fisica mecanica 011

UNIVERSIDAD FRANCI SCO DE PAULA SANTANDERDepartamento de Fsica

Guas de

LABORATORI O DE Fl SI CA MECANICA

Cecilio Mendoza Reyes

Ccuta, 2011

INTRODUCCION

La fsica es una ciencia lgicamente estructurada, sobre un conjunto amplio de fenmenos ntimamente relacionados. Como tal requiere de definiciones, postulados y leyes, los cuales enmarcados en una teora, procuran describir la estructura de una parte de la naturaleza. Por tanto, su objetividad debe estar regulada por la verificacin experimental y la prediccin de nuevos fenmenos. La experimentacin en fsica permite: Promover el inters por la fsica mediante la observacin de fenmenos. Motivar la bsqueda de explicaciones a travs de la discusin de lo observado. Presentar fenmenos que slo se han tratado tericamente. Mostrar cmo el conocimiento de la fsica es til en la vida diaria a partir de las aplicaciones de los fenmenos fsicos mostrados. Discutir concepciones errneas sobre temas de fsica. Ayudar al entendimiento de conceptos abstractos. Aplicar conceptos de modelacin en situaciones reales. Ayudar a la interpretacin de situaciones problema. Medir algunos parmetros involucrados en los fenmenos.

El propsito de este curso es introducir al estudiante en el mtodo experimental, llevando a cabo un conjunto de prcticas o experimentos que desarrollen habilidades e ilustren los conceptos que se estudian en el curso terico y corroboren algunas de las leyes fsicas establecidas.

CONTENIDO

Introduccin Contenido Incertidumbre en mediciones Interpretacin de grficas Medidas experimentales Movimiento rectilneo Cada libre Movimiento de proyectiles Movimiento circular Ley de Hooke Segunda ley de newton Conservacin de energa mecnica Colisiones Pndulo balstico

2 3 4 9 13 17 23 27 31 37 43 48 54 59

4

U N I V E R S I D A D FRANCISCO DE PAULA SANTANDER A P A R T A M E N T O DE F I S I C A LABORATORIO DE F I S I C A MECANICA V J

INCERTIDUMBRE EN M E D I C I O N E SObjetivo General: Analizar fsica. Objetivos especficos 1. 2. D e t e r m i n a r e l n m e r o a d e c u a d o de cifras significativas e n diferentes mediciones. Calcular el error e x p e r i m e n t a l en las medidas realizadas. los factores, a tener en cuenta, para determinar el valor experimental de una magnitud

Teora A. I n c e r t i d u m b r e e n m e d i c i o n e s Una magnitud fsica e s u n atributo de un c u e r p o , un fenmeno o una s u s t a n c i a , susceptible de ser medido. E j e m p l o s de magnitudes son la longitud, la m a s a , la potencia, la velocidad, e t c . . P a r a e s t a b l e c e r el v a l o r de una magnitud t e n e m o s que u s a r instrumentos de medicin y un mtodo de medicin. As m i s m o , e s necesario definir unidades de medicin. L a s mediciones e s t n afectadas de errores limitaciones i m p u e s t a s por: La La La La precisin y e x a c t i t u d de los i n s t r u m e n t o s u s a d o s . interaccin del mtodo de medicin con la magnitud a m e d i r . definicin del objeto a m e d i r . influencia del observador u o b s e r v a d o r e s que realizan la medicin. incertidumbre o incertidumbres de medicin que provienen de

En ciencias e ingeniera el e r r o r de una medicin e s t asociado con el concepto de en la determinacin del resultado del m i s m o . S e busca e s t a b l e c e r un i n t e r v a l o :

x Ax < x < x + AxDonde con cierta probabilidad podamos decir que s e e n c u e n t r a el mejor valor de la magnitud X.

