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MANUAL DE LABORATORIO “SIN AULAS”, INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA, DFM-UASLP, agosto 2018
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PRÁCTICAS DE LABORATORIO PARA
INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA
DFM-UASLP
INTRODUCCIÓN
El presente manual contiene 5 prácticas, las cuales se desarrollan dentro de los temas del curso que son:
1) Movimiento rectilineo Uniforme. El corredor (2 horas aprox.)
2) Movimiento Rectilineo Uniforme. La burbuja que se mueve. (2 horas aprox.)
3) Movimiento Rectilineo Uniformemente Acelerado. La canica acelerada. (2 horas aprox.)
4) Caida libre. Objetos que caen libremente. (3 horas aprox.)
5) Tiro Parabólico. Lanzamientos de Basketball. (2 horas aprox.)
Las prácticas para el laboratorio de la materia Introducción a la Física están diseñadas para fomentar en los
estudiantes del semestre propedeutico los siguientes atributos:
Contextualizar los sistemas físicos en ámbitos reales de manera tangible para los estudiantes.
El manejo de gráficas y su relación con los conceptos cinemáticos.
El uso de algunas Tecnologías de Aprendizaje y Conocimiento (TAC) mediante las cuales podrá
analizar algunos de los sistemas.
Desarrollar y/o fomentar habilidades experimentales y de trabajo colaborativo.
Propiciar la argumentación escrita en las respuestas de los estudiantes.
Reforzar el aprendizaje relacionado con los temas vistos en clase.
Cada práctica toma aproximadamente un tiempo de 2 o 3 sesiones (ó lo mismo que es de 2 a 3 horas), las
cuales podrán ser dosificadas o modificadas en tiempo y forma de acuerdo a las consideraciones del profesor.
Para la realización de las mismas no se necesita un aula de laboratorio en especial, pueden ser realizadas en el
salón de clases, patio o algún otro espacio disponible. Los materiales son sencillo de usar. Se deja a
consideración de cada profesor que imparte la matería en el DFM-UASLP la modificación y/o el uso total o
parcial de las prácticas, aunque la autora agradece que se le informe de dichas modificaciones y del uso que
se realiza por los profesores en el aula, con fines informativos y de investigación educativa.
Autor del Manual: Soraida Cristina Zúñiga Martínez
Email de contacto: [email protected]
Versión del Manual: agosto de 2018
MANUAL DE LABORATORIO “SIN AULAS”, INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA, DFM-UASLP, agosto 2018
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Primera Práctica del Curso de Introducción a la Física:
El corredor
Nombre:______________________________ Clave:___________ Fecha:___________
Análisis conceptual. Manuel es un atleta profesional, en sus entrenamientos, camina, trota y corre a velocidad constante
usando siempre el mismo punto de partida.
A. Manuel ha creado un diagrama de puntos, donde cada punto representa la pisada que
da el atleta sobre el terreno en tres ocasiones diferentes (a, b y c), para tiempos iguales, en
sus entrenamientos. El movimiento del atleta es en dirección hacia la derecha y a velocidad
constante. A continuación se muestra el diagrama de Manuel.
Según el diagrama de Manuel, coloca la letra correspondiente al diagrama que representa
cuando el atleta: Camina_________, Trota ________, Corre_________. Justifica tu
respuesta:________________________________________________________________
________________________________________________________________
B. ¿Consideras que la representación de Manuel es adecuada para describir el movimiento
del atleta? ¿Podrías representar gráficamente la velocidad con esta representación?
_________________________________________________________________
Objetivo.
Estudiar el movimiento de una persona a velocidad constante y relacionarlo con las gráficas
posición-tiempo y velocidad-tiempo, a partir de los datos tomados en la situación experimental
planteada.
Materiales: ● Gis ● Cartulina de color
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● Flexómetro de 5 metros ó un estambre marcado cada 5 metros (30 metros en total) ● Tijeras ● Cinta adhesiva
● Hojas de papel milimétrico y regla para graficar.
● Cronómetro: Se sugiere previamente explorar la función del celular llamada
“cronómetro por pasos”, para evitar confusiones al momento de tomar los datos
haciendo uso de éste.
Desarrollo de la práctica:
1. Realice la práctica en un espacio amplio, como en un patio o corredor, coloque un punto
de referencia (x=0) y trace una línea recta, usando la tiza, en un espacio de al menos 30 m
de largo, establezca una distancia que será la pista donde deberá correr.
2. Sobre la línea recta comenzando en el punto de referencia (x=0) pega una tira de cartulina
de manera perpendicular cada 5 metros; en total pegue 6 tiras de cartulina.
3. Caso a) Pida a una persona que comience a caminar desde 3 metros antes del punto inicial
a velocidad constante; es decir sin acelerar hasta terminar la distancia establecida, tome el
cronómetro y registre el tiempo que tarda el corredor en pasar (desde el punto inicial, x=0)
por cada una de las tiras de cartulina.
