos Hasta completar el cuadro de datos.

11. En esta ocasión todos los equipos deberán reportar el mismo cuadro de datos ya que se trata de una experiencia colectiva de todo el grupo.

12. Promediar los tiempos correspondientes a cada posición y determinar la desviación estándar de la primera y la última posición.

13. Con los promedios y las distancias. Trazar una gráfica de posición contra tiempo, y hacer una regresión lineal

14. Determinar las velocidades medias entre cada intervalo de posiciones y hacer una gráfica de barras en contra del tiempo.

15. Discutir las gráficas y la regresión lineal.

16. Redactar sus conclusiones

Cuestionario:

1. De acuerdo a las preguntas preliminares de la práctica. ¿Cuál es la velocidad de este movimiento?

2. ¿Cuál es la incertidumbre en la determinación de la velocidad?

3. ¿Cómo podrías mejorar la realización de esta práctica para disminuir la incertidumbre en las mediciones de tiempo?


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Práctica No. 4 Movimientos Uniformes Objetivo.- El alumno comprobará las relaciones matemáticas que guardan las diversas variables de los movimientos, rectilíneo uniforme y uniforme acelerado en un condición libre de fricción.

Introducción Cuando la velocidad cambia con el tiempo existe una aceleración. Si la velocidad varía uniformemente entonces la aceleración es constante. En las gráficas de posición contra tiempo, la pendiente de la gráfica representa la velocidad del móvil. A su vez, en la gráfica de velocidad vs tiempo, la pendiente es la aceleración. En este experimento se determinará la relación entre estas cantidades en un movimiento uniformemente acelerado. El riel de aire permite eliminar considerablemente la fricción, de modo que la aceleración observada sea casi constante y si el riel está bien nivelado la aceleración es casi cero. Al mismo tiempo demostraremos las ecuaciones del MUA (movimiento uniformemente acelerado), por medio de regresiones lineales y cuadráticas, para determinar la posición inicial, la velocidad inicial y la aceleración, también demostraremos que el MRU (movimiento rectilíneo uniforme) es un caso del MUA, cuando a = 0. Preguntas preliminares:

1. ¿Cómo son las gráficas de posición y velocidad vs tiempo de un MUA que parte del origen con una velocidad inicial y existe una aceleración que tiende a detener el objeto?

2. ¿En que puntos de las gráficas la velocidad del móvil es cero?, ¿en cuál posición ocurre esto?

3. ¿Cuáles sonlas ecuaciones de posición y velocidad en función del tiempo en el MUA?

Materiales - Riel de aire - Deslizador para riel de aire - Tarjeta de plástico - Cinta adhesiva - Sensor de movimiento Pasco - PC con interfase y software Data Studio

Metodología 1. Colocar el riel de aire lo más nivelado posible,

sobre la mesa de trabajo. Nota. No colocar el deslizador con el compresor apagado porque se pueden rayar tanto el riel como el deslizador.

2. Conectar el riel de aire a la compresora procurando que ambos extremos de la conexión queden firmes.

3. Conectar la compresora a la corriente eléctrica y encenderla.

4. Limpiar con un paño limpio o un pañuelo facial (Kleenex) la superficie del riel con el compresor funcionando.

5. Colocar el deslizador y comprobar que este puede moverse libremente a lo largo de todo el riel sin obstrucciones.

6. Comprobar que el riel esté perfectamente nivelado. De no se así afinar la nivelación.

7. Quitar el deslizador y apagar la compresora. 8. Encender secuencialmente, la Interfase de

adquisición de datos y la PC. 9. Esperar a que arranque windows y cargar el

software Data Studio. 10. De igual forma que en la práctica anterior, crear un

experimento y conectar el sensor de movimiento (Motion Sensor)

11. En al ventana de control. Arrastrar el icono de adquisición de datos de posición hasta el formato de salida que dice Graph.

12. Igualmente arrastrar el icono de Velocity hasta la salida Graph.

13. Con el botón Start, comprobar el funcionamiento del sensor. Detenerlo con el botón Stop.

14. Pegar con cinta adhesiva la tarjeta de plástico en forma vertical a uno de los extremos del deslizador.

15. Colocar el sensor de movimiento en un extremo del riel de tal forma que la señal ultrasónica rebote adecuadamente en la tarjeta plástica y que el movimiento del deslizador no pueda golpearlo.

16. Iniciar la adquisición de datos en la PC empujando levemente el deslizador de tal forma que este describa un movimiento rectilíneo uniforme.

