PRÁCTICA No. 1 – Caída Libre Estudio de un Movimiento Rectilíneo

Universidad Autónoma de Occidente
Facultad de Ciencias Básicas
Departamento de Física
PRÁCTICA No. 1
Estudio de un Movimiento Rectilíneo – Caída Libre
Objetivo

Determinar la aceleración debida a la gravedad midiendo el tiempo de caída de una lámina
obturadora que se deja caer a través de una fotopuerta.

Definir si el movimiento de un objeto puede catalogarse como uno de caída libre.
Motivación
El movimiento acelerado más sencillo es el de una partícula que se desplaza en línea recta con
aceleración constante. Es una situación muy especial, pero común en la naturaleza. Por ejemplo, cerca
de la superficie de la Tierra todos los objetos caen verticalmente con aceleración constante, si la
resistencia del aire puede despreciarse.
Galileo afirmó que los cuerpos caían con una aceleración constante e independiente de su peso. Desde
entonces, la caída de los cuerpos se ha estudiado con gran precisión. Si puede descontarse el efecto del
aire, Galileo está en lo cierto; todos los cuerpos en un lugar específico caen con la misma aceleración
hacia abajo, sea cual sea su tamaño o peso.
En la práctica A se dejará caer una lámina obturadora (una tira plástica transparente con bandas
oscuras) a través de una fotopuerta. Cada banda oscura de la lámina bloquea el haz de la fotopuerta y el
sistema toma el tiempo que dura esta interrupción. Sabiendo la longitud de cada banda, el programa
calcula la velocidad media de la lámina. Con esta información puede conocerse la aceleración en caída
libre de este objeto.
En la práctica B, usará el sensor de movimiento para registrar el desplazamiento de una pelota a medida
que cae. A partir de los gráficos de posición y velocidad podrá describir el movimiento de la pelota y
determinar si se trata de un movimiento de caída libre.
Preinforme
Para la realización de esta práctica es imprescindible que tenga un conocimiento básico sobre algunos
aspectos. El instructor evaluará este conocimiento solicitando un pre-informe (individual o grupal) o a
través de una prueba corta antes de iniciar la práctica.
1. Realice las gráficas de posición vs. tiempo,y velocidad vs. tiempo y aceleración vs tiempo para los siguientes
casos:
a.
Un objeto lanzado hacia arriba con rapidez inicial vo usando un sistema de referencia con el
eje y positivo hacia arriba.
b. Un objeto lanzado hacia abajo con rapidez inicial vo usando un sistema de referencia con el
eje y positivo hacia arriba.
c. Un objeto lanzado hacia arriba con rapidez inicial vo usando un sistema de referencia con el
eje y positivo hacia abajo.
d. Un objeto lanzado hacia abajo con rapidez inicial vo usando un sistema de referencia con el
eje y positivo hacia abajo.
En todos los casos anteriores el origen del sistema de coordenadas se encuentra en el punto de
lanzamiento.
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Profesores: Alexander Osorio Caicedo y Mónica María Rico
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2. ¿Puede un objeto tener una velocidad creciente y una aceleración constante? Justifique y dé
ejemplos que corroboren su afirmación.
3. ¿Puede tener un objeto velocidad cero y al mismo tiempo una aceleración diferente de cero?
Justifique y dé ejemplos que corroboren su afirmación.
4. ¿Qué características presenta un movimiento de caída libre?
5. ¿Cómo afecta la resistencia del aire al movimiento de caída libre? Realice las gráficas del punto 1a
en este caso.
Práctica A
Equipo Requerido

Interfaz ScienceWorkshop

Soporte universal con nuez

Lámina obturadora

Fotopuerta
Procedimiento
Parte I. Configuración de la interfaz y el sensor
1. Conecte la interfaz Science Workshop al computador y enciéndala.
2. Conecte la fotopuerta a uno de los canales digitales de la interfaz.
3. Ejecute el programa DataStudio y haga la instalación virtual del
sensor en el mismo canal donde lo hizo físicamente,
seleccionando la Fotopuerta y lámina obturadora de la lista de sensores
digitales.
4. Cree un gráfico posición vs. tiempo, y otro de velocidad vs. tiempo. Para
mayor claridad en el análisis de los datos de la práctica, es
conveniente reemplazar los nombres de las gráficas y ensayos por
unos que hagan referencia a las variables registradas en ellos.
Parte II. Configuración del equipo
El programa supone que en la lámina obturadora existe una separación de bandas (distancia entre el
comienzo de una banda opaca y el comienzo de la siguiente) de 5 cm (0,05 m). Normalmente no hace
falta alterar este valor, pero si es necesario, introduzca el valor correcto de la separación de bandas en
la sección Constantes de la ventana de configuración del sensor. [Realícelo sólo con la autorización de
su instructor]
Parte III. Toma de datos
1. Se recomienda poner un material suave a unos 50 cm debajo de la fotopuerta para que la lámina
tenga un lugar adecuado para aterrizar y no sufra deterioro durante los ensayos.
2. Cuando todo se encuentre listo, inicie la toma de datos. Deje caer verticalmente la lámina
obturadora a través de la fotopuerta. El registro se inicia cuando el haz de la fotopuerta se
interrumpe por primera vez.
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Lámina
obturadora
Fotopuerta
3. Detenga la toma de datos una vez que la lámina haya pasado completamente a través de la
fotopuerta.
Antes de obtener los datos definitivos, haga unos cuantos ensayos con la fotopuerta y la lámina
obturadora.
4. Realice ensayos dejando caer la lámina desde tres distintas alturas respecto a la fotopuerta.
Práctica B
Equipo Requerido