4. Caso b) Repita el experimento pero ahora la misma persona deberá trotar a velocidad
constante, es decir sin acelerar hasta terminar, vuelva a tomar el tiempo en el que el
corredor pasa por cada una de las tiras de cartulina.
5. Caso c) Repita el experimento pero ahora la misma persona deberá correr a velocidad
constante, es decir sin aumentar o disminuir su velocidad, hasta terminar la distancia
establecida, vuelva a tomar el tiempo en el que el corredor pasa por cada una de las tiras
de cartulina.
6. Caso d) La misma persona realizará los siguientes movimientos:
1. Caminará a velocidad constante hasta la línea de 15 metros donde se detiene
2. -+Se mantendrá en dicha posición durante 5 segundos
3. Después trotará de manera constante hasta llegar a los 30 m
7. Regístrese en una tabla el tiempo para cada desplazamiento marcado con las líneas de
cartulina y a partir de la posición origen x=0.
Recuerde: para calcular la velocidad media deberá usar la ecuación 𝑣 =𝑋𝑓−𝑋𝑖
𝑡𝑓−𝑡𝑖
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Tablas de llenado
Caso a) Caminando
Posición
(m)
Desplazamient
o (m)
Δx = 𝑋𝑓 − 𝑋𝑖
Tiempo (s) Intervalo de
tiempo (s)
Δt = 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖
Velocidad media (m /s)
𝑣 =𝑋𝑓−𝑋𝑖
𝑡𝑓−𝑡𝑖
0 0 0 0 -------------------
5 5
10 5
15 5
20 5
25 5
30 5
VELOCIDAD PROMEDIO:
Caso b) Trotando
Posición
(m)
Desplazamient
o (m)
Δx = 𝑋𝑓 − 𝑋𝑖
Tiempo (s) Intervalo de
tiempo (s)
Δt = 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖
Velocidad media (m /s)
𝑣 =𝑋𝑓−𝑋𝑖
𝑡𝑓−𝑡𝑖
0 0 0 0 -------------------
5 5
10 5
15 5
20 5
25 5
30 5
VELOCIDAD PROMEDIO:
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Caso c) Corriendo
Posición
(m)
Desplazamient
o (m)
Δx = 𝑋𝑓 − 𝑋𝑖
Tiempo (s) Intervalo de
tiempo (s)
Δt = 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖
Velocidad media (m /s)
𝑣 =𝑋𝑓−𝑋𝑖
𝑡𝑓−𝑡𝑖
0 0 0 0 -------------------
5 5
10 5
15 5
20 5
25 5
30 5
VELOCIDAD PROMEDIO:
Caso d) Caminando-reposo-trotando
Posición
(m)
Desplazamient
o (m)
Δx = 𝑋𝑓 − 𝑋𝑖
Tiempo (s) Intervalo de
tiempo (s)
Δt = 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖
Velocidad media (m /s)
𝑣 =𝑋𝑓−𝑋𝑖
𝑡𝑓−𝑡𝑖
0 0 0 0 -------------------
5 5
10 5
15 5
20 5
25 5
30 5
VELOCIDAD PROMEDIO:
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Modelación del movimiento.
I. GRÁFICA X-T
Usando los 4 casos a) caminar, b) correr, c) trotar y d) caminar-reposo-trotar,
procede a elaborar una gráfica desplazamiento “x” contra tiempo “t”. Para graficar, use
como abscisa el tiempo (eje horizontal) y como ordenada el desplazamiento (eje
vertical).Use una misma gráfica x-t, para los todos los casos, utilice colores para
diferenciarlos.
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? ¿Cuál es el significado de
la pendiente de la gráfica x-t?
2) Durante el movimiento que se realiza en cada caso ¿Es realmente la
velocidad media constante? Justifique relacionándolo con el comportamiento
de la gráfica x-t
II. GRÁFICA V-T
Calcule dentro de las tablas la velocidad media para cada par de puntos x-t y ponga
los valores dentro de una gráfica velocidad media-tiempo (v-t). Para graficar, use como
abscisa el tiempo (eje horizontal) y como ordenada la velocidad media (eje vertical).Use
una misma gráfica para los todos los casos, utilice colores para diferenciarlos.
3) ¿Cuál es el significado de la pendiente de la gráfica v-t? Ayuda: ¿Está acelerando
el estudiante?
4) ¿Cuál es la velocidad promedio con la que Manuel camina, corre y trota?
5) ¿Cuál será el tiempo de Manuel cuando ha recorrido las distancias de 17 m en los
tres casos a, b y c ?
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Discusión final. En todas las preguntas justifica tus
respuestas.
A. Observa la siguiente gráfica de
desplazamiento (x) contra
tiempo (t), cuando el atleta
Manuel realiza su
entrenamiento, ¿Cuál representa
cuando camina, trota o corre?
