Fisica 1 Fiee Uni Laboratorio 3

 

LABORATORIO DE FÍSICA I2014-2

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA INFORME NÚMERO 3 FÍSICA I

INTEGRANTES:

 ALUMNO: VILLANO RUIZ BRYAN R.

2014 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

 

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OBJETIVOS:   Verificar la segunda ley de Newton comprobando sus predicciones en una



situación experimental sencilla.

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FUNDAMENTO TEÓRICO: * Velocidad Media.-  También denominada velocidad promedio. Es una cantidad vectorial determinada por el cambio de posición de una partícula en un intervalo de tiempo. Si un objeto experimenta un desplazamiento vectorial ∆  en un intervalo de tiempo ∆ , se define la velocidad media media como:

→ → = 

∆

∆

 

* Velocidad Instantánea.-  Es la velocidad media evaluada durante un intervalo de tiempo que se aproxima a cero. De esta manera la velocidad instantánea está definida como:

→

= lim ∆     ∆→0∆

→

* Aceleración Media.-  También denominada aceleración promedio. Es una cantidad vectorial. Mide la razón de cambio de la velocidad con respecto al tiempo. Por consiguiente está definida como:

→ → = 

∆

∆

 

* Aceleración Instantánea.- Es la aceleración media evaluada durante un intervalo de tiempo que se aproxima a cero. De esta manera la aceleración instantánea está definida como:



→

 

= lim

∆

∆→0∆

 

* Inercia.-Es la tendencia (Propiedad) de un cuerpo a seguir moviéndose una vez iniciado su movimiento.

* Masa.-Es una medida cuantitativa de la inercia. l a interacción entre dos cuerpos en * Fuerza.-Es aquella cantidad vectorial que describe la el universo. Es toda acción que tiende a alterar, ya sea el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo.

* Segunda Ley de Newton.- Siempre que una fuerza resultante distinta de cero actúa sobre un cuerpo, produce una aceleración en su misma dirección y sentido que es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.

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EQUIPOS Y MATERIALES: * Plancha de Vidrio.-Es una lámina de vidrio cuyas dimensiones significantes (Largo y ancho) tienen una medida determinada.

* Disco de Metal.-Bloque de metal en forma de disco. disco.

* Polea.-Es una máquina simple (Dispositivo mecánico) que se emplea para transmitir una fuerza.

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* Cuerda.-Es una herramienta que según su finalidad o empleo varía su material y/o  grosor.

* Eliminador de Batería.-Es un dispositivo que proporciona una fuente alterna de energía a una pieza de equipo que normalmente obtiene la energía mediante baterías.

* Chispero Electrónico.- Es un dispositivo eléctrico que emite chispas transcurrido un intervalo de tiempo determinado, comúnmente 20 Hz o 40 Hz.

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* Bombilla de Inyección de Aire.-Es un sistema (Dispositivos) que permite la transmisión de aire a través de un tubo elástico que puede ser conectado a algún dispositivo. 

de medición utilizado medición  un instrumento la horizontalidad  o  o verticalidad  de  de un elemento.

*

Nivel.-Es

para

determinar

* Regla Graduada.-La regla graduada es un instrumento de medición con forma de  plancha delgada y rectangular que incluye una escala graduada dividid dividida a en unidades de longitud, por ejemplo centímetros o pulgadas; es un instrumento útil para trazar segmentos rectilíneos con la ayuda de un bolígrafo o lápiz,  lápiz,  y puede ser rígido, semirrígido o flexible, construido de madera, de  madera, metal,  metal, material   material  plástico, etc.  plástico, etc.

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* Papel Blanco.-El papel bond es un papel brillante, grueso, rígido y opaco que se usa comúnmente en proyectos profesionales. La calidad se mide por qué tan libre de pelusas, duradero y suave es el terminado.

* Cuñas de Madera.- La cuña es una máquina simple que consiste en una pieza de madera de metalSirve con forma de prisma triangular. un doble  plano inclinadoo portátil. para hender o dividir cuerposTécnicamente sólidos, paraes ajustar o apretar uno con otro, para calzarlos o para llenar alguna raja o círculo. El funcionamiento de las cuñas responde al mismo principio del plano inclinado. Al moverse en la dirección de su extremo afilado, la cuña genera grandes  fuerzas en sentido perpendicular a la dirección del movimiento.

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* Pesas.- Elaboradas en acero inoxidable austenítico y acabado espejo.

