Informe_Laboratorio Fisica General_practica 9-10-11

1. Tomar las medidas. 1. Informe 1.1 Práctica No 9: Ley segunda de Newton 1. Realice en la Tabla 9.2 el diagrama de fuerzas del sistema (El diagrama de fuerzas es el mismo para los tres sistemas) DATOS DEL SISTEMA No ___. Distancia

x0=0.0 cm

x1=0.20 m

Masa del carro m1=0.521kg

Masa colgante m2=0.1kg

x2=0.40 m

x4=0.80 m

x3=0.60 m

x5=1.00 m

No de Lanzamiento

t0(s)

t1(s)

t2(s)

t3(s)

t4(s)

t5(s)

1

0,0

0,102

0,216

0,341

0,490

0,667

2

0,0

0,099

0,213

0,341

0,489

0,667

3

0,0

0,100

0,215

0,341

0,491

0,668

4

0,0

0,101

0,214

0,341

0,492

0,672

5

0,0

0,103

0,216

0,342

0,492

0,672

Promedio del tiempo ( ´t

0,0

0,101

0,215

0,341

0,491

0,669

). Tabla 9.1. Datos del tiempo para 6 posiciones.

2. Realice en la Tabla 9.2 el diagrama de cuerpo libre (D.C.L.) para las masas m1 y m2 (Recuerde que el D.C.L, consiste en un diagrama vectorial en el que se representan todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo u objeto. Para el sistema propuesto en la práctica se realiza un D.C.L. para los siguientes cuerpos: 

m1: Masa del deslizador o masa del carro.



m2: Masa del lastre o masa que cuelga.

1

Diagrama de fuerzas para el sistema carro-masa colgante (sistema m1 y m2)

N P1

DCL para m1: FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE m1.

DCL para m2: FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE m2.

N T

T

P1 T

T

f p2

f

p2

Tabla 9.2. Diagrama de fuerza y diagramas de cuerpo libre del sistema Carro-Masa colgante.

2

3. Determine analíticamente el valor de la aceleración del sistema, por medio de la aplicación de las leyes de Newton (Segunda ley de Newton) y la información de los DCL (Tabla 9.2). a=

m2∗g 0.1 kg∗10 m/s 2 1 m/s = = =1.616 m/s m1 +m 2 0.521 kg+ 0.1 kg 0.621

4. Realice la gráfica de Posición (x) Vs tiempo real (t), para los seis parejas ordenadas (t, x) de la Tabla 9.1 y determine la ecuación de movimiento por medio de una regresión parabólica (Utilice en Excel la herramienta insertar gráfica e incluir la línea de tendencia de la gráfica y seleccionar “Presentar ecuación en el gráfico”).

5. Con base en la ecuación arrojada por el programa en el numeral 4 y teniendo en cuenta que la ecuación de movimiento de un cuerpo que describe un M.U.A está determinada por la

expresión

1 2 x f =x i +ϑ xi ∙t + a ∙ t ; determine los valores de 2 x

x i , ϑ xi y ax .

3

1 x f =x i +ϑ xi ∙t + a ∙ t 2 2 x y=0,0017+ 2,0229+ (−00017 ) x 2 x i=0,0017 y xi =2,0220

m s

1 a=−0,796 2 a=

−0,796 2

a=−0,398 6. Compare el valor de la aceleración obtenido en el numeral 3 con el valor obtenido con el numeral 5 y determine el error porcentual tomando como valor real, el valor de la aceleración obtenida en el numeral 3. Error Porcentual

1,616−−0,398 ∗100 1,616

ER=124,6

7. Responda las siguientes preguntas: a. ¿Cuáles son las posibles razones para que exista el porcentaje de error entre los dos procesos realizados para determinar la aceleración en el sistema? Una de las posibles razones, es que al hacer el ejercicio se obvian muchas variables, el error de la medición por instrumentos sin precisión es un ejemplo de ello. b. ¿Qué relación existe entre la masa colgante y la masa del carro? 4

Las dos masas están relacionadas entre sí por la aceleración.

1.2 Práctica No 10: Trabajo y energía cinética 1. Utilice la balanza para medir la masa del móvil y anote su valor en la Tabla 10.1. 2. Utilice el dinamómetro para medir la componente de la fuerza de gravedad que actúa en la dirección del movimiento. NOTA: Antes de medir la fuerza, debe calibrar el dinamómetro.

3. Utilizando los datos de la masa y la magnitud de la fuerza, aplique la segunda ley de Newton, para calcular la aceleración del sistema, registre el valor obtenido en la Tabla 10.1. 4. Con la ayuda de la Figura 10.1, determine el ángulo de inclinación entre el riel y la superficie y registre el valor en la Tabla 10.1.