Justifica tu respuesta.
B. ¿Qué significado tiene la
inclinación de la recta?
C. ¿Cuál sería el significado de una recta de longitud infinita en términos del movimiento?
D. ¿Tiene significado físico una recta en el segundo cuadrante de la gráfica x-t? ¿Y en el tercer
cuadrante?¿Y en el cuarto cuadrante? En caso afirmativo, ¿Qué movimiento describen?
E. ¿Bajo qué condiciones un cuerpo puede ser considerado como una partícula puntual? ¿Es
adecuado modelar al corredor como una partícula?
F. ¿Puede un fluido como el aire (por ejemplo, una burbuja de aire) ser modelada como una
partícula puntual con objeto de estudiar su movimiento?
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Segunda Práctica del Curso de Introducción a la Física:
La burbuja que se mueve
Nombre:______________________________ Clave:___________Fecha:___________
Análisis conceptual. Contesta las siguientes preguntas, justificando tus respuestas en todas ellas.
1. Menciona algunos casos de la vida cotidiana en los que puedas observar a un objeto o
cuerpo que presenta movimiento rectilíneo uniforme. ¿Puede modelarse éste objeto o
cuerpo como una partícula puntual?
2. En un día con mucho viento podemos observar a las nubes desplazarse en el cielo en un
corto periodo de tiempo, ¿Sería posible modelar su movimiento como una partícula
puntual?
3. ¿Puede un fluido como una burbuja de aire ser modelada como una partícula puntual con
objeto de estudiar su movimiento?
4. Considera el movimiento de una burbuja de aire pequeña a lo largo de un tubo lleno de
líquido, ahora considera el movimiento de otra burbuja del doble de tamaño que la primera
y a lo largo del mismo tubo lleno de líquido ¿Tiene las mismas características el
movimiento de ambas burbujas? ¿Influye la masa de la burbuja de aire para calcular su
velocidad?
Objetivo.
Estudiar y modelar el movimiento en línea recta de una burbuja de aire en un fluido como
movimiento rectilíneo uniforme, a través del uso de un sencillo dispositivo que usa como base una
manguera plástica transparente, agua y una burbuja de aire. Relacionar las características del
movimiento con las gráficas posición-tiempo y velocidad-tiempo.
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Materiales:
● Manguera plástica transparente de 102 centímetros de largo y de aproximadamente 1cm de
diámetro interior. ● tapones para los extremos de la manguera
● 1 metro de Madera. ● Cinta de aislar para pegar la manguera. ● Agua. ● Colorante para el agua (cualquier color), puede
usar un endulzante artificial de color. ● Silicon. ● Transportador ● Hojas de papel milimétrico y regla
EXPERIMENTO 1 (ángulo de 90°)
1. Pon una marca usando la cinta de aislar en el metro cada 10 cm. Y usa esta
misma cinta para sostener el tubo en el medio del metro como se muestra en
la figura.
2. Coloque la tapa con silicón en un orificio de la manguera para evitar que
salga el agua.
3. Llena la manguera de agua coloreada (agregar previamente el colorante al
agua) dejando un pequeño espacio aproximado de 1 cm de aire para que se
forme la burbuja.(Se deja un pequeño espacio por llenar).
4. Coloca otro pedazo de silicón en el orificio de la manguera faltante para
evitar que salga el agua. La manguera debe quedar lo más recta posible sobre
el metro.
5. Para hacer más precisos en el conteo del tiempo, deja pasar
la burbuja por la primera marca (0 cm) y empieza a
contabilizar el tiempo a partir de la segunda marca (10 cm).
Es decir se toma la marca de 20 cm como posición inicial.
6. Coloca el metro de forma horizontal y gira rápidamente
hasta ponerlo totalmente en una posición vertical (ángulo de
90°). Con el cronómetro empieza a contabilizar el tiempo
desde cuando la burbuja sube y pasa por la marca de 10 cm, lo cual es considerado el origen
del movimiento (t=0s).
7. Registra los valores del tiempo para cada una de las marcas (desde 20 cm hasta 100 cm en
la REGLA) en la tabla 1.
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Tabla 1. Ángulo de 90°
Posición
(cm)
Desplazamient
o (cm)
Δx = 𝑋𝑓 − 𝑋𝑖
Tiempo (s) Intervalo de
tiempo (s)
Δt = 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖
Velocidad media (cm /s)
𝑣 =𝑋𝑓−𝑋𝑖
𝑡𝑓−𝑡𝑖
0 0 0 0 ----------------------
10 10
20 10
30
40
50
60
70
80
90
VELOCIDAD PROMEDIO:
EXPERIMENTO 2 (ángulo de 30° y 60°)
Repite el experimento 1 pero ahora inclina el metro 30° y 60° sobre el suelo (usa la pared de apoyo).
Registra los tiempos (t) y desplazamientos (x) en una tabla.
