Técnica de Medición de variables Físicas Guía de laboratorio 1. Relaciones Funcionales - uso...
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Contenido
Introducción ......................................................................................................... 3
Marco Teórico ....................................................................................................... 3
Materiales ............................................................................................................. 5
Procedimiento ...................................................................................................... 9
Análisis de los Resultados ................................................................................... 12
Aplicaciones .........................................................................................................14
Enlaces de Apoyo ................................................................................................ 15
Bibliografía .......................................................................................................... 16
Webgrafía ............................................................................................................ 17
GUÍA DE LABORATORIO # 1 – TRATAMIENTO DE DATOS
EXPERIMENTALES – EXCEL - USO DE SIMULADORES
Relaciones funcionales – Uso de simuladores
disponibles en la web
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Introducción
"Un simulador es quizá la aplicación que más aprovecha las especificaciones
de la computadora como recurso de aprendizaje y que cada día se extiende
más en áreas de la educación"
El simulador permite al estudiante aprender de manera práctica, a través del
descubrimiento y la construcción de situaciones hipotéticas. Un simulador
tiene la ventaja de permitirle al estudiante desarrollar la destreza mental o
física a través de su uso y ponerlo en contacto con situaciones que pueden ser
utilizadas de manera práctica. Si son usados en trabajo colaborativo,
estimulan el trabajo en equipo al estimular la discusión del tema.
Excel es un software, o lo que es lo mismo un programa informático, que sirve
para realizar cálculos numéricos o matemáticos.
Es una hoja de cálculo para el registro de números, datos y texto. Si bien sus
utilidades y funciones son muy amplias, ya que con Excel puedes realizar
desde una simple suma, hasta resolver integrales, pasando por crear gráficos,
ordenar y agregar información no numérica, resolver programas matemáticos
y un largo etcétera.
En esta guía de laboratorio se utilizara Excel para realizar el tratamiento de
datos experimentales obtenidos a partir del uso de un simulador: registrar
datos experimentales en tablas, a partir de ellos construir la gráfica y
encontrar la ecuación que rige el fenómeno en estudio, se estudiara el tipo de
relación existente entre dos variables físicas involucradas en un experimento,
lineal, cuadrática e inversa.
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Marco Teórico
Consulte los temas dados a continuación para la buena realización de la
práctica de laboratorio:
• ¿Qué es Excel?
• Dibuje la ventana de Excel, en ella identifique sus principales partes,
menús y explique para que sirven.
• ¿Para qué sirve Excel?
• ¿Qué es un simulador y cuáles son sus ventajas y desventajas en
educación?
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Actividad Motivadora
Explore los siguientes portales web.
https://phet.colorado.edu/es/simulations/category/physics
http://www.walter-fendt.de/ph14s/
http://lascienciasenmivida.blogspot.com.co/2012/02/simuladores-de-
fisica.html
http://www.educaplus.org/games/fisica
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/animac
iones.html
http://www.fismec.com/ovas/pendulo.html
http://www.fismec.com/ovas/ masa_resorte.html
Después de explorar los portales web, escriba aquí su comentario
acerca de la importancia del uso de simuladores para el estudio de
fenómenos reales a través de simulaciones.
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Materiales
Para desarrollar este laboratorio solamente necesitas una computadora que
tenga instalado Excel y con acceso a internet.
Para la toma de datos experimentales se va a hacer uso de tres simuladores
disponibles en la web a saber – Explórelos para poder tomar datos más
adelante.
Para el estudio de la relación lineal se usará el simulador de circuito de
corriente electrica desarrollado por la universidad de colorados estados
unidos en el proyecto Phet, en el cual podrás observar de manera didáctica e
interactiva el comportamiento del voltaje, la intensidad de corriente y la
resistencia electrica.
Figura 1 – Simulador Ley de OHM
Derechos de Autor: https://phet.colorado.edu/es/simulations
Proyecto: Phet – Universidad de Colorado
Haz clic sobre la palabra simulador para acceder a él.
SIMULADOR CIRCUITO DE CORRIENTE SENCILLO
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Para el estudio de la relación cuadrática se usará el simulador Ovas de un
péndulo simple – ley longitud y periodo desarrollado por la universidad
cooperativa de Colombia en el proyecto OVAs, en el cual podrás observar
como varia el periodo de oscilación de un péndulo a medida que cambia su
longitud.