Grficamente tendramos: 1 1 1

x AxDonde X error absoluto de la medicin.

x

x + Ax

e s el valor m s representativo de n u e s t r a medicin y Ax la incertidumbre absoluta o

Guas Laboratorio de Fsica I - UFPS

Incertidumbre en mediciones

5

El valor m s probable X s e d e t e r m i n a del promedio de las m e d i d a s t o m a d a s :

X =

_

x + x + x +x 2 3

+x

n

n

Para cada uno de los datos x, podemos obtener el error absoluto mediante la expresin :

Ax = \x - 5c\El error absoluto promedio s e d e t e r m i n a del promedio de los errores a s :

Ax =n L a s limitaciones al t o m a r una medida d e r i v a n que no podamos obtener con " c e r t e z a " el valor de u n a m a g n i t u d , y que solo podamos establecer un rango posible de v a l o r e s donde puede estar r a z o n a b l e m e n t e contenido el m e j o r valor de la m a g n i t u d . Una f o r m a de e x p r e s a r el resultado de una medicin e s : X + Ax unidad de medicin. indicando a continuacin la

A d e m s de la incertidumbre absoluta se definen t a m b i n : Ax

I n c e r t i d u m b r e relativa o error relativo

:

Y

=

x

Incertidumbre relativa porcentual o error relativo porcentual: E s t a s incertidumbres son incertidumbre a b s o l u t a . ms descriptivas de la calidad

e% de

z la

x

* 100 la

medicin, que

B. C i f r a s s i g n i f i c a t i v a s . L a s cifras significativas de una c a n t i d a d , vienen d a d a s por todos los dgitos medidos con c e r t e z a , m s la primera cifra e s t i m a d a o dgito dudoso. E l nmero de cifras significativas de una cantidad e x p r e s a su precisin. La La La La La La medida medida medida medida medida medida 5,36 m tiene t r e s cifras significativas. 0 , 0 3 7 s t i e n e dos cifras significativas. 4 , 0 c m tiene dos cifras significativas. 0 , 4 c m tiene una cifra significativa. 4 k m tiene una cifra significativa. 4 , 0 0 s tiene t r e s cifras significativas.

C Combinacin de incertidumbres. Muchas v e c e s no resulta posible medir directamente u n a v a r i a b l e , teniendo que obtenerse s t a mediante la combinacin de o t r a s v a r i a b l e s conocidas. E n e s t o s c a s o s e s necesario determinar la incertidumbre en la variable desconocida a partir de las incertidumbres e n las v a r i a b l e s conocidas. A este proceso de clculo s e le conoce como p r o p a g a c i n d e e r r o r e s . E x i s t e n diferentes f o r m a s de determinar de f o r m a r e s u m i d a a l g u n a de e l l a s . Guas Laboratorio de Fsica I - UFPS la propagacin de errores, a continuacin presentamos


6

S u m a d e m a g n i t u d e s a f e c t a d a s de e r r o r . S u p o n g a m o s que s e miden las v a r i a b l e s a y b, obtenindose los valores e x p e r i m e n t a l e s aAaybAb, donde a y A b son los e r r o r e s absolutos, y s e nos pide calcular el valor x = a + b, e s decir:

xAxPara sumar

= (aAa)de error,

+(bAb)s e s u m a n l a s m a g n i t u d e s y como error

dos o m s m a g n i t u d e s afectadas

absoluto s e t o m a la s u m a de los e r r o r e s absolutos de l a s m a g n i t u d e s .

x Ax = (a + b) (Aa + Ab) D i f e r e n c i a d e m a g n i t u d e s a f e c t a d a s d e e r r o r . S e a n a y b dos m a g n i t u d e s afectadas de error. S e pide calcular x = a - b, e s decir:

xAx

=

(aAa)-(bAb)

Para restar dos m a g n i t u d e s a f e c t a d a s de e r r o r , s e restan l a s m a g n i t u d e s y como error absoluto se t o m a la s u m a de los e r r o r e s absolutos de las m a g n i t u d e s .

xAx = (a-b)(Aa+

Ab)

