Intro. Física, DFM -UASLP Práctica 5: Tiro Parabólico

Lanzamientos de BasketballNombre: _______________________________Carrera_____________clave:___________

Análisis conceptual.

1. De las siguientes situaciones. ¿En cuál el objeto en movimiento se representa como un proyectil? Elija todas las respuestas correctas.a) Un zapato se lanza en una dirección arbitraria.b) Un avión jet que cruza el cielo con sus motores impulsando al avión hacia adelante.c) Un cohete que deja la plataforma de lanzamiento. d) Un cohete que se mueve a través del cielo, a mucho menos que la rapidez del sonido, después de que su combustible se agotó. e) Un buzo que lanza una piedra bajo el agua.

2. Un proyectil es lanzado a cierto ángulo con respecto a la horizontal con una rapidez inicial vi y resistencia del aire despreciable.

a) ¿El proyectil es un cuerpo en caída libre? b) ¿Cuál es su aceleración en la dirección vertical?c) ¿Cuál es su aceleración en la dirección horizontal?

Materiales:

● Pelota de Basketball color rojo o naranja (de preferencia)● Un metro con papel fluorescente● Cámara de video o de un celular con buena calidad● Tripie si es una cámara de video o si es un celular algún objeto o

dispositivo para poder colocar el celular y se mantenga fijo.● Software TRACKER descargarlo de:

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

Desarrollo de la práctica:

1. FILMACIÓN DE VIDEOSPara realizar el análisis cinemático del movimiento de tiro parabólico se requiere la video grabación del lanzamiento de un proyectil (balón de basketball), es donde éste describa la trayectoria parabólica completa.

Consideraciones para la toma de los videos:

● La cámara deberá tener buena calidad.

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● Formato de video de preferencia en mp4.

● La toma deberá ser fija, de preferencia con usar un tripie. Además deberá considerarse

que el movimiento se desarrolle en un plano paralelo a la lente de la cámara.

● Deberá poner una regla o metro en el mismo plano del movimiento, para usarlo como

referencia de longitud en el análisis posterior.

● El objeto o partícula en movimiento deberá tener “buen contraste con el fondo”. Ej.

Partícula roja en fondo blanco, o partícula negra en fondo blanco o viceversa.

2. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DEL PROYECTIL EN TIRO PARABÓLICODeberá contar con el software libre de análisis de videos TRACKER, descargarlo de: https://physlets.org/tracker/

Para realizar el análisis de video deberá tener cargado previamente en la computadora el video a analizar. Siga los pasos para el análisis del video que se muestran en el siguiente tutorial:

https://youtu.be/JzzbdqYpUJk

Con el uso del software se obtienen las gráficas:

1. Posición horizontal contra tiempo x-t2. Posición vertical contra tiempo y-t3. Velocidad vertical contra tiempo Vy – t

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Figura 1. Software TRACKER, donde se ha realizado el análisis de un video de Tiro Parabólico.

A partir de estas gráficas y en el software TRACKER determinar los siguientes valores:

Variable medida en TRACKER Valor numérico (colocar las unidades)

A. Velocidad Horizontal “Vx”

B. Alcance horizontal

C. Altura máxima

D. Velocidad vertical inicial “Vyi”

E. Aceleración vertical (aceleración de la gravedad)

F. Velocidad inicial de disparo (como una resultante), V=√V x

2+V y2

G. Ángulo de disparo a partir de la

componentes Vx y Vyi , θ=arctan (V y

V x)

3. Obtención de los datos posición horizontal “x”, posición vertical “y” y tiempo “t” a partir del video y el análisis con TRACKER.

A continuación habiendo ya analizado el video (sección 2), se exportarán los datos obtenidos, usa la función: ARCHIVO- Exportar-Archivo de datos. Ver Figura 2

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Figura 2. Exportando datos en el software TRACKER

En la casilla de “exportar datos”, selecciona en la casilla celdas “todas las celdas”, deja igual las demás opciones. Dar click en “GUARDAR COMO”, ponle el nombre que desees “Ver figura 3.

Figura 3. Guardar los datos.

El archivo de datos que guardaste se puede abrir en Word, o el Block de notas, de allí podrás copiarlos a una hoja de EXCEL, para trabajar con ellos en el análisis de datos. Encontrarás 3 columnas correspondientes al tiempo (t), posición horizontal (x) y posición vertical (y).

NOTA: en la notación usada la letra “E” significa x10, es decir, 3.3366E-2 = 3.3366x10-2 =0.033366

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4. MODELACIÓN DEL MOVIMIENTO DEL PROYECTIL EN TIRO PARABÓLICOUsando los datos obtenidos en la sección 3, ahora se creará el modelo matemático con el que se trabaja cada una las dos componentes del movimiento en el Tiro Parabólico, Eje “x” y Eje “y”

Toma TODOS los datos que obtuviste con el programa TRACKER, y cópialos en una hoja de EXCEL, llena las columnas 1 y 3 (sombreadas) de las tablas 1 y 2. En el mismo programa de Excel puedes realizar la tabla para que quede como la tabla 1.

4.1 MOVIMIENTO HORIZONTAL (EJE X)

TABLA 1. MOVIMIENTO HORIZONTAL- EJE X

Tiempo (t)

con referencia al origen, s

Intervalo de tiempo, ∆ t=t f−t i , s

Posición (x) m

Desplazamiento,∆ x=X f−X i , cm

Velocidad, v=∆ x/Δt , m/s

t0= -------------- x0= ----------- ------------

t1= x1= v1=

t2= x2= v2=

t3= x3= v3=

t4= x4= v4=

t5= x5= v5=

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t6= x6= v6=

t7= x7= v7=

t8= x8= v8=

t9= x9= v9=

t10= x10= v10=

En el archivo que obtuviste de TRACKER se tienen más de 10 datos, úsalos TODOS para el llenado de la tabla, el cual puedes hacer en EXCEL.