Figura 2 – Simulador Péndulo Simple
Derechos de Autor: http://www.fismec.com/ovas/pendulo.html
Proyecto: Ovas – Universidad Cooperativa de Colombia
Haz clic sobre la palabra simulador para acceder a él.
SIMULADOR PENDULO SIMPLE – OVAS
Para el estudio de la relación inversa se usará el simulador Ovas de un
oscilador armónico simple – ley periodo y constante elástica de un resorte,
desarrollado por la universidad cooperativa de Colombia en el proyecto OVAs,
en el cual podrás observar como varia el periodo de oscilación de un oscilador
armónico simple a medida que cambia la constante elástica del resorte.
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Figura 2 – Simulador Oscilador Armónico Simple
Derechos de Autor: http://www.fismec.com/ovas/masa_resorte.html
Proyecto: Ovas – Universidad Cooperativa de Colombia
Haz clic sobre la palabra simulador para acceder a él.
SIMULADOR OSCILADOR ARMONICO SIMPLE – OVAS
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Procedimiento
Relación lineal:
1. Entre al simulador por medio del link otorgado anteriormente.
2. Relaciónese con los controles para variar voltaje y resistencia, así como
de los botones para reiniciar y sonido.
3. Fije el valor de una resistencia de trabajo con la ayuda de la barra de
desplazamiento.
4. Una vez fija la resistencia comience a variar los voltajes suministrados al
circuito, observe como cambia la corriente electrica.
5. Registre los datos obtenidos en la simulación en la Tabla 1.
Tabla 1. Voltaje e intensidad de corriente – R = ___________
Voltaje v (v)
Intensidad de corriente
electrica I (mA)
Relación cuadrática:
1. Entre al simulador por medio del link otorgado anteriormente. Haz clic
en la ley Periodo y Longitud.
2. Relaciónese con los controles para variar longitud, masa, gravedad,
ángulo, inicio, pausa, reinicio, así como con los controles para cambiar
número de oscilaciones, planeta, y masa de oscilación.
3. Fije los valores de masa, oscilación, ángulo, elija un planeta donde
realizar el experimento.
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4. Una vez fija las variables indicadas en el paso anterior, comience a variar
la longitud del péndulo, observe como cambia el periodo de oscilación.
Registre los datos obtenidos en la simulación en la Tabla 2.
Tabla 2. Longitud y periodo de un péndulo simple
Masa m = ________ N0. Oscilación n = _______ Angulo θ = ________
Longitud L (cm)
Periodo T (s)
Periodo al cuadrado
T2(s2)
Relación inversa:
1. Entre al simulador por medio del link otorgado anteriormente. Haz clic
en la ley Periodo y constante elástica.
2. Relaciónese con los controles para variar resorte, masa, amplitud, así
como con los controles para cambiar número de oscilaciones, resortes,
y masa de oscilación.
3. Fije los valores de masa de oscilación, amplitud del movimiento elija un
sistema masa - resorte con el cual realizar el experimento. Realice el
proceso anterior variando el resorte.
4. Una vez fija las variables indicadas en el paso anterior, comience a variar
los resortes, observe como cambia el periodo de oscilación. Registre los
datos obtenidos en la simulación en la Tabla 3.
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Tabla 3. Periodo y constante elástica de un resorte
Masa m = ___________ Amplitud A = ________
Constante elástica K
(N/m)
Periodo T (s)
Inverso de 𝟏/√𝑲
(√𝒎/𝑵/)
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Análisis de los Resultados
Relación lineal
1. Realice en Excel la gráfica de Voltaje contra intensidad de corriente.
2. ¿Observe la gráfica, que curva obtuvo? ¿Qué tipo de relación existe entre las
variables graficadas y por qué? ¿Qué tipo de proporcionalidad existe entre las
variables graficadas y por qué?
3. Halle la ecuación que relaciona a las variables (uso de Excel).
4. Escriba la ecuación que relaciona al voltaje con la corriente eléctrica, tenga
en cuenta unidades.
5. De acuerdo a las unidades las constantes que aparecen en la ecuación que
nombre reciben, escríbalos.