* Papel Eléctrico.- Especie de papel capaz de transmitir corriente eléctrica a través de su superficie.

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PROCEDIMIENTO:  

Se verifica que el tablero se s e encuentre en posición verticalmente correcta.   Se fija la polea en un extremo de la mesa.   Se coloca el disco metálico sobre un extremo del tablero con la plancha de vidrio y el papel blanco adecuadamente. Luego se ata el disco metálico a la cuerda; la cual cual,, luego es extendida hasta la  polea dejando caer un extremo de ella.   Se conecta el tubo elástico por donde pasará el aire al puerto de abastecimiento de aire.   Los cables de conexión de los lo s dispositivos electrónicos deben estar conectados respectivamente y de forma segura.   En el extremo libre de la cuerda se debe colgar una masa pequeña (Se recomienda que se emplee masas menores a 100 g).   Mientras se mantiene sujeto el disco se abre la llave del aire, el momento en que se suelte el disco debe ser simultáneo con el encendido del chispero para así obtener los puntos sobre la hoja en blanco de forma correcta.

 

El disco llega al otro extremo del tablero rápidamente, así que se debe tener especial cuidado en el apagado del chispero para no obtener marcas incorrectas sobre el papel blanco.   Para determinar otra medida de aceleración, variamos la masa del sistema inicialmente conformado solo por el disco. Ahora se puede tener el disco y algunas pesas sobre él, elegidas convenientemente para cálculos significativos.   La masa que se cuelga en un extremo de la cuerda también se puede variar colocando una pesa con otra masa, con lo cual obtendríamos otra aceleración.

 

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CÁLCULOS Y RESULTADOS: - Cálculos:   Para los cálculos de velocidad y aceleración se utilizaron las siguientes masas, con el fin de lograr diversos resultados que comprueben la 2da ley de Newton:   Tabla N° 0: Masas empleadas en el experimento.

BRYAN PASA LAS MASAS PARA HACER UN CUADRO BIEN XVR  ACÁ.  JUAN PASALE LA VOZ. YA LE PASE LA VOZ TENGO NGO SON  ALEX LOS DATOS Q TE PARA MI PRIMERA TABLA FUE CONTRAPESO=71.5g M´=M+2(191g) a 20HZ Para la segunda era M´=M+191g   El cálculo de las velocidades instantáneas en cada caso se realizara aplicando la

siguiente formula (Las distancias y frecuencias requeridas se encuentran en las hojas al final del informe):

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 =

 ∆

 

Donde:  =              =          ∆ =             

Se muestran los siguientes graficas de velocidad correspondientes a las diversas masas utilizadas de la tabla N°1:

Tabla N° 1: Tabla de datos para la obtención de la gráfica N° 1.

Diagrama de velocidad vs tiempo parala masa del discoaumentada la Grafica N°1: masa de 2 pesas (De 0.1935 kg y 0.1975 kg). Se trabajó con un contrapeso de 0.1505 kg y con una frecuencia fre cuencia de 40 Hz.

V vs T Velocidad   m/s ) 4 3.5 3 2.5 2 1.5

V = 3.0066.T + 0.4914

1 0.5 0 0

0.2

0.4

0.6

Tiempo

0.8

)

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1

 

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Tabla N° 2: Tabla de datos para la obtención de la gráfica N° 2.

Grafica N° 2:Diagrama de velocidad vs tiempo para la masa del disco aumentada la masa de una pesa (De 0.1975 kg). Se trabajó con un contrapeso de 0.1505 kg y con una frecuencia de 40 Hz.

(Arriba riba de C) C) V vs T - (Ar Velocidad   cm/s ) 4 3.5 3 2.5 2

V = 3.7407.T + 0.4671

1.5 1 0.5 0 0

0.2

0.4

0.6

Tiempo

0.8

)

Tabla N° 1: Tabla de datos para la obtención de la gráfica N° 2. Tiempo (s)

Velocidad (m/s) 0.05 0.25 0.35 0.45

0.389 0.488 0.542 0.600

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1

 

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Grafica N°2:Diagrama de velocidad vs tiempo para la masa del disco aumentada la masa de 2 pesas (De 0.191 Kg c/u). Se trabajó con un contrapeso de 0.980kg y con una frecuencia de 20 Hz.