Tabla 2. Ángulo de 60°
Posición
(cm)
Desplazamient
o (cm)
Δx = 𝑋𝑓 − 𝑋𝑖
Tiempo (s) Intervalo de
tiempo (s)
Δt = 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖
Velocidad media (cm /s)
𝑣 =𝑋𝑓−𝑋𝑖
𝑡𝑓−𝑡𝑖
0 0 0 0 ----------------------
10 10
20
30
40
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11
50
60
70
80
90
VELOCIDAD PROMEDIO:
Tabla 3. Ángulo de 30°
Posición
(cm)
Desplazamient
o (cm)
Δx = 𝑋𝑓 − 𝑋𝑖
Tiempo (s) Intervalo de
tiempo (s)
Δt = 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖
Velocidad media (cm /s)
𝑣 =𝑋𝑓−𝑋𝑖
𝑡𝑓−𝑡𝑖
0 0 0 0 ----------------------
10 10
20
30
40
50
60
70
80
90
VELOCIDAD PROMEDIO:
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Modelación del movimiento.
I. GRÁFICA X-T
Usando los 3 casos a) 90° b) 30° y c) 60°, procede a elaborar una gráfica desplazamiento
“x” contra tiempo “t”. Para graficar, use como abscisa el tiempo (eje horizontal) y como
ordenada el desplazamiento (eje vertical). Use una misma gráfica x-t, para los todos los casos,
utilice colores para diferenciarlos.
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? ¿Cuál es el significado de la
pendiente de la gráfica x-t?
2) Durante el movimiento que se realiza en cada caso ¿Es realmente la velocidad
media constante? Justifique relacionándolo con el comportamiento de la gráfica x-
t
II. GRÁFICA V-T
Calcule dentro de las tablas la velocidad media para cada par de puntos x-t y ponga los
valores dentro de una gráfica velocidad media-tiempo (v-t). Use una misma gráfica, para los todos
los casos, utilice colores para diferenciarlos.
3) ¿Cuál es el significado de la pendiente de la gráfica v-t? Ayuda: ¿Está acelerando la
burbuja?
4) ¿Cuál es la velocidad promedio con la que la burbuja recorre la manguera en cada
ángulo?
Discusión Final. Responde las preguntas y justifica la respuesta.
A. ¿Por qué no es conveniente tomar en cuenta el desplazamiento de la burbuja cuando sube
los primeros 10 cm del metro?
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B. ¿Qué es lo que causa (fuerza) el ascenso de la burbuja? ¿Es indispensable conocer la
magnitud de la fuerza que causa el ascenso de dicha burbuja para modelar su movimiento
(gráficas x-t, v-t, y-t)?
C. En el experimento 1, si hacemos que la burbuja se mueve ahora en la dirección contraria.
Experimentalmente significa girar el metro 180° respecto a la condición en la que lo tenías
inicialmente. ¿Experimentará la misma velocidad?
D. Se puede determinar la velocidad de la burbuja cuando no hay inclinación en la manguera?
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Tercera Práctica del Curso de Introducción a la Física:
La canica acelerada
Nombre: _______________________________Carrera:_____________Clave:____________
Análisis conceptual. Responde las siguientes preguntas y justifica tus
respuestas.
1. Cada una de las fotografías, a), b) y c) de la figura
se tomó de un sólo disco que se mueve hacia la derecha,
que se toma como la dirección positiva. Dentro de cada
fotografía, el intervalo de tiempo entre imágenes es
constante. ¿Cuál(es) fotografía(s),
muestra(n)_______________?
i) velocidad cero constante
ii) aceleración cero constante
iii) velocidad constante positiva
iv) aceleración constante positiva
v) aceleración negativa
2. ¿Alguna vez te has fijado que, al estar sentado en una
plaza o en un parque mirando a tu alrededor, existe mucho movimiento de las personas y objetos
cercanos a ti? ¿Consideras que alguno de los objetos o personas que observas tiene un movimiento
acelerado? Da un ejemplo y justifícalo
3. Si la velocidad de un objeto en algún instante de tiempo es cero. ¿Quiere decir esto que la
aceleración del mismo es cero también?
Objetivo.
Estudiar el movimiento con aceleración constante de una canica en una canaleta inclinada y
relacionarlo con las gráficas posición-tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo, a partir de
los datos tomados en la situación experimental planteada.
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Materiales: ● Canaleta RÍGIDA de 1 metro ½ (150 cm)
● Canica
● Cronómetro
● Transportador
● Hojas de papel milimétrico, regla y calculadora
Desarrollo de la práctica:
EXPERIMENTO 1
1. Realice la práctica en un espacio amplio con superficie horizontal, ya sea en el suelo o en
una mesa.
2. Toma la canaleta y desprende la parte de arriba de tal forma que quede como un plano
inclinado donde pueda deslizarse la canica fácilmente. Indica con la cinta de aislar el punto
de referencia (x=0cm) .