6. Utilice la ecuación hallada y determine:
• El voltaje que hay que suministrarle a una resistencia R = 20 Ω para que
circulen sobre ella 4,2 mA
• La corriente que circula por una resistencia 120 KΩ cuando se le
suministran 20 voltios.
Relación cuadrática.
1. Realice en Excel las gráficas de Longitud contra periodo y la gráfica de
longitud contra periodo al cuadrado. ¿Compárelas, que concluye?
2. ¿Observe la gráfica de longitud contra periodo, que curva obtuvo? ¿Qué tipo
de relación existe entre las variables graficadas y por qué? ¿Qué tipo de
proporcionalidad existe entre las variables graficadas y por qué?
3. Halle la ecuación que relaciona a las variables longitud y periodo (uso de
Excel).
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4. Escriba la ecuación que relaciona a longitud con el periodo de oscilación,
tenga en cuenta unidades.
5. De acuerdo a las unidades las constantes que aparecen en la ecuación que
nombre reciben, escríbalos.
6. Utilice la ecuación hallada y determine:
• El periodo de oscilación para una longitud de 120 cm.
• La longitud que debería tener un cuerpo para que el periodo de un
péndulo de lenteja sea de 1,2 min.
Relación Inversa
1. Realice en Excel la gráfica de periodo contra constante elástica y el grafico
de periodo contra el inversa raíz cuadrada de la constante del resorte –
¿Compárelas, que concluye?
2. ¿Observe la gráfica, que curva obtuvo? ¿Qué tipo de relación existe entre las
variables graficadas y por qué? ¿Qué tipo de proporcionalidad existe entre las
variables graficadas y por qué?
3. Halle la ecuación que relaciona a las variables periodo de oscilación y
constante elástica del resorte (uso de Excel).
4. Escriba la ecuación que relaciona periodo de oscilación y constante elástica
del resorte, tenga en cuenta unidades.
5. De acuerdo a las unidades las constantes que aparecen en la ecuación que
nombre reciben, escríbalos.
6. Utilice la ecuación hallada y determine:
• El periodo de oscilación de un oscilador armónico cuya constante
elástica es de 350 N/m.
• La constante elástica de un resorte que emplea 25 s en completar 10
oscilaciones.
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Aplicaciones
Utilice Excel y resuelva:
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Enlaces de Apoyo
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Bibliografía
Bauer, W., & Westfall, G. (2014). Física para Ingeniería y Ciencias con Física
Moderna (Segunda ed., Vol. 1). México D.F.: McGraw Hill Education.
M., A., & Finn, E. J. (1995). Física. México D.F.: Addison-Wesley Iberoamericana.
Resnick, R., Halliday, D., & Krane, K. S. (2001). Física (Cuarta ed., Vol. 1). México
D.F.: Grupo Patria Cultural.
Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2014). FÍSICA para ciencias e ingeniería (Novena
ed., Vol. 1). México D.F.: Cengage Learning Editores.
Tipler, P. A., & Mosca, G. (2006). Física para la ciencia y la tecnología (Quinta
ed., Vol. 1). Barcelona: Reverté.
Toledo López, P. H. (2010). Experimentos Virtuales de Física. Bogotá: Ediciones
Fundación Universidad Central.
Young, H. D., & Freedman, R. A. (2013). Física Universitaria (Décimo Tercera
ed., Vol. 1). México D.F.: Pearson Educación de México.
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Webgrafía
• https://phet.colorado.edu/es/simulations/category/physics
• http://www.labvirfis.com/ovas/pendulo.html
• http://www.fisicaconordenador.com
• http://www.labvirfis.com/ovas/masa_resorte.html
• https://www.youtube.com/watch?v=tAvPeQJR2dY
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Para Reflexionar…
“la belleza intelectual se basta a sí misma y es por ella, más quizás que por el bien
futuro de la humanidad, que el científico consagra su vida a un trabajo largo y
difícil”
Henri Poincaré (1854 – 1912)
Jules Henri Poincaré, generalmente conocido como Henri Poincaré, fue un
prestigioso polímata: matemático, físico, científico teórico y filósofo de la
ciencia, primo del presidente de Francia Raymond Poincaré.