SI s e restaran las incertidumbres y s e diera el caso A a - A b, s e tendra A x = O. Esto supondra un resultado a b s u r d o , y a que de dos m e d i d a s inciertas obtendramos u n v a l o r preciso. P r o d u c t o d e u n a m a g n i t u d a f e c t a d a de e r r o r por un n m e r o e x a c t o . S e a b una magnitud afectada de error y a un nmero exacto ( l a incertidumbre de un n m e r o exacto e s n u l a ) . S e pide calcular x = ab, e s d e c i r :

x Ax=a (b Ab)Para multiplicar una magnitud afectada de e r r o r por un nmero e x a c t o , s e multiplica el v a l o r y el error absoluto de la magnitud por el n m e r o e x a c t o .

x Ax = ab aAb C o c i e n t e d e u n a m a g n i t u d a f e c t a d a d e e r r o r por u n n m e r o e x a c t o . S e a b una b magnitud afectada de error y a un nmero e x a c t o . S e pide calcular X = , e s decir, oc

b Ab

x Ax =oc Para dividir una magnitud afectada de error por un n m e r o e x a c t o , s e divide el valor y el error absoluto de la magnitud por el nmero e x a c t o . e s decir:

b Ab x Ax oc

P r o d u c t o de d o s m a g n i t u d e s a f e c t a d a s de e r r o r S e a n a y b dos magnitudes afectadas de error. S e pide calcular x = a b , e s decir,

xAx=(aAa)(bAb)



7

Para multiplicar dos magnitudes a f e c t a d a s de e r r o r , se multiplican las magnitudes entre s i , y como error relativo s e t o m a la s u m a de los errores relativos de las m a g n i t u d e s .

Ax xPor lo t a n t o :

Aa a

Ab b

xAx

/Aa Ab\ , = ab ^ + Jab

Cociente de d o s m a g n i t u d e s afectadas de error S e a n a y b dos m a g n i t u d e s a f e c t a d a s de error. S e pide calcular X , e s decir: o

x Ax

a + Aa b + Ab

Para dividir dos m a g n i t u d e s a f e c t a d a s de e r r o r , s e dividen las magnitudes entre s i , y como e r r o r relativo s e t o m a la s u m a de los e r r o r e s relativos de l a s m a g n i t u d e s .

Ax _ Aa x aPor lo t a n t o :

Ab b (Aab

ax t a =

Ab\a+

( - 7

T h

D. E j e r c i c i o s . 1. Con un calibrador, s e h a medido 10 v e c e s la longitud de una pieza obteniendo los siguientes v a l o r e s : 1 2 , 6 0 m m ; 1 2 , 2 0 m m ; 1 2 , 7 5 m m ; 1 2 , 8 5 m m ; 1 2 , 5 5 m m ; 1 2 , 4 5 ; m m ; 12,70 m m ; 12,60 m m ; 12,85 mm y 12,65 m m . E x p r e s a r el resultado de la medicin con s u correspondiente incertidumbre. Dadas las siguientes m a g n i t u d e s : ti = 12,5 0,2 s t - 7,3 0,1 s t = 3,4 0,1 s2 3

2.

Determinar: 3. 4. 5.

x = a - b + c

Si el lado de un cuadrado e s de 7 , 2 0 , 1 m m , e n c o n t r a r : a ) s u permetro b) su rea 10 objetos idnticos tienen u n a m a s a M = 7 3 0 5 g . Cul e s la m a s a m de uno de los objetos? El v o l u m e n de u n cubo viene dado por V = a^. S i v o l u m e n del cubo y el error porcentual. a 1 8 5 , 0 0 , 5 m m , calcular el



8

6.

