Experimento 33 Equiparando Gráficas Uno de los métodos más efectivos para la descripción del movimiento es elaborar gráficos de posición, velocidad y aceleración vs. tiempo. A partir de este tipo de representación gráfica se puede determinar en qué dirección va el objeto, cuán rápido se está moviendo, cuán lejos viaja y si se está moviendo cada vez más rápido o cada vez más lento. En este experimento se usará el Detector de Movimiento para determinar esta información mediante la obtención de un gráfico en tiempo real de su movimiento en la medida en que usted se mueve a través de la sala de clases. El Detector de Movimiento mide el tiempo que requiere un pulso de ultra sonido para su viaje de ida y vuelta desde el detector hasta un objeto dado. Empleando este tiempo de viaje y la velocidad del ultrasonido en el aire se determina la posición del objeto. El Logger Pro realizará este cálculo por usted. De este modo se puede utilizar el cambio de posición para el cálculo posterior de la velocidad y la aceleración del objeto. Toda esta información puede visualizarse ya sea en una tabla o en un gráfico. El análisis cualitativo de los gráficos le ayudará a desarrollar la comprensión de los conceptos fundamentales de la cinemática. Caminar acercándose y alejándose en línea recta del Detector de Movimiento OBJECTIVOS Analizar el movimiento de un estudiante caminando a través de la sala. Predecir, bosquejar y comprobar los gráficos cinemáticos de posición vs. tiempo. Predecir, bosquejar y comprobar los gráficos cinemáticos de velocidad vs. tiempo. MATERIALES computador Ciencias con lo mejor de Vernier Detector de Movimiento Vernier 33 - 1 Experimento 33 Interfaz Vernier para el computador Logger Pro 33 - 2 Cinta métrica Cinta adhesiva Ciencias con lo mejor de Vernier Equiparando Gráficas PREGUNTAS PRELIMINARES 1. Utilice un sistema de coordenadas con el origen ubicado en el extreme izquierdo de modo que las posiciones positivas se incrementen hacia la derecha. Haga un bosquejo del gráfico posición vs. tiempo para cada una de las situaciones siguientes: Un objeto en reposo Un objeto que se mueve en la dirección positiva con velocidad constante Un objeto que se mueve en la dirección negativa con velocidad constante Un objeto que acelera en la dirección positiva, partiendo del reposo 2. Haga un bosquejo del gráfico velocidad vs. tiempo para cada una de las situaciones descritas arriba. PROCEDIMIENTO Parte l Experimentos Preliminares 1. Conecte el Detector de Movimiento al canal DIG/SONIC 1 de la interfaz. 2. Coloque el Detector de Movimiento de modo que apunte hacia un espacio abierto de al menos 4 m de longitud. Pegue pedazos pequeños de cinta adhesiva sobre el suelo para hacer marcas en las posiciones de 1 m, 2 m, 3 m y 4 m hasta el Detector de Movimiento. 3. Abra el archivo “01a Equiparando Gráficas” de la carpeta Física con Computadores. 4. Utilizando el Logger Pro, produzca un gráfico de su movimiento cuando camina alejándose del detector con velocidad constante. Para hacer esto, colóquese a 1 m del Detector de Movimiento y pídale a un compañero que presione el botón Iniciar toma de datos . Camine alejándose lentamente del Detector de Movimiento cuando oiga que se inicia el sonido típico que produce el detector. 5. Haga un bosquejo de la apariencia que tendría el gráfico posición vs. tiempo si caminara más rápido. Compruebe su predicción con el Detector de Movimiento. 6. Trate de reproducir la forma de los gráficos posición vs. tiempo que ha bosquejado en la sección de Preguntas Preliminares, caminando frente al Detector de Movimiento. Parte Il Posición vs. Tiempo Equiparación de Gráficas 7. Abra el archivo de experimento “01b Equiparando Gráficas.” Aparecerá un gráfico posición vs. tiempo. 8. Describa la forma en que debería caminar para producir un gráfico como el que aparece. 9. Para comprobar su predicción, escoja una posición de partida y colóquese en la misma. Inicie la recolección de datos presionando el botón Iniciar toma de datos . Cuando oiga el inicio del sonido típico del Detector de Movimiento, camine de tal forma que el gráfico de su movimiento se equipare con el gráfico que aparece en la pantalla del monitor del computador. 