17. Realizar 4 experimentos y seleccionar el que haya dado el mejor trazo recto en posición y velocidad.

18. Transferir los datos de posición y velocidad a una hoja de Excel y grabarlos en un disco de 3 ½ por equipo.

19. Inclinar ligeramente el riel por el extremo opuesto al sensor.


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20. Repetir el experimento, pero ahora lanzando el deslizador desde la parte más baja del riel de tal forma que suba y regrese con un movimiento uniforme acelerado.

21. Repetir 4 veces el experimento para seleccionar el mejor.

22. Transferir nuevamente los datos de posición y velocidad a una hoja de Excel y grabarlos en el mismo disco de 3 ½.

23. Con los datos de la hoja de Excel reconstruir las gráficas de posición y velocidad. Imprimirlas y discutirlas.

24. Redactar sus conclusiones.

Cuestionario. 1. En el caso del movimiento rectilíneo, como puedes afirmar, por medio de las gráficas obtenida que la aceleración es

cero? 2. En el caso del MUA, escoge la mejor de las corridas obtenidas y describe el movimiento tanto en la grafica de posición

como su correspondiente gráfica de velocidad. 3. ¿Cómo obtiene el programa los datos de velocidad sabiendo que el sensor de movimiento no puede medir

directamente la velocidad, sino la posición del carrito? 4. Para comprobarlo toma dos puntos adyacentes de la gráfica de posición cuando el móvil desarrolla un MUA, y

determina su pendiente o velocidad media, anota los datos en la tabla de abajo en el primer renglón y verifica el valor de velocidad correspondiente para ese intervalo de tiempo

5. Determina por algún método la ecuación de la posición contra tiempo y escríbela en la tabla de datos, Según tu método, ¿Qué tan cerca está de una curva polinomial la curva desarrollada por los datos experimentales?

6. ¿La curva ajustada de posición vs. tiempo, te da un valor de posición inicial?, si es así, ¿cuál es esa posición inicial? Escríbela en la tabla de datos.

7. ¿La curva ajustada de posición contra tiempo te da un valor de velocidad inicial?, si es así escríbela en la tabla de datos.

8. ¿La curva ajustada de posición vs. tiempo te da un valor de aceleración?, si es así escríbela en la tabla de datos. 9. Determina por algún método, la curva ajustada de los datos de velocidad vs. tiempo cuando el móvil desarrolla MUA. Y

escríbela en la tabla, ¿Qué tan cerca del ajuste lineal está la curva. 10. De la misma manera que en las preguntas anteriores, ¿La curva ajustada de la velocidad vs. tiempo te proporciona un

valor de posición inicial, de velocidad inicial y de aceleración?, si para cada caso es así, escríbela en la tabla de datos. 11. ¿Qué relación encuentras entre los datos de aceleración obtenidos por el ajuste de la posición y de la velocidad?,

¿Coincide con la información teórica? 12. Con respecto a la curva de velocidad vs. Tiempo, ¿El programa obtiene la velocidad instantánea?, Si no es así como

podrías construir una ecuación o una gráfica de velocidad instantánea mas cercana a las valores reales y como se compara con los valores determinados por el programa “Data Studio”?

13. Según los resultados del experimento, ¿Cuál es la relación de la velocidad instantánea con la ley de posiciones en el MUA?

14. ¿Cuál es la relación de la aceleración con la ley de velocidades en el MUA? TABLA DE DATOS.

Aspecto Valor Pendiente de dos puntos adyacentes en la gráfica de posición

Valor correspondiente en la gráfica obtenida por el programa

Ecuación ajustada de posición vs tiempo

Ecuación ajustada de velocidad vs tiempo.

Valores de posición y velocidad

Según la gráfica de posición

Según la gráfica de velocidad

Valor de la posición inicial Valor de la velocidad inicial Valor de la aceleración


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Práctica No. 5 Gráficas de movimiento Objetivo.- El alumno realizará manualmente los movimientos necesarios en un carro experimental para obtener los gráficos computarizados de los movimientos que se le solicitan.

Introducción Las gráficas del movimiento pueden servir como herramientas útiles no solo para describir el movimiento de partículas y cuerpos, sino para determinar posición, velocidad y aceleración en tiempos determinados, es decir, permiten determinar la dirección del movimiento, qué tan rápido va, cuanta distancia ha recorrido y otras. En este experimento se pretende que puedas describir movimientos a través de sus gráficas para después reproducirlos en el laboratorio con un carro utilizando el sensor de movimiento. En este experimento se utiliza el sensor de movimiento, que dirige pulsos de ultrasonido (sonidos con frecuencias tan altas que no son audibles) hacia los objetos, de modo que estos reflejen las ondas sonoras al propio detector. La computadora con los datos de tiempo de reflejo y la velocidad deel sonido, permite calcular la posición del objeto con respecto al detector. A su vez con los datos de tiempo y distancia el programa Data Studio calcula la velocidad y aceleración del móvil.