0.7 0.6     )    S     / 0.5    m     (    D0.4    A    D    I    C 0.3    O    L    E 0.2    V

y = 0.5249x + 0.3604

0.1 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

TIEMPO (s)

A continuación presentamos una tabla de masa V.S 1/a. Con su respectiva grafica

1/a (s2/m)

Masa (Kg) 2.02 1.85 1.72

1.2924 1.2923 1.2922 1.2921     )    m 1.292     /    2    s     ( 1.2919    a 1.2918     /    1 1.2917 1.2916 1.2915 1.2914

1.292 1.292 1.292

y = 1.292

1.70

1.80

1.90

2.00

2.10

TIEMPO (s)

ALEX E NOSE COMO HACER ESTA PARTE QUISE TOMAR COMO REFERENCIA LO DE JUAN PERO CREO Q TIENE ERROR EN SU TABLA DEBIDO A Q UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

 

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INDICA EN 1/a DIFERENTES DATOS CUANDO EN REALIDAD LA ACELERACION NO DEBE VARIAR NOSE Q TU OPINAS 1/a (s/m2)

Masa (Kg)

2.08

1.101

1.74

1.101

3.00

1.101

Tabla N° 3: Tabla de datos para la obtención de la gráfica N° 3. Tiempo(s)

Velocidad(m/s)

0.2 0.45 0.65 0.8

0.285 0.405 0.520 0.570

Grafica N° 3:Diagrama de velocidad vs tiempo para la masa del disco aumentada la masa de una pesa (De 0.191 kg). Se trabajó con un contrapeso de 0.980 kg y con una frecuencia de 20 Hz.

0.7 0.6     )    S     /    m     (    D    A    D    I    C    O    L    E    V

0.5 y = 0.4877x + 0.189

0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

tiempo (s)

A continuación presentamos una tabla de masa V.S 1/a. Con su respectiva grafica

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1/a(s/m2) Masa (Kg) 2.08 1.101 1.74 1.101 3.00 1.101

1.101 1.1008

    )    m     /    2    ^    s     (    a     /    1

1.1006 1.1004 1.1002 1.1 0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

TIEMPO (s)

Tabla N° 4: Tabla de datos para la obtención de la gráfica N° 2. Tiempo (s)

Velocidad (m/s) 0.2 0.4 0.6 0.8

0.28 0.33 0.39 0.45

Grafica N°4:Diagrama de velocidad vs tiempo para la masa del disco aumentada la masa de 2 pesas (De 0.191 Kg c/u). Se trabajó con un contrapeso de 0.0715kg y con una frecuencia de 20 Hz.

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0.5 0.45

y = 0.285x + 0.22

0.4 0.35

    )    s     /    m 0.3    c     (     d    a 0.25     d    i    c    o 0.2     l    e    V

0.15

0.1 0.05 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Tiempo (S)

Tabla N° 5: Tabla de datos para la obtención de la gráfica N° 3.

Tiempo(s)

Velocidad(m/s)

0.10

0.265

0.35

0.395

0.60

0.485

0.85

0.595

Grafica N° 5:Diagrama de velocidad vs tiempo para la masa del disco aumentada la masa de una pesa (De 0.191 kg). Se trabajó con un contrapeso de 0.0715kg y con una frecuencia de 20 Hz.

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0.7 0.6

y = 0.432x + 0.2298

    )    s 0.5    7    m    c 0.4     (     d    a     d    i 0.3    c     l    e    o    V0.2

0.1 0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Tiempo (s)

  De los diagramas obtenidos haciendo uso del Excel pudimos calcular la recta mínimo

cuadrática en cada caso, obteniendo así las ecuaciones que relacionan de manera lineal la velocidad con el tiempo y en esta su pendiente que físicamente representa la aceleración, con estos datos se elaboró el siguiente cuadro:

Tabla de Resultados: Tabla de datos de las masas agregadas al disco, el contrapeso que se le suministro y la aceleración generada

Disco y masas agregadas (kg) 1.92 1.101

Contrapeso

aceleracion(m/s2) 

98 g

0.524

98g

0.487

FALTA HACER UN CUADRO DE RESULTADOS. ESTO VA AYUDAR A LAS CONCLUSIONES, TIENEN QUE HACER UN PAR MAS CADA UNO PRIMOS. YO HAGO ESTO PERO PASEN SUS CUADROS Y GRÁFICAS.