3. Ponga una marca cada 25 cm a partir del punto de referencia u origen (x=0) y hasta terminar
de marcar la canaleta.
4. Usa el transportador e inclina la canaleta a 5 ° respecto a la horizontal, con ayuda de tus
compañeros mantengan la canaleta en dicha posición y sin moverse.
5. Comenzando en el punto inicial deja rodar la canica sobre la canaleta. Toma el tiempo que
tarda en desplazarse entre cada uno de los puntos marcados y regístralo en la “tabla de
llenado” correspondiente posición, velocidad y aceleración, que se encuentra abajo en la
práctica.
EXPERIMENTO 2
Repite los pasos 4 y 5 para el ángulo de 10°
EXPERIMENTO 3
Teniendo la canaleta a un ángulo de 5°, da impulso a la canica en la parte inferior de manera tal
que la canica suba por la canaleta y llegue al punto más alto de ésta (aproximadamente) sin caerse.
Toma el tiempo que tarda en desplazarse entre cada uno de los puntos marcados y regístralo en la
“tabla de llenado” correspondiente posición, velocidad y aceleración, que se encuentra a
continuación.
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Tabla de llenado
Experimento 1) Ángulo 5°
Desplazami
ento (𝛥𝑥) cm
Posición (x)
cm
Intervalo de
tiempo (𝛥𝑡) s
Tiempo (t)
con
referencia al
origen, s
Velocidad
media=
𝛥𝑥/𝛥𝑡, cm/s
Aceleración
media=
(vf-vi) / 𝛥𝑡 ,
cm/s2
0 x0=0 -------------- t0= 0 ------------ ------------
25 x1=25 t1= v1= ------------
25 x2=50 t2= v2= a2=
25 x3=75 t3= v3= a3=
25 x4=100 t4= v4= a4=
25 x5=125 t5= v5= a5=
25 x6=150 t6= v6= a6=
ACELERACIÓN PROMEDIO=
Experimento 2) Ángulo 10°
Desplazami
ento (𝛥𝑥) cm
Posición (x)
cm
Intervalo de
tiempo (𝛥𝑡) s
Tiempo (t)
con
referencia al
origen, s
Velocidad
media=
𝛥𝑥/𝛥𝑡, cm/s
Aceleración
media=
(vf-vi) / 𝛥𝑡 ,
cm/s2
0 x0=0 -------------- t0= 0 ------------ ------------
25 x1=25 t1= v1= ------------
25 x2=50 t2= v2= a2=
25 x3=75 t3= v3= a3=
25 x4=100 t4= v4= a4=
25 x5=125 t5= v5= a5=
25 x6=150 t6= v6= a6=
ACELERACIÓN PROMEDIO=
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Experimento 3) Ascendente por el plano, Ángulo 5°
Desplazami
ento (𝛥𝑥) cm
Posición (x)
cm
Intervalo de
tiempo (𝛥𝑡) s
Tiempo (t)
con
referencia al
origen, s
Velocidad
media=
𝛥𝑥/𝛥𝑡, cm/s
Aceleración
media=
(vf-vi) / 𝛥𝑡 ,
cm/s2
0 x0=0 -------------- t0= 0 ------------ ------------
25 x1=25 t1= v1= ------------
25 x2=50 t2= v2= a2=
25 x3=75 t3= v3= a3=
25 x4=100 t4= v4= a4=
25 x5=125 t5= v5= a5=
25 x6=150 t6= v6= a6=
ACELERACIÓN PROMEDIO=
Modelación de los datos.
Realiza los siguientes pasos I, II y III, considerando los experimentos 1, 2 y 3. Responda las
preguntas justificando su respuesta.
I. Gráfica x-t
Usando los datos que se registraron en la tabla, construye la gráfica posición (x) contra tiempo (t),
donde el eje vertical es la posición y el horizontal es el tiempo:
Observe la gráfica de desplazamiento y tiempo (gráfica x-t).
1) ¿Qué tipo de comportamiento presentan los datos?
2) ¿Es la ecuación x(t) como la de una recta, parábola o elipse?
3) ¿Qué puede decir de la velocidad media a partir de la gráfica x-t?
II. Gráfica v-t
Calcule la velocidad media para cada par de puntos en la gráfica x-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 la
canica?
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III. Gráfica a-t
Calcule la aceleración media para cada par de puntos en la gráfica v-t y ponga los valores de ésta
dentro de una gráfica aceleración media-tiempo (a-t).
7) ¿Qué tipo de comportamiento presentan los datos?
8) ¿Cuál es la aceleración promedio de la canica?
Análisis Final Responde las preguntas justificando tu respuesta.
1.- En los experimentos del 1 al 3 ¿La velocidad media de la canica aumenta o disminuye
dependiendo del ángulo de inclinación?