Materiales - Carro de madera - Tarjeta de plástico - Cinta adhesiva - Sensor de movimiento Pasco - Regla de madera de 1 m. - PC con interfase y software Data Studio

Metodología 1. Encender primeramente la Interfase de adquisición

de datos que se encuentra conectada a la PC. 2. Encender la PC y esperar a que se complete su

arranque. 3. Localizar el icono DataStudio en el DeskTop de

Windows. 4. En el menú de inicio, seleccionar el icono Create

Experiment. 5. En la ventana de selección de sensores, buscar el

sensor de movimiento. (Motion Sensor) 6. Arrastrar el icono de Motion Sensor hasta la figura

que muestra la interfase. Al soltarlo aparecerán los puntos de conexión.

7. Con cuidado, desempacar el sensor de movimiento y conectarlo según el diagrama que aparece en la figura del la interfase en la PC.

8. Cerrar la ventana de conexiones. 9. En al ventana de control. Arrastrar el icono de

adquisición de datos hasta el formato de salida que dice Graph.

10. Con el mouse oprimir el botón Start para comprobar el funcionamiento del sensor.

11. Detenerlo con el botón Stop. 12. Revisar que las ruedas del carro de madera giren

sin dificultad. 13. Pegar con cinta adhesiva la tarjeta de plástico en

forma vertical a uno de los extremos del carro de madera.

14. Colocar la regla de madera sobre la mesa y marcar con un gis una distancia de 1 m.

15. Colocar el sensor junto a una de las marcas y poner el carro de tal forma que el eco del sensor rebote en la tarjeta de plástico.

16. Iniciar la adquisición de datos en la PC y mover el carro con la mano sin soltarlo de tal forma que en la pantalla se formen

17. los trazos de movimiento como las gráficas siguientes.

18. Realizar un experimento por cada trazo. 19. Si una secuencia de adquisición no salió como se

esperaba, borrarla y repetirla. 20. Una vez completados todos lo movimientos,

transferir los datos a una hoja de Excel y grabarlos en un disco de 3 ½ por equipo.

21. Con los datos de la hoja de Excel reconstruir la gráficas, imprimirlas y discutirlas.



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Cuestionario 1. Describe cada uno de los movimientos realizados por el carro. 2. Explica en cada gráfica el significado de la pendiente, tanto positiva como negativa. 3. Explica el significado de la pendiente cero en la gráfica de posición tiempo.


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Práctica No. 6 Caída libre Objetivo.- El alumno comprobará que la caída libre de los cuerpos obedece al modelo de un Movimiento Uniforme Acelerado.

Introducción Preguntas preliminares

1. Si un objeto se mueve con aceleración constante ¿Cuáles son las gráficas de posición y velocidad si parte del reposo?

2. ¿Cuál fue la dificultad más importante por la que Galileo no pudo experimentar con caída libre directamente sino a través de planos inclinados?

3. ¿La velocidad inicial de un objeto en caída libre modifica el valor de su aceleración? 4. ¿Cuál es valor de la aceleración gravitacional?, sabemos que este valor no es constante,

entonces, ¿Cuáles factores lo afectan?, ¿Cuánto crees que vale en el laboratorio de la facultad de Química?

Materiales - Un tramo de perfil metálico de 2.5 m de largo - Prensa de mesa - Flexómetro. - Circuito, mordaza y sensor de impacto - Cronómetro digital Laybold - Cinta adhesiva.

- Canica cubierta de papel aluminio.

Metodología 1. Armar el circuito de control del cronómetro. 2. Fijar el extremo inferior a barra metálica a una de

las mesas y el superior a uno de los soportes de las tuberías del techo del laboratorio.

3. Fijar la mordaza con la prensa de mesa sobre la barra a 5 cm de la cubierta de la mesa.

4. Medir con el flexómetro la distancia exacta desde la parte inferior de la mordaza hasta la superficie del sensor de impacto. Registrar el dato.

5. Acercar un banco y colocar el sensor de impacto encima de tal forma que queda exactamente debajo de la mordaza.

6. Encender el cronómetro y el circuito de control. 7. Colocar la canica cubierta de aluminio en la

mordaza de tal forma que el cronómetro marque ceros.

8. Oprimir el botón de activación y comprobar que todo funcione correctamente.

9. Hacer el lanzamiento de la canica, abriendo la mordaza para soltarla. Al golpear la canica con el sensor de impacto, el cronómetro se detendrá automáticamente.

