Análisis Dinámico

Universidad Autónoma de Occidente
Facultad de Ciencias Básicas
Departamento de Física
Dinámica – Análisis de un Movimiento Rectilíneo
Objetivo
En esta práctica se analizará un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, primero desde el
punto de vista cinemático y luego, a partir de la dinámica.
Motivación
En prácticas anteriores se ha descrito el movimiento de cuerpos en una y dos dimensiones. Sin
embargo, ¿cuáles son las causas del movimiento? La respuesta a esta pregunta nos lleva al campo de la
dinámica, la relación entre el movimiento y las fuerzas que lo causan.
La aceleración de una motocicleta de carreras o cualquier otro vehículo está relacionada, por la
Segunda Ley de Newton, con la masa combinada del vehículo y el conductor y con las fuerzas
externas que actúan sobre ellos. Se usan diagramas de cuerpo libre para identificar las fuerzas que
actúan sobre un objeto, así como la Segunda Ley de Newton para determinar su aceleración. Una vez
conocida, se pueden determinar su velocidad y posición a través de métodos cinemáticos.
Este procedimiento se llevará a cabo para realizar el análisis dinámico del movimiento de un
planeador sobre un carril de aire sujeto por una cuerda a una masa suspendida de una polea.
Preinforme
1. En la figura 1 un deslizador de masa M se mueve sobre un carril de aire horizontal sin fricción en
el Laboratorio de Física. El planeador está conectado a una pesa de masa m mediante una cuerda
ligera, flexible e inelástica que pasa por una pequeña polea sin fricción. Calcule la aceleración a de
cada cuerpo y la tensión T en la cuerda en términos de sus masas.
M
m
Figura 1. Una pesa acelera un planeador en un carril de aire.1
2. En la situación del numeral anterior, ¿cómo podría encontrar la masa del planeador contando tan
sólo con las gráficas de velocidad vs. tiempo y el valor de la masa suspendida?
Imagen tomada de Sears-Zemansky-Young-Freedman, Física Universitaria, volumen 1, décimo primera edición.
Pearson Educación, México, 2004.
1
Práctica: Dinámica – Análisis de un Movimiento Rectilíneo
Profesores: Alexander Osorio Caicedo y Mónica María Rico
Universidad Autónoma de Occidente
Facultad de Ciencias Básicas
Departamento de Física
Equipo

Carril de aire

Sensor “polea inteligente”

Planeador

Portapesas

Compresor

Masas de diferentes valores

Balanza

Interfaz ScienceWorkshop 750 (USB)
Configuración del equipo
Figura 1
La figura 1 muestra el montaje requerido para la práctica. Tenga en cuenta las siguientes indicaciones:
1. La longitud de la cuerda debe permitir solamente un ligero contacto del portapesas con el suelo
cuando el planeador termine el recorrido.
2. Disponga la polea inteligente de forma que el hilo quede horizontal y no haga contacto con las
paredes del soporte de detención del planeador.
Práctica: Dinámica – Análisis de un Movimiento Rectilíneo
Profesores: Alexander Osorio Caicedo y Mónica María Rico
Universidad Autónoma de Occidente
Facultad de Ciencias Básicas
Departamento de Física
3. Ubique la polea para que el portapesas no roce la mesa al iniciar el recorrido. Si no es posible
lograrlo, el portapesas debe iniciar el movimiento por debajo del nivel de la mesa.
4. No desplace el planeador sobre el carril sin encender el compresor de aire.
Procedimiento de Recolección de datos
1. Mida la masa total del planeador (MP).
2. Conecte la polea inteligente a la interfaz ScienceWorkshop 750.
3. Configure el sensor activando únicamente las medidas de posición y velocidad.
4. Abra un gráfico de posición vs. tiempo y otro de velocidad vs. tiempo.
5. Suspenda de la cuerda una masa total (portapesas + peso adicional) de 5 g.
6. Registre el movimiento iniciando la toma de datos cuando el planeador haya recorrido
aproximadamente 10 cm y finalice su registro cuando se encuentre a cerca de 10 cm del soporte
de detención.
7. Repita los pasos 5 y 6 para cuatro masas diferentes. Las curvas de posición vs. tiempo para cada
masa deben quedar sobre el mismo gráfico. Lo mismo se aplica para las curvas de velocidad vs.
tiempo. (Sugerencia: Presente los datos sin la línea que conecta los puntos experimentales)
8. No olvide guardar la actividad y exportar los datos y las imágenes de los gráficos de posición vs.
tiempo y velocidad vs. tiempo.
Práctica: Dinámica – Análisis de un Movimiento Rectilíneo
Profesores: Alexander Osorio Caicedo y Mónica María Rico
Universidad Autónoma de Occidente
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Departamento de Física
Análisis Cinemático
1. Observe las curvas de velocidad en función del tiempo y describa cualitativamente cada
movimiento.
2. Seleccione los datos de una de las curvas de velocidad en función del tiempo donde pueda
garantizar que se trata de un movimiento uniformemente acelerado. Realice un ajuste en esta
región.
3. Escriba la ecuación de la curva sin olvidar la incertidumbre que arroja el programa.
4. A partir de los parámetros de la recta obtenidos del ajuste identifique la velocidad inicial y la
aceleración del movimiento, con sus incertidumbres absoluta y relativa. Lleve sus resultados a la
Tabla No. 1.
5. ¿Qué conclusión puede extraer de la incertidumbre relativa de la aceleración?
Análisis Dinámico
1. Usando los resultados de la aceleración encontrados a través del análisis cinemático para cada
una de las masas suspendidas, y de acuerdo con el análisis dinámico hecho en el preinforme,
encuentre el valor de la masa del planeador (M) para cada ensayo. Reporte el valor obtenido en la
tabla No. 1.
2. Obtenga el valor promedio de la masa del planeador ( M ) y las incertidumbres absoluta (M) y
relativa (  M M ). Ver anexo sobre el cálculo de las incertidumbres.
3. Analice las causas que con mayor probabilidad contribuyen a la incertidumbre.
4. Usando el valor promedio de la masa del planeador, determine el valor de la fuerza neta que
actúa sobre él en cada ensayo y regístrelo en la tabla No. 2.
5. Analice cómo la variación de la tensión en la cuerda influye sobre el movimiento del sistema
planeador-masa colgante.
Bibliografía
F. W. Sears, M. W. Zemansky, H. D. Young, R. A. Freedman. Física Universitaria, volumen 1. Décimo primera
edición, Pearson Educación, México, 2004.
PASCO Online Physics Experiments. Motion Challenge.
http://www.pasco.com/experiments/physics/september_2004/home.html
Práctica: Dinámica – Análisis de un Movimiento Rectilíneo
Profesores: Alexander Osorio Caicedo y Mónica María Rico
Universidad Autónoma de Occidente
Facultad de Ciencias Básicas
Departamento de Física
Tabla No. 1
Ensayo No.
m(
)
vo (
)
 vo (
)
a(
m(
)
M(
)
M
(
)
M (
Fneta (
)
)
a (
)
M
M
(%)
a
(%)
a
Tabla No. 2
Ensayo No.
Masa del planeador medida con la balanza Mp (
):
Tabla No. 3
Ensayo No.
m(
)
a(
)
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Profesores: Alexander Osorio Caicedo y Mónica María Rico
)
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