Los siguientes v a l o r e s corresponden a una serie de m e d i d a s del volumen de un c u b o : 12,3 c m ; 12,8 c m ; 12,5 c m ; 12,0 c m ; 12,4 c m ; 12,0 c m ; 12,6 c m ; 11,9 c m ;3 3 3 3 3 3 3 3

12,9

cm

3

y

12,6

cm .3

D e t e r m i n e el v o l u m e n

del cubo con s u

correspondiente

incertidumbre. 7. La posicin de un mvil en funcin del tiempo v i e n e dada por la expresin x ( t ) = x + v t . Si para t = 0 s e tiene que x = 0 , encontrar x y el error porcentual0 Q

para t = 1 5 , 0 0 , 2 s , sabiendo que v = 2 5 , 6 0 , 5 m s " .1

8.

Calcular la densidad de un cuerpo y el error p o r c e n t u a l , sabiendo M = 4 2 3 2 g y su volumen V = 210 4 c m .3

que su

masa

9.

Una g a l l e t a , tiene la f o r m a de un d i s c o , con un dimetro de 8 . 5 0 o . 0 2 c m y espesor de 0 . 0 5 0 0 . 0 0 5 c m . Calcule el v o l u m e n promedio de la galleta y la incertidumbre del volumen.2

1 0 . l rea de un rectngulo s e reporta como 45.80.1 c m y u n a de s u s dimensiones s e reporta como 10.0+0.1 c m . cual s e r el valor y la incertidumbre de la otra dimensin del rectngulo?.



9

\

U N I V E R S I D A D F R A N C I S C O DE PAULA SANTANDER DAPARTAMENTO DE F I S I C A LABORATORIO DE F I S I C A MECANICA .

INTERPRETACION DE GRAFICAS

J

Objetivo G e n e r a l : Construir grficos, usando los pasos correspondientes, encontrar la relacin ( e c u a c i n ) que lo r e p r e s e n t a . Objetivos especficos 1. 2. 3. Analizar tablas de datos e x p e r i m e n t a l e s . adems rectificar si es necesario y

Inferir la importancia del anlisis de grficas obtenidas e n papel milimetrado, encontrar pendientes, linealizar y calcular e r r o r e s de medicin. Utilizar las grficas fsicas. para la obtencin de las relaciones funcionales entre dos magnitudes

Materiales Papel milimetrado Regla Curvgrafo

Teora Para elaborar grficas e s importante t e n e r en cuenta los siguientes a s p e c t o s : 1. Los datos e x p e r i m e n t a l e s s e pueden tabular en c o l u m n a s o f i l a s , de tal m a n e r a que en la parte superior de l a s c o l u m n a s , o a la izquierda de l a s f i l a s , s e escribe el smbolo o nombre de las cantidades fsicas m e d i d a s con s u s unidades correspondientes, como se ilustra m s adelante en las t a b l a s para distribucin de datos e n filas. T o d a tabla debe llevar un ttulo que explique el significado de los datos y la f o r m a como estos fueron tomados. Para graficar los datos obtenidos e n un e x p e r i m e n t o , s e t r a z a n dos lneas perpendiculares entre s , l l a m a d a s eje de a b s c i s a s (horizontal) y eje de ordenadas ( v e r t i c a l ) , las cuales definen el origen de coordenadas e n el punto donde s e c o r t a n . E n cada eje s e debe indicar e x p l c i t a m e n t e , o con u n s m b o l o , la cantidad que s e v a a r e p r e s e n t a r y l a s unidades correspondientes. Por e j e m p l o , el eje vertical puede r e p r e s e n t a r la velocidad de un auto ( m / s ) y el eje horizontal el tiempo ( s ) . La e s c a l a de los e j e s , cuando s e u s a pape! milimetrado, debe escogerse de acuerdo a los v a l o r e s m x i m o s y m n i m o s de la tabla d e datos de tal m a n e r a que la grfica ocupe el m x i m o espacio de la h o j a . E n papel milimetrado s e deben elegir, sin e m b a r g o , e s c a l a s que puedan subdividirse fcilmente. V a l o r e s recomendables son 1, 2 , 5 y 10 unidades de divisin. No s e recomiendan v a l o r e s t a l e s como 3 , 7 , 6 y 9 debido a que hacen difcil la localizacin y

2.