10. Registrar el tiempo indicado en el cronómetro en milésimos de segundo.

11. Repetir el experimento hasta que una misma lectura de tiempo se repita tres veces a la misma altura.

12. Conseguida la repetición, elevar la mordaza 15 cm aproximadamente y volver a medir la altura al sensor.

13. Repetir el experimento a la nueva altura, hasta que lectura de tiempo se repita otras tres veces.

14. Cuando se llegue a una altura de un metro aproximadamente, bajar el sensor de impacto hasta el piso y bajar la mordaza hasta la mesa.

15. Continuar haciendo los experimentos a diferentes alturas, hasta llegar a la altura de la tuberías. Con cuidado para no caerse. Lo deseable es tener por lo menos 9 lecturas diferentes de tiempo y distancia.

16. Con los datos obtenidos, hacer las gráficas de altura, velocidad y aceleración, todas contra tiempo. Discutirlas

17. Elaborar sus conclusiones.

Cuestionario 1. Para realizar las gráficas de velocidad vs tiempo,

refiérase a la práctica de MUA, es decir, por medio de las velocidades medias entre dos puntos adyacentes de posición y tiempo.

2 1

2 1

m

y yv

t t

donde y2 y y1 son las posiciones adyacentes para los tiempos correspondientes t2 y t1. Grafique estos valores contra tiempo y Discuta si la gráfica de estos valores se parece a la gráfica de velocidad instantánea.

2. ¿Cómo puede determinar el valor de g con los datos obtenidos en esta experiencia?¿Cuál es el nivel de incertidumbre del valor encontrado?

3. Después de esta experiencia, ¿Qué aspectos

corregiría a las respuestas de las preguntas preliminares de la práctica?


16

Práctica No. 7 Tiro horizontal. Objetivo.- El alumno comprobará la relación cinemática bidimensional de un movimiento en un plano por medio del análisis de un tiro horizontal.

Introducción Preguntas preliminares.

1. Si dejas caer un balín desde el reposo, ¿qué información necesitas para predecir el tiempo de caída?¿Cuáles suposiciones debes hacer?

2. Si el balín de la pregunta anterior tiene una velocidad horizontal v0 conocida cuando empieza a caer,¿Cómo puedes determinar qué tan lejos llegará sobre el piso al caer?

3. ¿Cómo influye esta velocidad inicial con el tiempo de caída del balín? 4. ¿Cómo influye esta velocidad inicial en la distancia a la que llegará sobre el piso? 5. Establece una expresión para determinar la aceleración gravitacional g por medio de esta

experiencia con los datos de v0, altura de caída y distancia de llegada sobre el piso.

Materiales - Esfera de billar - Prensa de mesa - Plomada - Vernier - Regla de madera de 1 m. - Hojas de papel bond y papel carbón - Rampa de lanzamiento horizontal. - Fotocompuerta Pasco - PC con interfase y software Data Studio

Metodología 1. Encender secuencialmente, la Interfase de adquisición

de datos y la PC. 2. Esperar a que arranque windows y cargar el software

Data Studio. 3. Buscar en la ventana de selección de sensores, el que

se identifica como PhotoGate (fotocompuerta) 4. Arrastrar el icono hasta la imagen de la interfase. 5. Dar clic en el botón titulado Timers. 6. En la ventana que se abre. Asignar un nombre a la

etiqueta del evento en el espacio Label (P.ej. Intervalo)

7. Dar clic en el botón de despliegue que aparece junto al dibujo de la fotocompuerta etiquetado como CH 1

8. Seleccionar la opción Bloked. 9. En seguida aparece otra fotocompuerta semejante.

Seleccionarla como Unbloked de la misma forma. 10. Oprimir el botón done para cerrar la ventana Timers. 11. En la ventana de eventos aparecerá un icono con la

etiqueta asignada. Arrastrarla hasta el formato de salida Table.

12. Armar correctamente la rampa de lanzamiento y fijarla a la orilla de una de las mesas del laboratorio, de tal forma que al soltar la bola de billar desde alguna posición de la rampa, la bola salga volando libremente por el borde de la mesa.

13. Colgar la plomada por el extremo inferior de la rampa, para hacer una marca en el piso que corresponda al punto de lanzamiento en el eje horizontal.

14. Medir la altura de la mesa con la regla de 1 m. 15. Medir con el Vernier, el diámetro exacto de la esfera. 16. Realizar dos o tres lanzamientos a diferentes alturas

para determinar tres el niveles de lanzamiento en la rampa y sus posiciones de impacto horizontal con el piso.

17. Adherir una o dos hojas de papel bond al piso sobre en las posiciones máxima y mínima de impacto de la esfera con el piso.

18. Colocar el papel carbón encima de las hojas con la cara entintada hacia abajo para que el balín marque el punto de impacto con el suelo

19. Comenzar la adquisición de datos en la PC. 20. Realizar 5 lanzamientos a diferentes alturas de la

rampa y detener la PC 21. Medir las distancias en forma horizontal, desde el

punto de lanzamiento hasta las marcas de impacto en las hojas bond.