VELOCIDAD PROMEDIO=

Modelación del movimiento horizontal, EJE X.

Realiza los siguientes pasos, Puedes realizar las siguientes graficas usandoEXCEL,IMPRIMEyanexadichasgráficas.

I. GRÁFICA X-T

Procede a elaborar la gráfica desplazamiento “x” contra tiempo “t”. Para graficar, use como abscisa el tiempo (eje horizontal) y como ordenada el desplazamiento (eje vertical).

Observe la gráfica de desplazamiento y tiempo (gráfica x-t) para cada caso y responda justificando su respuesta:

1) ¿Qué tipo de comportamiento presentan los datos? ¿Es la velocidad constante? Justifique

2) ¿Cuál es la relación entre las variables desplazamiento, tiempo y velocidad? (Es decir, la ecuación v(d,t))

II. GRÁFICA V-T

Calcule dentro de la tabla de llenado, el intervalo de tiempo y el desplazamiento, después calcula la velocidad para cada par de puntos en la tabla. Ponga los valores de la velocidad dentro de una gráfica velocidad-tiempo (v-t).

3) ¿Cuál es el significado o interpretación que le das a la gráfica v-t? Ayuda: ¿Está acelerando el balón en la dirección horizontal “eje x”?

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4) ¿Cuál es la velocidad horizontal (promedio) con la que se mueve el balón? ¿Cambia o es constante?

4.2 MOVIMIENTO VERTICAL (EJE Y)

TABLA 2. MOVIMIENTO VERTICAL-EJE Y

Tiempo (t)

con referencia al origen, s

Intervalo de tiempo, ∆ t=t f−t i , s

Posición (x) m

Desplazamiento,∆ x=X f−X i , cm

Velocidad, v=∆ x/Δt , m/s

Aceleracióna = vf -vi /∆ t , m/s2

t0= -------------- x0= --------------- ------------ ------------

t1= x1= v1= ------------

t2= x2= v2= a2=

t3= x3= v3= a3=

t4= x4= v4= a4=

t5= x5= v5= a5=

t6= x6= v6= a6=

t7= x7= v7= a7=

t8= x8= v8= a8=

t9= x9= v9= a9=

t10= x10= v10= a10=

En el archivo que obtuviste de TRACKER se tienen más de 10 datos, úsalos TODOS para el llenado de la tabla, el cual puedes hacer en EXCEL.

ACELERACIÓN PROMEDIO=

Modelación del movimiento vertical, EJE Y

Realiza los siguientes pasos, Puedes realizar las siguientes graficas usandoEXCEL,IMPRIMEyanexadichasgráficas.

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I. Gráfica y-t Usando los datos que se registraron en la tabla, construye la gráfica posición contra tiempo (y-t), donde el eje vertical es la posición y el horizontal es el tiempo:

Observe la gráfica de desplazamiento y tiempo (gráfica y-t) y responda justificando su respuesta:

1) ¿Qué tipo de comportamiento presentan los datos?

2) ¿Cuál es la relación entre las variables desplazamiento, tiempo y velocidad? ¿Es la ecuación y(t) como la de una recta, parábola o elipse?

3) ¿Qué puede decir de la velocidad vertical a partir de la gráfica y-t?

II. Gráfica v-tCalcule la velocidad para cada par de puntos en la gráfica y-t y ponga los valores de ésta dentro de una gráfica velocidad-tiempo (v-t).

4) ¿Qué tipo de comportamiento presentan los datos?

5) ¿Cuál es el significado de la pendiente de la gráfica v-t? Ayuda: ¿Está acelerando en la dirección vertical el balón?

III. Gráfica a-tCalcule la aceleración para cada par de puntos en la gráfica v-t y ponga los valores de ésta dentro de una gráfica aceleración-tiempo (a-t).

6) ¿Qué tipo de comportamiento presentan los datos?

7) ¿Cuál es la aceleración vertical promedio del balón?¿Es ésta igual a la aceleración de la gravedad “g”?

Análisis Final Responde las preguntas justificando tu respuesta.

1. ¿Cuáles son las diferencias y similitudes del movimiento horizontal (eje x) que tienen el balón en Tiro Parabólico con el movimiento de la burbuja de aire en un tubo con agua o el movimiento con a velocidad constante de un corredor?

2. ¿Son diferentes de manera cualitativa (no cuantitativa) las gráficas del eje horizontal x-t, v-t, con aquellas obtenidas para los casos del movimiento de la burbuja de aire en un tubo con agua o el movimiento con a velocidad constante de un corredor?

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3. ¿Es el movimiento horizontal del balón en Tiro parabólico un movimiento rectilíneo uniforme? ¿Por qué?

4. ¿Cuáles son las diferencias y similitudes del movimiento vertical (eje y) que tienen el balón en Tiro Parabólico con el movimiento de las tuercas en caída libre de la o con el movimiento de canica desciende sobre un plano inclinado realizadas en las prácticas anteriores?

5. ¿Son diferentes de manera cualitativa (no cuantitativa) las gráficas del eje vertical y-t, v-t y a-t de la esta práctica del balón en Tiro Parabólico con las de las tuercas en caída libre o las de la canica descendiendo por un plano inclinado?

6. ¿Es el movimiento vertical del balón en Tiro parabólico un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado?¿Por qué?

7. Si en vez de balón de basketball lanzamos una piedra, un limón o cualquier otro objeto en el cual la resistencia del aire sobre éste sea despreciable ¿Obtendremos la misma aceleración vertical promedio?