2.- Qué diferencias encuentras entre el movimiento de la canica en la canaleta y el movimiento de
la burbuja en el tubo con un fluido que usaste en la práctica anterior?
3.-Compara lo que sucede en el experimento 1 y 2 con el experimento 3, ¿Cómo cambia o se
compara la velocidad media en cada experimento?
4.- Resuelve el siguiente problema:
Una canica desciende por un plano inclinado a 10°, con una aceleración igual a la aceleración
promedio que obtuviste para el caso de 10°. Si parte del reposo a tiempo t=0s. Calcule:
A) ¿Cuál es la velocidad para la posición de 50 cm y 110 cm?
B) ¿Cuál es el tiempo para el cual la posición de la partícula es de 50 cm y 130 cm?
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Cuarta Práctica del Curso de Introducción a la Física:
Objetos que caen libremente.
Nombre: _______________________________Carrera:_____________Clave:____________
Análisis conceptual.
El experimento realizado en la superficie de
la Luna por el astronauta Dave Scott (Apollo
XV), muestra la independencia de las
ecuaciones de la caída libre respecto de la
masa, como ya dedujo Galileo Galilei hace
400 años.
“Bien, en mi mano izquierda tengo una pluma
y en la derecha un martillo. Y supongo que
una de las razones por la que estamos hoy
aquí es por un caballero llamado Galileo,
porque hace mucho tiempo hizo un
importante descubrimiento sobre los cuerpos
que caen en un campo gravitatorio. Y
pensamos que la Luna sería el mejor lugar
para confirmar sus ideas...
…Ahora lo intentaremos para que lo veas.
Concretamente, la pluma es de un halcón,
una pluma de halcón de nuestro Halcón
Ahora soltaremos los dos a la vez y, esperemos….”
Retomando el experimento real que se realizó en la Luna por el Astronauta Dave Scott,
comprobando la teoría de Galileo, responde las siguientes preguntas. Justifica todas tus
respuestas.
1.- ¿Por qué caen los cuerpos en la Tierra o en la Luna?
2.- ¿Cuál cuerpo crees que llegó primero al suelo?
3.- ¿Cuándo un cuerpo está en caída libre?
4.- ¿Qué relación hay entre fuerza y aceleración debida a la gravedad? ¿Son lo mismo?
5.- ¿Es diferente el valor de la aceleración debido a la gravedad o “g” en la Tierra que en la Luna?
¿Por qué?
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6.- ¿Qué pasaría si en vez de dejar caer el ladrillo y la pluma en la Luna, lo dejamos caer en el
espacio, seguirá cayendo igual?
Objetivo.
Estudiar el movimiento de caída libre de algunos objetos y su relación con las gráficas posición-
tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo, a partir de los datos generados en la situación
experimental planteada y a través del uso de algunas Tecnologías para el Aprendizaje y
Conocimiento.
Experiencia 1.- Pelota en caída libre.
Desarrollo del Experimento Materiales:
Pelota pequeña y de color contrastante.
Un metro con papel fluorescente.
Cámara de video o de un celular con buena calidad o con la mejor calidad posible.
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/
Descargar la versión más actual de preferencia
Desarrollo de la práctica:
1. FILMACIÓN DE VIDEOS
Para realizar el análisis cinemático del movimiento de caída libre se requiere la videograbación de
un proyectil (balón o pelota), que se deja caer libremente desde una altura.
Súbase a una silla o desde el punto más alto que pueda usted, y deje caer una pelota verticalmente,
es decir, en caída libre. Grabe al menos dos veces la experiencia y use la que mejor se vea en el
video.
Consideraciones para la grabación de los videos:
La cámara deberá tener buena calidad.
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.
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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 OBJETO
Deberá 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/DW9enhyii8c
Con el uso del software se obtienen muchas gráficas de entre las cuales se usarán:
1. Posición vertical contra tiempo y-t
2. Velocidad vertical contra tiempo Vy – t
Figura 1. Software TRACKER, donde se ha realizado el análisis de un video de Caída Libre.
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A partir de estas gráficas y en el software TRACKER determinar los siguientes valores: Variable medida en TRACKER Valor numérico (colocar unidades)
A. Altura máxima.
B. Aceleración Vertical (aceleración de la gravedad)
3. OBTENCIÓN DE LOS DATOS 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
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 de “DatosTPTracker”. Ver
figura 3.
Figura 3. Guardar los datos.
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El archivo de datos que guardaste se puede abrir en Word, o Excel
Encontrarás 3 columnas correspondientes al tiempo (t), posición horizontal (x) y posición vertical
(y). IMPRIME DICHOS DATOS YA QUE DEBERÁS ANEXARLOS A LA PRÁCTICA.
NOTA: en la notación usada la letra “E” significa x10, es decir, 3.3366E-2 = 3.3366x10-2
=0.033366
4. MODELACIÓN DEL MOVIMIENTO DEL PROYECTIL EN CAÍDA LIBRE.
Usando los datos obtenidos en la sección 3, ahora se creará el modelo matemático con el que se
trabaja la componente del movimiento en Caída Libre, Eje Y.