22. Con los datos de tiempo de paso y el diámetro de la esfera. Calcular las velocidades iniciales de lanzamiento de la esfera en cada experimento.

23. Con los datos de velocidad inicial, desplazamiento horizontal, y altura de la mesa, calcular la constante gravitacional para cada experimento.



17

Cuestionario

1 ¿Cuál es el valor de g encontrado en esta experiencia?,¿Cuál es su incertidumbre? 2 ¿Cómo difiere el valor de g de esta experiencia, con el de la práctica anterior? 3 Menciona las semejanzas y diferencias entre la caída libre y el tiro horizontal.


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Práctica No. 8 Movimiento circular acelerado Objetivo.- El alumno comprobará experimentalmente la relación matemática que guardan las diversas variables involucradas en un movimiento circular acelerado.

Materiales - Tramo de hilo - 4 Pesas de diferentes valores - Soporte - Sensor de movimiento circular Pasco - PC con interfase y software Data Studio

Introducción El sensor de movimiento rotacional, permite medir la posición angular de objetos al girar, por medio de una fuente luminosa que es bloqueada por un disco perforado en el interior del dispositivo. La computadora cuenta las veces que por unidad de tiempo la luz es bloqueada al girar el disco y con ello puede determinar la velocidad angular y la aceleración angular.

Preguntas preliminares 1. ¿Cuáles son las relaciones entre la velocidad angular y la velocidad lineal en un MC

(Movimiento circular)? 2. ¿Qué efectos tiene la aceleración angular sobre la velocidad angular y la velocidad

tangencial en el MC? 3. ¿Cuáles son las expresiones para calcular la posición angular y la velocidad angular en el

MCUA (movimiento circular uniformemente acelerado?

Metodología 1. Armar el dispositivo como se muestra en la figura,

usando las pesas, el hilo, el soporte y el sensor de rotación.

2. Encender la Interfase de adquisición de datos y la PC.

3. Cargar el software Data Studio. 4. Crear un nuevo experimento. 5. Buscar en la ventana de selección de sensores, el

que se identifica como Rotary Motion Sensor (movimiento rotatorio)

6. Arrastrar el icono hasta la imagen de la interfase. 7. Hacer doble clic sobre el icono del sensor que

aparece junto a la interfase. 8. En la ventana que se abre, hacer clic en la página

marcada con la pestaña Measurement. Ahí seleccionar la medición de Posición Angular en Radianes y Velocidad angular en rad/seg. Y la de velocidad y aceleración en otra gráfica en m/seg. Cerrar la ventana.

9. En la ventana de datos (Data) aparecen las variables seleccionadas. Arrastrar ambas mediciones hasta el formato de vista (Display) indicado como Graph.

10. Conectar el sensor en la posición indicada en la imagen.

Movimiento circular uniforme 11. Colgar dos pesas de igual masa por medio de un

tramo de hilo sobre la polea del sensor de rotación., si las masas no son exactamente iguales equilibrarlas colocando rondanas en la de menor

masa hasta lograr que la polea no gira, es decir equilibrio rotacional.

12. Iniciar la adquisición de datos impulsando la poleas y soltándola, procurando que las masas adquieran velocidad constante.

13. Registrar y guardar en excel.

MCUA 14. Colocar ahora una pesa de mayor tamaño lo más

cercano a la polea del sensor. 15. Iniciar la adquisición de datos con el botón start y

soltar las pesas para que se muevan libremente. 16. Detener el experimento. 17. Realizar otras 3 experiencias cambiando las

combinaciones de las pesas. 18. Una vez terminados los experimentos emplear las

herramientas Fit Line para analizar sus datos. 19. Copiar los datos obtenidos en una hoja de Excel y

grabarlos en disco. 20. Imprimir las gráficas de Posición y Velocidad

angular, ambas contra tiempo. 21. Discutir las gráficas.



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Cuestionario

1. ¿Cuál es la ecuación del MC encontrada en este experimento?¿Cuál es el significado de las constantes encontradas y cómo se relacionan con el movimiento experimentado?

2. ¿Cuáles son las ecuaciones del MCUA encontradas?¿Cuál es el significado de las constantes encontradas y su relación con el movimiento experimentado?(para responder esta pregunta utilice la tabla del experimento de MUA).


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Práctica No. 9 Coeficiente de fricción. Objetivo.- El alumno comprobará experimentalmente la relación dinámica entre la fuerza de

fricción y la normal a la superficie de contacto en el caso estático y cinético.