3.

4.

5.

Odias Laboratorio de Fsica I - UFPS

Interpretacin de grficas

10

lectura de los v a l o r e s en la grfica. No e s necesario que la e s c a l a s e a la m i s m a en a m b o s e j e s , ni que comiencen e n c e r o . 6. Luego s e localiza cada punto en su lugar aproximado y s e dibuja en el papel. Si v a r i a s c u r v a s se v a n a t r a z a r e n el papel y los puntos pueden interferir, s e utilizan crculos, c u a d r a d o s y tringulos p a r a e n c e r r a r los puntos correspondientes a cada c u r v a . A continuacin s e t r a z a una lnea s u a v e a t r a v s de los puntos. No e s necesario que la c u r v a pase por cada uno de ellos, pero debe d e j a r s e , en lo posible, igual nmero de puntos por e n c i m a y por debajo de la grfica a t r a z a r de la f o r m a que queden igualmente espaciados de la c u r v a . T o d a grfica debe llevar un ttulo explicativo que s e coloca una v e z que e s t a sea elaborada para darle significado a los resultados que m u e s t r a . Por e j e m p l o : Velocidad de un deslizador en un riel de aire como funcin del tiempo, en lugar de colocar velocidad v s tiempo.

7.

Tabulacin de datos. La fsica e s e x p e r i m e n t a l y c u a n t i t a t i v a , e s decir, e n el t r a b a j o del laboratorio se tendr la necesidad de medir magnitudes fsicas disponiendo a s de datos e x p e r i m e n t a l e s . E s una n o r m a elemental que dichos datos deben ser presentados en f o r m a c l a r a y o r d e n a d a , y la mejor forma de lograr esto e s ubicar los datos en t a b l a s , de modo que e n ellas s e destinen diferentes columnas a cada conjunto de d a t o s . La realizacin de t a b l a s d e v a l o r e s no s e limita n e c e s a r i a m e n t e a los datos que s e recogen directamente e n el trabajo e x p e r i m e n t a l , sino que puede e x t e n d e r s e a los resultados de efectuar operaciones con dichos d a t o s . A d e m s , pueden disponerse de columnas para colocar en ellas el error s i e m p r e que ste s e a diferente en cada medicin. Para m a y o r i n f o r m a c i n , las t a b l a s de datos deben poseer un ttulo y deben a p a r e c e r magnitudes con s u s unidades de m e d i d a . las

La tabla de datos que s e m u e s t r a en la figura 1, corresponde a la velocidad de un mvil en funcin del t i e m p o . Resulta difcil observando los datos que a p a r e c e n e n la tabla obtener una idea clara de la relacin que e x i s t e entre a m b a s v a r i a b l e s . E s t a dificultad puede q u e d a r s u p e r a d a con la construccin d e la grfica velocidad - tiempo. Para ello, el tiempo como variable independiente se r e p r e s e n t a r en el eje de las a b s c i s a s , y la posicin como variable dependiente, en el eje de las o r d e n a d a s .V (1T1/'S)

v (nv's) 2 3 4 5 7 8 9 5.7 6.4 8.6 9.7 US 13.2 14.2 16.3 17J

20 15 10 5- i

0

2

4

6

10

t(S)

Figura 1.



11

Representacin grfica. Las grficas p e r m i t e n : D e t e r m i n a r a t r a v s de las m i s m a s el valor de alguna m a g n i t u d , por lo general la pendiente. Visualizar la relacin existente entre l a s v a r i a b l e s que intervienen e n el e x p e r i m e n t o . D a r una relacin emprica entre dos magnitudes.