Usa todos los datos que obtuviste con el programa TRACKER usando la columna tiempo (t) y
posición vertical (y), y realiza la tabla 1. Para facilitarte el trabajo puedes realizar la tabla y los
cálculos correspondientes en una hoja de EXCEL
4.1 MOVIMIENTO VERTICAL (EJE Y)
TABLA 1. MOVIMIENTO VERTICAL-EJE Y
Tiempo (t)
con
referencia al
origen, s
Intervalo de
tiempo, ∆𝑡 = 𝑡𝑓 −
𝑡𝑖 , s
Posición (x)
m
Desplazami
ento, ∆𝑥 =
𝑋𝑓 − 𝑋𝑖 ,
cm
Velocidad
media,
v= ∆𝑥 / 𝛥𝑡 ,
m/s
Aceleración
media,
a=vf-vi
/∆𝑡 , m/s2
t0= -------------- x0= --------------- ------------ ------------
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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=
4.2 Modelación del movimiento vertical, EJE Y
Realiza los siguientes pasos, Puedes también realizar las siguientes graficas usando la hoja de
EXCEL que generaste antes, IMPRIME y anexa dichas gráficas.
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) ¿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 vy-t
Calcule 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?
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III. Gráfica ay-t
Calcule 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”?
Experiencia 2.- Tuercas en Caída libre
Desarrollo del Experimento
Materiales:
● Hilo o estambre de 2.5 m de largo
● 3 tuercas
● olla de metal o lata metálica (donde puedan golpear las
tuercas)
● Aplicación Sparkvue de Pasco (descargar del playstore
de android)
https://play.google.com/store/apps/details?id=com.isbx.pasco.Spark&hl=es_MX
● Regla, hoja milimétrica, calculadora
Desarrollo de la práctica: Es importante que previo a la práctica inspeccione el funcionamiento de la aplicación “SPARKvue”
de Pasco, relacionada con la toma de datos en la función “Micrófono integrado” y en la opción
“Nivel de Sonido”, la cual mide la intensidad del sonido en decibeles a través del tiempo.
Parte A)
1. Tome el hilo o estambre aproximadamente 2.30 m y coloque una tuerca cada 1 metro,
comenzando por un extremo del hilo, se colocarán en total las 3 tuercas. Debe quedar un
pedazo de estambre o hilo libre para sujetarlo.
2. Coloque el celular en el piso o cerca de la lata. Verifique que la olla o lata quede debajo
del hilo con tuercas, para que al caer estas golpeen en la lata.
Figura 1
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3. Un compañero del equipo deberá subirse a una mesa o silla de manera
tal que pueda sostener el hilo o estambre con tuercas de forma vertical
desde el extremo superior del mismo.
4. Importante: Antes de grabar modifica la frecuencia de grabación,
ponla en 1KHz.
5. Toma el celular y activa la función “grabar”, deja caer todas las tuercas.
Detén la grabación.
6. Guarda el archivo de datos o “experimento”, dando click en el ícono de
COMPARTIR.
7. Repite el experimento 2 veces más. SOLO USARÁS LOS DATOS DE
UNO DE ESOS TRES EXPERIMENTOS, el que salga mejor!! (A
continuación se muestra un ejemplo de la gráfica que se obtiene, Figura
3 )
ANÁLISIS DE DATOS OBTENIDOS MEDIANTE LA APLICACIÓN “SPARK VUE” de
Pasco
1. Abre el archivo de datos en el mismo SPARKvue. Los datos grabados son sonoridad en
decibeles (eje y) y tiempo en segundos (eje x).
2. Identifique los picos en la gráfica que corresponden a cuando cada tuerca golpea el metal
y produce un mayor sonido. Obtendrás un gráfica como la que se muestra en la figura 3
3. Una vez que identifique los picos de la gráfica sonoridad-tiempo. Determina de manera
aproximada usando la gráfica, el intervalo de tiempo que existe entre la caída de cada una
Figura 2
Figura 3
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de las 3 tuerca, para los cuales las tuercas han caído el mismo desplazamiento (1m) ponga
los datos en la tabla 2.
4. Imprime y anexa la gráfica que obtuviste.
# tuerca Desplazamiento aprox. (m)
Intervalo de Tiempo aproximado (seg)
1ra -------
2da 1
3ra 2
Tabla 2
Parte B)
1. Mueve la tuerca 2 (la de en medio del arreglo: hilo con las 3 tuercas usado en la parte A),
de manera tal, que las tuercas 2 y 3 caigan a iguales intervalos de tiempo. Es decir, que en
la gráfica del nivel del sonido contra el tiempo que se genere (como en la figura 3) los
picos de la gráfica estén separados de igual manera, lo que significa que están a intervalos
iguales entre ellos. Deberás repetir la experiencia cuantas veces sea necesaria para lograrlo.