Introducción: Si tratas de arrastrar una caja pesada sobre alguna superficie rugosa, puedes notar que si empiezas a aplicar una fuerza pequeña no moverás la caja. De hecho parece que la caja se reiste al movimientos a pesar de que aumentes la magnitud de la susodicha. Sin embargo eventualmente la caja comenzará a moverse pero con una fuerza entre el piso y la caja, que tratará de impedir el movimiento. Esta fuerza es la fricción estática, mientras que la fuerza de fricción que se opone a que la caja se siga moviendo se llama fricción cinética. Asimismo, si aumentas el peso de la caja las fuerzas de fricción aumentarán. En este experimento utilizaremos un sensor de fuerza o dinamómetro, para medir y determinar la relación entre la fuerza de fricción estática y la cinética.

Preguntas preliminares: 1.- ¿La fuerza que requieres para comenzar a mover la caja es mayor, menor o igual a la que requieres para mantener a la caja en movimiento?¿En qué concepto basas tu respuesta? 2.- Cuál es la relación entre el peso de la caja y las fuerzas de fricción?¿Existe algún modelo matemático que describa esta situación?

Materiales - Tramo de hilo - Pesas planas de diferentes valores - Soporte - Tabla de madera con gancho - Hoja de papel bond - Balanza granataria - Sensor de fuerza Pasco

- PC con interfase y software Data Studio

Metodología 1. Armar el dispositivo como se muestra en la figura,

usando la tabla, el hilo, el soporte y el sensor de fuerza.

2. Encender la Interfase de adquisición de datos y la PC. 3. Cargar el software Data Studio y crear un nuevo

experimento. 4. Buscar en la ventana de selección de sensores, el que

se identifica Force Sensor (sensor de fuerza) 5. Arrastrar el icono hasta la imagen de la interfase. 6. Seleccionar la variable Force en la ventana de datos

(Data). Arrastrar dicha medición hasta el formato de vista Graph.

7. Conectar el sensor en la posición indicada en la imagen.

8. Colocar una hoja de papel bond que no tenga pliegues y no esté arrugada debajo de la tabla de madera. Procurar que la tabla quede en la porción frontal de la hoja dejando la mayoría de la superficie libre para que sirva de espacio de fricción. El hilo que amarra la tabla con el sensor, no debe estar tenso.

9. Pesar en la balanza granataria cada una de las pesas planas para conocer su valor exacto.

10. Colocar la pesa de menor valor sobre la tabla. Registrar en su hoja de datos dicho valor.

11. Oprima el botón que se encuentra en un costado del sensor de fuerza para ajustar a cero dicho dispositivo.

12. Comenzar la adquisición de datos. 13. Con ambas manos sujetar la hoja por el extremo

frontal y deslizarla despacio y uniformemente hacia delante de tal forma que sea la hoja la que se mueva y la tabla permanezca en reposo con respecto a la mesa.

14. Detener la adquisición de datos y el movimiento justo antes de llegar al final de la hoja.

15. Repetir en dos ocasiones más el experimento colocando las otras dos pesas sobre la tabla.

16. Transferir los datos registrados en Data Studio a una Hoja de Excel.

17. Guardarlos en disco flexible. 18. Imprimir las gráficas de fuerza contra tiempo y calcular

los coeficientes de fricción estáticos y cinéticos a partir de dichas gráficas. Elaborar su discusión.



21

Preguntas

1. En la gráfica obtenida distingue la fuerza cuando la hoja no se movía y el momento en que la hoja de papel comenzó a moverse. Y explica la diferencia.

2. En función de estas diferencias ¿Cómo modificarías o refirmarías tus respuestas a las preguntas preliminares?

3. ¿Con estos datos puedes establecer o medir los coeficientes de fricción? ¿Cuál es la relación entre los pesos sobre las tablas y el coeficiente de fricción obtenido?

4. ¿Dependerá el coeficiente de fricción de la velocidad con la que arrastras la hoja?

5. ¿Cuáles diferencias hallarías en los resultados si utilizaras otro tipo de papel?

6. Si el experimento se hiciera en un plano inclinado ¿Cómo se afectaría el resultado de la fuerza de fricción y de los coeficientes de fricción estática y cinética?


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Práctica No. 10 Segunda Ley de Newton. Objetivo.- El alumno comprobará como se produce la aceleración de un objeto con masa, cuando sobre el una fuerza constante.

Introducción: ¿Cómo cambia el movimiento un carro cuando le aplicas una fuerza para jalarlo o empujarlo? El sentido común indica que el carro se moverá más rápido si le aplicas una fuerza cada vez mayor. ¿Es entonces la velocidad del carro directamente proporcional a la fuerza aplicada? O bien, ¿es la fuerza aplicada la que aumenta dicha velocidad? Además ¿Cuánto afecta la masa del carro los cambios en el experimento? El sentido común indica que si la masa del carro aumenta requiero más fuerza para empujarlo.