Una v e z tabulados los datos a s como los v a l o r e s de l a s magnitudes c a l c u l a d a s , e s conveniente representar los resultados e n u n grfico. L a representacin grfica viene a s e r lo m s representativo del fenmeno q u e s e e s t estudiando y e n s u interpretacin s e reflejar el comportamiento lmite del f e n m e n o bajo l a s condiciones e n q u e s e realiz y a d e m s algunas reformaciones m a t e m t i c a s como por ejemplo l a funcin m a t e m t i c a q u e mejor lo r e p r e s e n t e . La c u r v a debe s e r t r a z a d a d e f o r m a q u e la m i s m a p a s e por la zona equidistante a todos los puntos, e s decir, procurando dibujar l a mejor c u r v a s u a v e a t r a v s de los puntos obtenidos e x p e r i m e n t a l m e n t e . Dicho proceso s e llama i n t e r p o l a c i n . A d e m s , la representacin grfica permite obtener v a l o r e s q u e a n no h a n sido obtenidos e x p e r i m e n t a l m e n t e , e s decir, v a l o r e s entre p u n t o s . E l proceso para obtener v a l o r e s fuera del intervalo e x p e r i m e n t a l recibe el nombre de e x t r a p o l a c i n . Pendiente de una recta.

Figura 2 . Para calcular la pendiente, e n caso de que la c u r v a resulte una recta ( l a c u r v a e n un grfico ouede s e r una r e c t a , u n a p a r b o l a , u n a hiprbola, e t c . ) , no deben s e r utilizados v a l o r e s correspondientes a los puntos obtenidos e x p e r i m e n t a l m e n t e , sino valores q u e correspondan a puntos situados sobre la recta a j u s t a d a terica o m a n u a l m e n t e . Para la figura 2 . T e n e m o s u n a r e c t a L no paralela al e j e y , y t o m a m o s sobre ella los puntos ( x i > y i ) y P 2 ( x , y ) . Considerando que A y = y - y e s el incremento segn e l eje y , y A x = x - x i el incremento s e g n el eje x , cuando v a m o s sobre la recta L desde Pj h a s t a P . S e aefine m a t e m t i c a m e n t e a la pendiente de la recta L como el cociente:P 1 2 2 2 x 2 2

m=

y z - y i

x -x2

x



12R e p r e s e n t a c i n g r f i c a de f u n c i o n e s no l i n e a l e s En ocasiones, al representar g r f i c a m e n t e los valores obtenidos al medir una magnitud e n funcin de o t r a , s e o b s e r v a que no e x i s t e u n a relacin lineal entre a m b a s v a r i a b l e s . S u p o n g a m o s que en una experiencia de laboratorio, s e recogen en una tabla de datos las diferentes posiciones de un mvil a medida que t r a n s c u r r e el t i e m p o . S i a partir de los datos obtenidos s e quiere encontrar la relacin existente entre x e y, podemos proceder en primer lugar a construir la grfica p o s i c i n - t i e m p o . S i a partir d e la m i s m a , o b s e r v a m o s que la relacin entre a m b a s v a r i a b l e s no e s l i n e a l , podemos plantearnos la posibilidad de que la posicin del mvil s e a proporcional al cuadrado del tiempo. Una f o r m a de comprobarlo e s construyendo la grfica de x - t . Para ello, e n p r i m e r iugar, e l e v a m o s al cuadrado os tiempos obtenidos e n la tabla anterior. E s t o s e llama linealizar una grfica2

Anlisis. Desarrollar los siguientes ejercicios: 1. En el laboratorio de Fsica s e realiz el m o n t a j e de un movimiento rectilneo uniforme y se obtuvo la tabla de datos N l . Tabla 1. Movimiento rectilneo uniforme X(cm) t(s) 10.0 0.0 30.0 4.1 50,0 8.0 60.0 10.5 90.0 16.2 110.0 20 0 130.0 24.2 140.0 26.5 170.0 32.0 200.0 38.6

Con e s t a i n f o r m a c i n : 2. Grafque x vs t (utilice el mtodo de interpolacin )

Qu f o r m a tiene la c u r v a ? . E n c u e n t r e la pendiente y s u error relativo. De acuerdo con la grfica obtenida, Que relacin e x i s t e entre la posicin y el tiempo? E n c u e n t r e la ecuacin de la grfica obtenida. No tome puntos que e s t n por fuera de la lnea que dibuj. Determine la posicin del mvil cuando t = 15 segundos.