2. Llena la tabla 3, poniendo los datos de la distancia a la cual colocaste las tuercas como los
desplazamientos de éstas mismas.
# tuerca Desplazamiento aprox. (m)
Intervalo de Tiempo aproximado (seg)
1ra ------- ---------
2da
3ra
Tabla 3
3. Graba el experimento con la aplicación SPARKvue de Pasco y guarda los datos.
4. Imprime y anexa la gráfica como evidencia. Indica los picos que corresponden al sonido
que se genera por cada una de las 3 tuercas.
Análisis Final Responde las preguntas justificando tu respuesta.
1. ¿Cuáles son las diferencias y similitudes del tipo de movimiento que tienen la pelota y las
tuercas en caída libre de esta práctica con la práctica anterior en la cual una canica
desciende sobre un plano inclinado?
2. ¿Son diferentes de manera cualitativa (no cuantitativamente) las gráficas x-t, v-t y a-t de
la Experiencia 1 de esta práctica (la pelota en caída libre) con la de la canica descendiendo
por un plano inclinado de la práctica 3?
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3. En la parte B de la experiencia 2 de esta práctica. ¿Cuál fue el razonamiento que usaste
para modificar la posición de la tuerca 2?
4. ¿Si en vez de una pelota colocáramos un tornillo, una esfera de goma o cualquier otro
objeto en el cual la resistencia del aire sea despreciable? ¿Obtendremos la misma
aceleración promedio?
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Quinta Práctica del Curso de Introducción a la Física:
Lanzamientos de Basketball
Nombre: _______________________________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?
Objetivo.
Estudiar el movimiento de Tiro Parabólico de un lanzamiento de balón de Basketball y su relación
con las gráficas posición-tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo, a partir de los datos
generados en la situación experimental planteada y a través del uso de algunas Tecnologías para
el Aprendizaje y Conocimiento.
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 VIDEOS
Para 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.
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Consideraciones para la toma de los videos:
● La cámara deberá tener buena calidad.
● 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 PARABÓLICO
Deberá 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-t
2. Posición vertical contra tiempo y-t
3. Velocidad vertical contra tiempo Vy – t
Figura 1. Software TRACKER, donde se ha realizado el análisis de un video de Tiro Parabólico.
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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 = √𝑉𝑥2 + 𝑉𝑦
2
G. Ángulo de disparo a partir de la
componentes Vx y Vyi , 𝜃 = arctan (𝑉𝑦
𝑉𝑥)
3. MODELACIÓN DEL MOVIMIENTO DEL PROYECTIL EN TIRO PARABÓLICO
Usando los datos obtenidos en la sección anterior, 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”
3.1 MOVIMIENTO HORIZONTAL (EJE X)
Copia las gráficas las gráficas posición horizontal contra tiempo “x-t”, y velocidad horizontal
contra tiempo “vx-t” a partir del análisis con TRACKER. Imprime y anexa las gráficas.
I. GRÁFICA X-T
Observe la gráfica de posición horizontal y tiempo (gráfica x-t) 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 vx(x,t))
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II. GRÁFICA Vx-T
Observe la gráfica velocidad horizontal-tiempo (vx-t).
3) ¿Cuál es el significado o interpretación que le das a la gráfica vx-t? Ayuda: ¿Está
acelerando el balón en la dirección horizontal “eje x”?
4) ¿Cuál es la velocidad horizontal (promedio) con la que se mueve el balón?
4.2 MOVIMIENTO VERTICAL (EJE Y)
Modelación del movimiento vertical, EJE Y
Copia las gráficas posición vertical contra tiempo “y-t”, y velocidad vertical contra tiempo “vy-t”
a partir del análisis con TRACKER. Imprime y anexa las gráficas.
Observe la gráfica de desplazamiento y tiempo (gráfica y-t) y responda justificando su respuesta:
4) ¿Qué tipo de comportamiento presentan los datos?
5) ¿Cuál es la relación entre las variables desplazamiento, tiempo y velocidad? ¿Es la
ecuación y(t) como la de una recta, parábola o elipse?
6) ¿Qué puede decir de la velocidad vertical a partir de la gráfica y-t?
II. Gráfica vy-t
Calcule la velocidad para cada par de puntos en la gráfica y-t y ponga los valores de ésta dentro de
una gráfica velocidad-tiempo (vy-t).
4) ¿Qué tipo de comportamiento presentan los datos?
5) ¿Cuál es el significado de la pendiente de la gráfica vy-t? Ayuda: ¿Está acelerando en la
dirección vertical el balón?
III. Gráfica ay-t
Calcule la aceleración para cada par de puntos en la gráfica v-t y ponga los valores de ésta dentro
de una gráfica aceleración-tiempo (ay-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”?
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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,
vx-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?
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?