Con un sensor de posición puedes medir las posiciones del carro cuando se le aplica una fuerza por medio una cuerda con una pesa colgada en su extremo. Puedes cambiar la masa del carro así como la fuerza con la que jalas para determinar la relación entre ambas variables ellos. Esta relación es la segunda ley de Newton del movimiento.

Materiales - Tramo de hilo - Soporte - 4 Pesas planas de diferentes valores - Polea de baja fricción - Balanza granataria - Riel de aire - Deslizador para riel de aire - Tarjeta de plástico - Sensor de movimiento Pasco

- PC con interfase y software Data Studio

Metodología 1. Nivelar el riel de aire sobre la mesa de trabajo.

Nota. No colocar el deslizador con el compresor apagado.

2. Conectar el riel de aire a la compresora 3. Encender la compresora. 4. Limpiar con un paño limpio o un pañuelo facial la

superficie del riel con el compresor funcionando. 5. Colocar el deslizador y comprobar su libre

movimiento. 6. Comprobar la nivelación del riel. 7. Quitar el deslizador y apagar la compresora. 8. Calibrar las pesas en la balanza granataria. 9. Encender, la Interfase de datos y la PC. 10. Cargar el software Data Studio. 11. Crear un experimento. 12. Instalar y conectar el sensor de movimiento

(Motion Sensor) 13. En al ventana variables. Arrastrar el icono de

adquisición de datos de posición hasta el formato de salida Graph.

14. Arrastrar también el icono de Velocity hasta la salida Graph.

15. Comprobar el funcionamiento del sensor. 16. Pegar la tarjeta de plástico con cinta adhesiva

en forma vertical a uno de los extremos del deslizador.

17. Instalar la polea por medio de un soporte en un extremo del riel del tal forma que la polea pueda quedar suspendida por el borde de la mesa.

18. Colocar el sensor de movimiento en el extremo del riel opuesto a la polea.

19. Amarrar con el hilo el deslizador y hacerle una lazada en la otra punta para colgarle las pesas.

20. Encender nuevamente la compresora 21. Colocar el deslizador amarrado al al principio del

riel. 22. Colgar la pesa más pequeña 23. Iniciar la adquisición de datos en la PC y soltar el

deslizador para que se mueva libremente. 24. Detener la adquisición de datos cuando el

deslizador llague al final del riel. 25. Con las herramientas Line fit determinar la

aceleración promedio de la gráfica de velocidad. 26. Repetir en tres ocasiones más el experimento

cambiando las pesas. 27. Transferir los datos registrados de posición y

velocidad de Data Studio a una Hoja de Excel. 28. Guardarlos en disco flexible. 29. Imprimir las gráficas de posición y velocidad

contra tiempo. 30. Elaborar su discusión y sus conclusiones

relacionando el valor de las pesas con la aceleración que adquirió el deslizador en los diversos experimentos.


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Preguntas 1. ¿La fuerza aplicada al carro es igual al valor de la pesa? Explique su respuesta con un DCL (Diagrama de cuerpo libre) 2. ¿Cuál es la relación de la masa del carro con la fuerza aplicada la carro? 3. ¿Cuál es la relación de la velocidad con la fuerza aplicada al carro? 4.- Basado en los resultados obtenidos y en las respuestas a las preguntas anteriores explique con conceptos de la física si este experimento comprueba la segunda ley de Newton. 5. ¿Por qué es importante hacer este experimento en el riel de aire?

Extensiones al experimento. - Cuando la pesa esté en el punto más bajo empuje el carro de modo que la pesa comience a subir y suéltelo para que el carro adquiera un impulso, llegue a cierto punto de la mesa y regrese por la acción de la pesa. Al mismo tiempo registre la velocidad vs tiempo del carro con el sensor de movimiento. ¿La aceleración del carro es igual cuando sube la pesa que cuando baja? Explique mediante la segunda ley de Newton la respuesta a esta pregunta, no solo de manera cualitativa sino de manera cuantitativa.


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Práctica No. 11 Fuerzas no concurrentes. Objetivo.- El alumno comprobará experimentalmente las condiciones para lograr un equilibrio estático no concurrente mediante la sumatoria de momentos.

Introducción Cuando las fuerza son aplicadas a objetos extensos, es decir aquellos que no se consideran como partículas, debemos considerar que las fuerzas aplicadas no solo pueden provocar una traslación del centro de masa del cuerpo sino también giros o rotaciones. El efecto de la fuerza que provoca la rotación se llama momento de la fuerza y es igual a :

oM r F

o bien en forma escalar:

oM r Fsen

donde r es el brazo de palanca

F es la fuerza que provoca el momento y el ángulo entre el brazo de palanca y la línea de acción

de la fuerza.