Masa del móvil “m” (kg)

Magnitud de la fuerza “F” (N)

Ángulo de inclinación( Grados)

0,521

1,5 N

15°

Aceleración del sistema “a” (m/s) a=(2,79

Datos obtenidos en el numeral 9

m Posición 2 ; 0,745 m/s ) 2 inicial s (x0)

Velocidad inicial (Vo)

Aceleración(a x)

5

Tabla No 10.1 Valores del sistema físico

5. Coloque sobre el riel la cinta de enmascarar, en las 6 posiciones ( x 0 , x 1 , x 2 , x 3 , x 4 y x5 ), que se indica en la Tabla 10.2. Suelte el carro y con la ayuda de un cronómetro, registre en la Tabla 10.3 los tiempos que utiliza el carro para pasar por cada una de las 5 posiciones finales ( x 1 , x 2 , x 3 , x 4 y x 5 ). 6. Repita el proceso del numeral anterior (6), dos veces más y registre los tiempos en la Tabla 10.2.

Tiempo “t” (s)

Aceleración (m/s2) a=

Distancia “x” (m)

x 0=0

x 1=0,20

x 2=0,40

x 3=0,60

x 4=0,80

x 5=1

t0

t1

t2

t3

t4

t5

Medida 1

0,0

0,0926

0,0702

0,3474

0,5160

0,7141

Medida 2

0,0

0,0926

0,0713

0,3457

0,5139

0,7168

Medida 3

0,0

0,0931

0,0708

0,3469

0,5139

0,7167

Promedio ( ´t )

0,0

0,0927

0,0707

0,3466

0,5109

0,7158

7. Realice en Excel la gráfica de

Tabla 10.2 Distancias y tiempos.

x Vs ´t , con los datos de la Tabla 10.2 (Distancia Vs Tiempo

promedio) y obtenga la ecuación de la gráfica, realizando la siguiente ruta: Opción “Agregar línea de tendencia” y seleccionando la opción “Polinómica” y, además, seleccione la opción de “Presentar ecuación en el gráfico”.

8. A partir del análisis de la ecuación obtenido a través de Excel en el numeral 8, indique el valor de la aceleración ( a x ), la velocidad inicial ( v x 0 ) y la posición inicial ( x 0 ) y

6

regístrelos en la Tabla No 10.1 NOTA: Recuerde que debe comparar la ecuación obtenida en

1 2 el numeral 8, con la expresión “ x=x 0+ v xo t+ 2 a x t (10.5) ” propia de la cinemática del Movimiento Uniforme Acelerado (M.U-A.).

Para sacar la velocidad utilizamos:

1 2 x=x 0+ a t 2

Para la energía cinética utilizamos:

1 k = m. v 2 2

Distancia “x” (m)

x 0=0 , 0

x 1=0,20

x 2=0,40

x 3=0,60

x 4=0,80

v x 0=¿

v 1=¿

v 2=¿

v 3=¿

v 4=¿

0,0

0,4483

0,5207

0,6082

0,7184

K 0=¿

K 1=¿

K 2=¿

K 3=¿

0,0

0,0537

0,0706

0,0935

x 5=1,00

0 Velocidad (m/s)

Energía cinética “K” (J)

v 5=¿ 0, 8342

K 4 =¿ 0,1

K 5=¿ 0,

327

1813

Tabla 10.3. Velocidad y energía cinética.

9. Calcular los valores de la velocidad ( v 0 , v 1 , v 2 , v 3 , v 4 y v 5 ) para todos las posiciones, utilizando la ecuación de cinemática “ v x =v x 0+ a x t ” donde “ v x ” toma los valores de v 1 , v 2 , v 3 , v 4 y v 5 . Escriba los resultados de los cálculos obtenido en Tabla 10.3. 10. Punto inicial, punto final.

xi , xf x0 , x3

Desplazamiento (m)

∆ x=x f −x i 0,60

Trabajo (J)

W =∆ x∗mgSenθ 0,793

Cambio de energía cinética (J)

∆ K =K f −K i 0,0463

7

x4 , x5

0,20

0,264

0,0486

x2 , x3

0,20

0,264

0,0257

x1 , x5

0,80

1,057

0,1289

x2 , x5

0,60

0,793

0,1107

x3 , x5

0,40

0,529

0,0849

x3 , x4

0,20

0,264

0,0364

x2 , x4

0,40

0,529

0,0621

x1 , x4

0,60

0,793

0,0804

x0 , x1

0,20

0,264

0,0524

x1 , x3

0,60

0,793

0,0440

x0 , x2

0,40

0,529

0,0706

x0 , x4

0,80

1,057

0,1327

x0 , x5

1,00

1,321

0,1813

Tabla 10.4. Trabajo y cambio de la energía cinética.