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  De la tabla anterior,organizamos los datos según el contrapeso para obtener las siguientes graficas:

 

YO TERMINO ESTA PARTE NECESITO SUS DATOS Y LAS MASAS PORFAVOR BRYAN PRIMO... Grafica N°11:Diagrama de la inversa de la aceleración vs la masa del disco con la masa agregada para un contrapeso M6:

1/a vs M' 1.400     )    G1.200    K     (    O    C 1.000    S    I    D    Y    S 0.800    A    D    A    G0.600    E    R    G    A0.400    S    A    S    A    M0.200

0.4197xx - 0.596 0.5963 3 y = 0.4197

0.000 3.400

3.500

3.600

3.700

3.800

3.900

4.000

INVERSA DE LA ACELERACION (S2/M) La forma lineal de la curva muestra una relación lineal entre las magnitudes

Tabla N°13: Tabla de datos de la gráfica N°11  M' D D+M9 D+M4+M7 D+M3 D+M1+M2

a(m/s2) 0.288 0.289 0.249 0.263 0.253

1/a(s2/m) masa(kg) 3.478 0. 0.761 3.460 0.965 4.019 1.054 3.807 0.954 3.960 1.144

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4.100

 

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Grafica N°12:Diagrama de la inversa de la aceleración vs la masa del disco con la masa agregada para un contrapeso M8: 

1/a vs M' 1.600 1.400     )    G    K     (    O1.200    C    S    I    D1.000    Y    S    A    D0.800    A    G    E    R0.600    G    A    S    A0.400    S    A    M 0.200

y = 0.9143x + 0.077

0.000 0.800

0.900

1.000

1.100

1.200

1.300

1.400

1.500

INVERSA DE LA ACELERACION (S2/M)

La forma lineal de la curva muestra una relación lineal entre las magnitudes

Tabla N°14: Tabla de datos de la gráfica N°12  M' D+M3+M4 D+M9+M7 D+M1 +M2+M4 D+M1+M2+M3 D

a(m/s2 a(m/s2)) 0.883 0.983 0.690 0.753 1.219

1/a(s2 /a(s2/m /m)) masa masa(kg (kg)) 1.132 1.142 1.017 1.069 1.450 1.333 1.329 1.337 0.821 0. 0.761

OBSERVACIONES: - 

Observamos que el desnivel del tablero influenciaba notoriamente en el desarrollo y resultados del experimento.   -  Fue necesario en reiteradas ocasiones, previamente a experimentar con el chispero encendido, verificar que el disco con algunas pesas describía una trayectoria recta.  -  La finalidad de la emisión de aire por debajo del disco de metal es disminuir la  fricción al mínimo posible, observamos que esto justificaba el empleo de masas  pequeñas para colgar en el extremo libre de de la cuerda.  - 

Se buscó que la superficie sea lo más horizontal posible, para evitar que el disco se desvíe de su trayectoria

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PORFAVOR TAMBIEN HAGAN UN PAR MAS DE OBSERVACIONES CADA UNO PRIMOS.

CONCLUSIONES: - 

Se logró demostrar la Ley de Newton ya que mediante el experimento de masa constante, la toma y selección de datos arrojó distintas fuerzas y aceleraciones  pero mediante la gráfica claramente se observa que la fuerza aumenta mientras aumenta la aceleración, mientras que la masa (pendiente) es constante para todos los puntos de la recta. Esta linealidad en los datos es es lo que  permite comprobar la Segunda Ley. -  Se concluye que la aceleración es consecuencia de aplicar una fuerza al cuerpo

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NO OLVIDEN UN PAR MAS DE CONCLUSIONES CADA UNO PRIMOS.

RECOMENDACIONES: -  Verificar que el tablero este lo mejor posicionado posible, estable.   -  Se recomienda el uso de un nivel porque de esa manera el objeto se desplazará en línea recta que es lo ideal. - 

Se recomienda recomienda hacer los experimentos experimentos con 2 bloques que se diferencien diferencien notoriamente en su masa. -  Se recomienda trabajar con la frecuencia mayor para las masas grandes ya que esta adquieren mayor aceleración en el experimento experimento y se hace más notorio notorio para - 

calcularlo. Se recomienda tratar de controlar la efusión del gas, saber en qué momento abrir y cerrar el orificio por donde escapa este gas. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

 

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BIBLIOGRAFÍA:

1.  Fisica General - Schaum - 9 Ed.  2.  Física Para Universitarios - Douglas C. Giancoli - 3 Ed. 3.  Sears - Zemansky - 12ava Edición - Vol1

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