Preguntas Preliminares ¿Qué es un cuerpo rígido? ¿Cuál es la condición para mantener el equilibrio rotacional en un cuerpo rígido? Si un cuerpo se encuentra en equilibrio rotacional y traslacional, ¿está necesariamente en reposo? ¿Cómo funciona una palanca?

Materiales - Tramo de hilo - 5 Pesas de diferentes valores - 2 Soportes - 2 Dinamómetros de carátula - 2 Pinzas de nuez - 1 Barra de soporte Universal. - 1 Tubo metálico de 20 cm. - Regla de 30 cm.

Metodología 1. Calibrar las pesas con la balanza granataria. 2. Determinar el peso del tubo. 3. Armar el marco rígido como se muestra en la figura,

usando los soportes, las pinzas de nuez, la barra y los dinamómetros.

4. Antes de colgar el hilo y el tubo, comprobar que los dinamómetros indiquen una lectura de cero cuando no tengan carga.

5. Cortar tres tramos cortos de hilo para hacer tres lazadas, mismas que deberán ensartarse en el tubo para que permitan colgar posteriormente las pesas.

6. Cortar un tramo de hilo, pasarlo a través de tubo y colgar cada extremo de los ganchos en de los dinamómetros.

7. Ajustar la distancia entre los dinamómetros, y la posición del tubo para que el sistema quede perpendicular.

8. Medir la longitud total del tubo. 9. Colgar una de las pesas en una de las lazadas de hilo

procurando que no quede muy cerca de las orillas. 10. Si al colgar la pesa, el tubo se desnivela, mover el hilo

dentro del tubo para que este quede nivelado.

11. Asignar uno de los extremos del tubo como centro de rotación (origen) y medir con una regla, la distancia desde ese extremo hasta la lazada donde se ha colgado la pesa.

12. Registrar en un cuadro de datos las lecturas en los dinamómetros, el valor de la pesa y la distancia al origen.

13. Repetir el experimento otras 4 veces cambiando la pesa y la posición de la misma en el tubo.

14. Hacer otros 5 experimentos pero ahora colgando dos pesas.

15. Hacer 5 experimentos colgando tres pesas. 16. Con los datos recabados. Calcular el valor teórico de

la resultante en cada extremo del tubo considerando: Valor de las pesas, distancias, peso y longitud del tubo.

17. Compararlo con la lectura en los dinamómetros y determinar el % de error tomando como referencia el valor teórico.

18. Discutir los cálculos y redactar sus conclusiones.


25

Cuestionario: 1. ¿Cuál es el nivel de incertidumbre de la medición del brazo de palanca? 2. ¿Cuál es el nivel de incertidumbre de la medición de la fuerza? 3. ¿Cómo calculas el error entre el valor observado y el calculado? 4. Con base en los datos recabados comente si la experiencia comprueba la condición de

equilibrio rotacional. Si no es así comente cuáles son las variables o condiciones del experimento que pudieron haber influido en los resultados.


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Anexos Cálculos estadísticos de estimación y corrección de errores

y mx b

2 2( )

n xy x ym

n x x

y m x

bn

2 2 2 2[ ( ) ][ ( ) ]

n xy x yr

n x x n y y

2

1

( )

1

n

i

i

x x

sn

Bibliografía

No. Título Clasificación

1 2 3 4 5 6 7

SERWAY R.A. Jewett J.W.; “Física para Ciencias e Ingeniería Vol I” 7a Edición

CENGAGE Learning, México, 2009.. RESNICK, Robert; David Halliday, et al. “Física, volumen I”,CECSA, 5a. Ed., México D.F. 2002. YOUNG, H.D., Freedman R.A. Sears, F. W., Zemansky; “Física Universitaria” Vol I 12ª Ed., Pearson Educación, México, 2009

FISHBANE,Paul; et al. “Física para ciencias e ingeniería, Volumen I”Prentice Hall hispanoamericana, México, D.F., 1994. ALONSO, Marcelo, Edward Finn, “Física Vol. I”, Fondo editorial interamericano, México, D.F., 1976. BUECHE, Frederick ; “Física para estudiantes de ciencias e ingeniería” Mc Graw Hill, México, 2001. LAGEMANN, Robert; “Ciencia física experimental” Editorial Norma, Cali, 1968

QC21 R37 2009 QC21 R37 2002 QC21.2 .Y68 2009 QC23 F53 QC23 A55 QC21.2 B83 2001 QC23 L33

Documents

Manual de Lab. de Mecanica 2010