En un montaje de laboratorio de cada libre se obtuvo la tabla 2. T a b l a 2. Movimiento de cada libre 4.0 5.0 3.0 10.0 12,0 0.090 0.101 0.127 0.142 0.156

vcm) t(s) t (s)2

0.0 0.000

2.0 0.063

13.0 0.162

16.0 0.180

19.0 0.196

Con e s t a informacin: Grafique y v s t ( Utilice el mtodo de interpolacin ) Que f o r m a tiene la c u r v a ? j C o m p a r e su resultado con la ecuacin y ~8?= 2

Complete la tabla 2. Calcule los valores de t . Linealice la c u r v a graficando y vs t y encuentre la pendiente de esta grfica. Con el valor de la pendiente encontrada e s posible e n c o n t r a r el valor de g en e s t a prctica?. C o m o ?2 2



13

fM>-,4e?C Tensin.' QpRfant

i 13

Calibracin

Ccntlrjurartn C-aUCacicVi Mcdul i* Fuerrra F calibrado

81:62: r

Tr,r. ^ i n c i t a d o

Sin po e i r m do

Figura 7 10. Para e m p e z a r las mediciones coloque la base del barril en la posicin inicial. 11. Mueva el barril l e n t a m e n t e y con velocidad constante a lo largo de la escala una distancia de 2 c m . O b s e r v e los v a l o r e s para la fuerza y la distancia en el monitor y lvelos a la tabla 1. Luego m u e v a el barril en direccin contraria h a s t a el punto de reposo del resorte. 1 2 . Repita el proceso anterior para alargamientos de 4 c m , 6 c m , 8 c m y l O c m . Lleve e s t o s : 5-.es a la tabla 1. 1 3 . Repita todo e s t e procedimiento para los diferentes resortes helicoidales y con u n a banda de caucho. Haga el proceso de calibracin , cada v e z , para cada resorte.

Srafique e n el m i s m o s i s t e m a de coordenadas los valores de F v s X para cada uno de os resortes. Interpole. t-i Bule las pendientes correspondientes a c a d a r e s o r t e . Explique porqu las pendientes tienen diferente valor. Que r e p r e s e n t a n ? ~s fuerza aplicada sobre e l r e s o r t e y la longitud del alargamiento, son proporcionales?. Explique. Los resortes se deterioran c u a n d o se alargan? : que condiciones se c u m p l e la ley de Hooke?

de Fsica I - UFPS

Ley de Hooke

Ofl

U N I V E R S I D A D FRANCISCO DE PAULA SANTANDER DAPARTAMENTO DE F I S I C A LABORATORIO DE F I S I C A MECANICA

L E Y DE H O O K E

Hora: Hombre de los integrantes del G r u p o :

Profesor. Cdigo alumno :

DATOS OBTENIDOST a b l a 1. R e s o r t e 1 T a b l a 2. Resorte 2

T a b l a 3. Resorte 3

de Fsica I - UFPS

Ley de Hooke

43

U N I V E R S I D A D FRANCISCO DE PAULA SANTANDER DAPARTAMENTO DE F I S I C A LABORATORIO DE F I S I C A MECANICA

SEGUNDA LEY DE NEWTON

vo G e n e r a l : 3r con la ley s e g u n d a de N e w t o n , ta relacin a - a s a en m o v i m i e n t o . ivos e s p e c f i c o s D e t e r m i n a r que la aceleracin e s directamente proporcional a la Fuerza Determinar que la aceleracin e s i n v e r s a m e n t e proporcional a la m a s a . Determinar la relacin entre la distancia recorrida y el t i e m p o . aies: Ventilador y m a n g u e r a Disparador Deslizador Riel de aire Tope para choques Accesorios para riel de aire : " : e r f a c e cobra3 S e n s o r de luz Nuez doble =uente de alimentacin Cable U S B Software de traslacin/rotacin O n t a de medicin Cables de conexin ;~ego de p e s a s l g , 1 0 g , 50g C, Windows aplicada. entre la masa, la aceleracin y la fuerza de

h

segunda Ley de Newton establece que cuando una fuerza n e t a acta sobre un objeto, la aceleracin resultante vara d i r e c t a m e n t e con la fuerza n e t a e i n v e r s a m e n t e con la m a s a del e s decir: O -