Interfaz ScienceWorkshop

Sensor de movimiento

Rejilla protectora del sensor de movimiento

Pelota con un diámetro mínimo de 10 cm
Procedimiento
Parte I. Configuración de la interfaz y el sensor
1. Conecte la interfaz Science Workshop al computador y enciéndala.
Nota: si realizó previamente la práctica A, guarde la actividad realizada, desconecte la fotopuerta y
seleccione realizar una Nueva actividad en el menú Archivo.
2. Conecte el sensor de movimiento a los canales digitales 1 y 2 de la interfaz.
3. Instale el sensor en el programa DataStudio, definiendo medidas de posición y velocidad, así como una
velocidad de muestreo de 50 Hz.
4. Para facilitar la tarea de registro de los datos, en las Opciones de muestreo seleccione Detención
automática. Programe dicha detención para que ocurra cuando la pelota se encuentre a una distancia
de 15 a 20 cm del sensor. HACER VINCULO A USO DE HERRAMIENTAS
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Opcional. También puede configurar el Inicio retardado del registro de datos. Ensaye condiciones
como las que se muestran en las figuras a continuación. Deshabilite si no puede obtener
mediciones adecuadas.
5. Cree un gráfico posición vs. tiempo, y otro de velocidad vs. tiempo.
Parte II. Configuración del equipo
1. Disponga el sensor de movimiento y la rejilla protectora en el piso como muestra la figura.
El sensor debe estar un poco desplazado del centro de la rejilla.
2. Revise la orientación del transductor ultrasónico y el alcance (este puede cambiarse con el
interruptor Narrow/Std que se muestra en la figura.
Parte III. Toma de datos
1. Tome la pelota y manténgala a aproximadamente 1,5 m por encima del sensor.
2. Inicie la toma de datos y suelte la pelota.
3. Cuando caiga la pelota, detenga el registro de datos (si seleccionó Detención automática, este paso
puede ignorarse).
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Análisis
Emplee las preguntas que se dan a continuación como una guía para desarrollar su análisis de una
manera fluida, apoyándose en las gráficas obtenidas, así como en sus observaciones realizadas durante
las mediciones. No las considere como un cuestionario Pregunta/Respuesta.
En los gráficos posición vs. tiempo:
1. ¿Qué clase de comportamiento describen los puntos y por qué?
2. ¿Qué tipo de ajuste se adecúa más a la pauta seguida por los puntos experimentales?
En los gráficos velocidad vs. tiempo:
3. ¿Qué comportamiento siguen los puntos del gráfico?
4. ¿Qué tipo de ajuste realizaría sobre los puntos experimentales?
5. ¿A qué clase de movimiento corresponde dicho ajuste?
6. ¿Cómo puede encontrarse el valor de la aceleración de la gravedad a partir de los gráficos obtenidos?
7. Determine si la altura de caída de la lámina respecto al sensor influye en el valor hallado para la
aceleración de la gravedad o sobre alguna otra variable del movimiento.
8. ¿El movimiento de la pelota puede catalogarse como una caída libre?
9. Reporte el valor de la aceleración de la gravedad obtenido en las prácticas A y B con sus
respectivas incertidumbres absolutas. Encuentre las incertidumbres relativas y compare los
resultados.
10. Compare los valores reportados para la aceleración de la gravedad con el valor aceptado.
11. ¿Qué aspectos pueden hacer que los valores experimentales sean diferentes del valor aceptado?
Bibliografía
Alexander Osorio Caicedo. Cinemática Unidimensional. Laboratorio de Física I. Facultad de Ingeniería, Universidad
de La Sabana, Chía, 2003.
Aníbal Mendoza Pérez, Luis Ripoll Morales, Juan Miranda Crespo. Física Experimental – Mecánica. 2ª edición,
revisada y aumentada. Ediciones Uninorte, Barranquilla, 2005.
Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, Hugh D. Young, Roger A. Freedman. Física Universitaria, volumen 1.
Undécima edición, Pearson Educación, México, 2005.
PASCO Scientific. Physics Labs with Computers, volume I: Student Workbook. Roseville CA, 1999.
PASCO Scientific. CI-6742 – Motion Sensor II.
http://store.pasco.com/pascostore/showdetl.cfm?&DID=9&Product_ID=1433&Detail=1
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