11. Con el valor de la masa del móvil (Medida inicialmente) y los valores de la velocidad 2 (Numeral 10), obtener la energía cinética del móvil ( K=1/2 m v (10.6) ) en cada uno de

los seis puntos. Escriba los resultados de los cálculos obtenido en Tabla 10.3. 12. Con la ayuda de una hoja electrónica (Excel), para las diferentes parejas de puntos que aparecen en la Tabla 10.4, calcular el cambio de energía cinética y el trabajo realizado por la fuerza gravitacional sobre el objeto. Escriba los resultados de los cálculos obtenido en Tabla 10.4.

13. Graficar en Excel el cambio de energía cinética (ΔK) contra el trabajo (W) realizado por la fuerza de gravedad. Determinar la pendiente (por medio de la opción “Agregar línea de tendencia” y seleccionando la opción “Polinómica” y, además, seleccione la opción de “Presentar ecuación en el gráfico”) ¿Qué concluye del valor de la pendiente obtenido? 8

∆K Vs W 1.4

f(x) = 6.99x + 0.08

1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

RESPONDER: 1. a. ¿Qué tipo de curva muestra la gráfica de cambio de energía cinética contra trabajo? El tipo de curva es lineal. ¿Y Cuál es el valor de la pendiente de la recta que se ajusta a la gráfica de cambio de energía cinética contra trabajo? El valor de la pendiente es 6,9884 2. ¿Cuál es el valor dónde cruza la recta con el eje vertical? ¿Qué significado tiene éste valor en el experimento? 3. ¿Pasa la recta por el origen? ¿Qué significado tiene que pase por el origen? 4. A partir de la gráfica de cambio de energía cinética contra trabajo, ¿qué relación existe entre ambas variables? 5. Tomando en cuenta los resultados obtenidos en el experimento, ¿considera usted que el teorema de la variación de la energía se cumple? Justifique su respuesta. 1.3 Práctica No 11: Conservación de la energía cinética 1. Utilice la balanza para registrar el valor de la masa del balín y regístrelo como mb=______kg. NOTA: Escriba el valor de la masa al igual que todos los valores de la práctica con tres cifras significativas. 9

2. Realice el montaje del laboratorio, como se muestra en la Figura 11.1. Tenga en cuenta que en el montaje se coloca un péndulo formado por una esfera suspendida de un hilo de coser, el bisturí se coloca en el punto B, de tal manera que corte el hilo cuando la esfera llegue a ese punto, después de soltarse una altura “h”.

3. En el plano metálico debe fijar una regla para determinar el valor de la altura “h”.

h(m)

x(m)

´x (m)

h1=¿

0,88 0,88 0,88

0,88

0,60

y(m)

U=mgh

0,920

v B(

m ) s

1 K= m v 2 2

0,270

0,270

Tabla 11.1. Altura “h” y distancia “x”

Tabla 11.1. Altura “h” y distancia “x”

RESPONDER: 1. ¿Qué tipo de trayectoria sigue el balín después de abandonar el punto B?

2. Determine el valor de “y” a partir de la relación matemática del numeral 2 (INFORME) y regístrelo en la Tabla 11.1 (Para cada valor de h. Utilice el valor promedio de “x”)

3. Realice en Excel, la gráfica de h en función de

´x

(h=f( x´ )) y determine la ecuación de

la función. ¿Qué tipo de gráfica es y qué relación encuentra entre “h” y “ x´ ”?

10

4. Realice en Excel, la gráfica de h en función de

´x 2 (h=f( x´ 2 )) y determine la ecuación de

2 la función. ¿Qué tipo de gráfica es y qué relación encuentra entre “h” y “ x´ ”? ¿Cuál es el

valor de la pendiente de esta curva? NOTA: Siga la siguiente ruta: “línea de tendencia” y “Presentar ecuación en el gráfico”

5. (OPCIONAL) A partir de las ecuaciones (11.1), (11.2) y (11.3) determine una expresión para calcular la velocidad en términos de los valores “x” e “y”, es decir, v (x , y ) de tal manera que no dependa de manera explícita del tiempo. NOTA: Aplique el teorema de la conservación de la energía mecánica en los puntos A y B. Con la expresión obtenida, calcule el valor de la velocidad en el punto B y registre los resultados en la Tabla 11.1.

6. Calcule el valor de las energías potencial y cinética en los puntos A y B, respectivamente y escriba su valor en la Tabla 11.1.

7. Calcule las energías inicial (Punto A) y final (Punto B), para cada uno de los 5 lanzamientos y registre esos valores en la Tabla 11.2. ¿Los resultados concuerdan con la ley de la conservación de la energía mecánica? Justifique su respuesta.

11

8. Realice un tratamiento de errores y determine el porcentaje de error en la medición en la medición. ¿Cuáles son las causas de error? ¿El alcance horizontal depende de y? Justifique su respuesta

14. conclusiones.

12



15. Referencias bibliográficas. 16. http://www.hiru.eus/fisica/energia-cinetica-y-energia-potencial

13