Fneta m

Por lo t a n t o ,

~^F =

ma

La m a s a i n e r c i a l de un cuerpo e s la razn entre la fuerza neta ejercida sobre el objeto y su aceleracin.

F m- ajorxatorio de Fsica I - UFPS Segunda ley de Newton

44

La m a s a g r a v i t a c i o n a l e s la razn entre el peso de un cuerpo y la aceleracin de la g r a v e d a d . w

m- g Wo-ntaje para analizar la segunda ley de Newton

Deslizador m Ventilador

2

mi

Figura 1 . Grfico para analizar la segunda ley de N e w t o n La aceleracin del movimiento p a r a el m o n t a j e mostrado en la Figura e s

a =

m\g (Tnl+m2)

Donde m e s la m a s a total del porta p e s a s y m1

2

la m a s a total del deslizador,

a velocidad de la m a s a m y

2

como una funcin del tiempo para una velocidad inicial 0 e s : V=at

la p o s i c i n de la m a s a como una funcin del tiempo e s : x=tea?

=ara el caso estudiado en e s t a prctica

la Fuerza F-

es igual al peso de la m a s a colgante

mg

mientor

- e r z a y aceleracin. Realice el montaje mostrado e n la figura 2 .

2.

El dispositivo

de

arranque debe

m o n t a r s e de

tal

m a n e r a que el deslizador parte

sin

darle un impulso i n i c i a l . _a m a s a del deslizador puede ser alterada por la adicin de pesos . 4. Mida la m a s a del deslizador ( m ) y coloque en el porta pesas una m a s a de 5 g.2

(m{).

-aDoratorio de Fsica I - UFPS

Segunda ley de Newton

45

Figura 2 . Montaje para analizar la segunda ley de N e w t o n 5. 6. Coloque el tope de frenado en la pista de t a l m a n e r a que el deslizador s e detenga a n t e s de que m toque el piso. Conecte el sensor de luz con el Cobra 3 s e g n la figura 3.x

yellow

Figura 3 7. Abra el programa " m e s a u r e " en el computador y busque el software "traslacin rotacin " y a j u s t e los p a r m e t r o s de la prctica como s e m u e s t r a en la figura 4 y haga d i c en "continu" Ajuste el suministro d e a i r e . E l deslizador no debe v i b r a r . Libere el deslizador con el dispositivo y tan pronto como empiece a m o v e r s e , se a c t i v a a u t o m t i c a m e n t e el inicio de la medida. Justo a n t e s de que el deslizador llegue al tope, h a g a clic en el icono " F i n a l i z a r m e d i d a " . L a m a s a vn no debe oscilar durante la medicin. T o m e nota de los datos obtenidos p a r a e s t a s m a s a s . Para esto haga elle en Medida/Tabla de datos y lleve t r e s de estos datos no consecutivos de Velocidad ( V ) y tiempo ( t ) a la tabla 11 x 2

8.

9.

10. Repita la experiencia para otros 3 v a l o r e s diferentes de m ( l l g , l 6 g y 2 1 g ) sin variar la masa m . ) . T o m e nota de los datos obtenidos d e V y t p a r a e s t a s m a s a s y llvelos a la tabla 1.

s Laboratorio de Fsica I - UFPS

Segunda ley de Newton

46

Cuor *3 - ii:lacio ' Rotation

fisica mecanica 011

Documents

Transcript of fisica mecanica 011