10. Si no tuviera éxito, repita el procedimiento hasta que su movimiento se parezca lo más posible al gráfico que aparece en pantalla. Si dispone de una impresora conectada al computador, imprima el gráfico de su mejor intento. 11. Abra el archive de experimento “01c Equiparando Gráficas” y repita los pasos 8–10, usando un nuevo gráfico de destino. Ciencias con lo mejor de Vernier 33 - 3 Experimento 33 12. Responda las preguntas para el Análisis de la Parte II antes de continuar con la Parte III. Parte IIl Velocidad vs. Tiempo Equiparación de Gráficas 13. Abra el archive de experimento “01d Equiparando Gráficas.” Aparecerá un gráfico velocidad vs. tiempo. 14. Describa cómo debería caminar para reproducir el gráfico en pantalla. 15. Para comprobar su predicción, escoja una posición de partida y colóquese en la misma. Inicie la recolección de datos presionando el botón Iniciar toma de datos . Cuando oiga el inicio del sonido típico del Detector de Movimiento, camine de tal forma que el gráfico de su movimiento se equipare con el gráfico que aparece en la pantalla del monitor del computador. Será más difícil equiparar el gráfico de velocidad que el caso del gráfico de posición. 16. Abra el archive de experimento “01e Equiparando Gráficas.” Repita los pasos 14 – 15 para equiparar este gráfico. 17. Retire los pedazos de cinta adhesiva del suelo. ANÁLISIS Parte II Posición vs. Tiempo Equiparación de Gráficas 1. Describa cómo caminó para equiparar cada uno de los gráficos trabajados. 2. Explique el significado de la pendiente del gráfico posición vs. tiempo. Incluya una discusión acerca de la pendiente positiva y la pendiente negativa. 3. ¿Qué tipo de movimiento está ocurriendo cuando la pendiente del gráfico posición vs. tiempo es cero? 4. ¿Qué tipo de movimiento está ocurriendo cuando la pendiente del gráfico posición vs. tiempo es constante? 5. ¿Qué tipo de movimiento está ocurriendo cuando la pendiente del gráfico posición vs. tiempo esta cambiando? Compruebe su respuesta a esta pregunta usando el Detector de Movimiento. 6. Retorne al procedimiento y complete la Parte III. Parte III Velocidad vs. Tiempo Equiparación de Gráficas 7. Describa cómo caminó para lograr la equiparación de cada uno de los gráficos trabajados. 8. Usando los gráficos velocidad vs. tiempo, haga un bosquejo del gráfico posición vs. tiempo para cada uno de los gráficos que logró equiparar. En el Logger Pro, salte al gráfico posición vs. tiempo para comprobar su respuesta. Haga esto hacienda clic sobre el eje y seleccionando la opción Posición. ¿Qué representa el área bajo la curva del gráfico velocidad vs. tiempo? Compruebe su respuesta a esta pregunta usando el Detector de Movimiento. 9. ¿Qué tipo de movimiento está ocurriendo cuando la pendiente del gráfico velocidad vs. tiempo es cero? 10. ¿Qué tipo de movimiento está ocurriendo cuando la pendiente del gráfico velocidad vs. tiempo no es cero? Compruebe su respuesta usando el Detector de Movimiento. 33 - 4 Ciencias con lo mejor de Vernier Equiparando Gráficas EXTENSIÓN 1. Cree un desafío de equiparación de gráficas. Haga un bosquejo de un gráfico posición vs. tiempo usando la prestación de predicción del Logger Pro: Escoja Dibujar Predicción del menú Analizar y use el puntero para dibujar un nuevo gráfico a equiparar. Desafíe a otro estudiante de la clase para que equipare su gráfico. Permita que el otro estudiante lo desafíe a usted de la misma forma. 2. Cree un desafío con un gráfico velocidad vs. tiempo en una forma similar. 3. Cree un gráfico posición vs. tiempo caminando frente al Detector de Movimiento. Almacene el gráfico escogiendo “Almacenar Última Serie” del menú Experimento. Pídale a otro estudiante que equipare su toma de datos. 4. Cree un gráfico velocidad vs. tiempo caminando frente al Detector de Movimiento. Almacene el gráfico escogiendo “Almacenar Última Serie” del menú Experimento. Pídale a otro estudiante que equipare su toma de datos. Ciencias con lo mejor de Vernier 33 - 5