1 laboratorios:fisica para ciencias e ingenieria, tomo i, quinta
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Guía 1 1 PROGRAMACIÓN DE LABORATORIOS DE FÍSICA CICLO I – 2010 LABORATORIOS: L1: USO DEL CALIBRADOR VERNIER Y DEL MICROMETRO L2: CONSTRUCCION Y ANALISIS DE GRAFICOS L3: CONDICIONES DE EQUILIBRIO PARA UN CUERPO RIGIDO L4: RELACION ENTRE EL PERIODO Y LA LONGITUD DE UN PÉNDULO SIMPLE L5: PRESION MANOMETRICA L6: FUERZAS DE SUSTENTACION L7: DILATACION LINEAL L8: CALOR ESPECIFICO DEL AIRE A PRESION CONSTANTE L9: REFRACCION Y REFLEXION DE LA LUZ FECHA 11 – 16 ENE SEMANA 1 ACTIVIDAD 2 LABORATORIO Nº 1 18 - 23 ENE DESCRIPCION DE LA ACTIVIDAD USO DEL CALIBRADOR VERNIER Y DEL MICROMETRO 25 -30 ENE 3 LABORATORIO Nº 2 CONSTRUCCION Y ANALISIS DE GRAFICOS 01 – 06 FEB 4 LABORATORIO Nº 3 CONDICIONES DE EQ. ESTATICO 08 - 13 FEB 5 EVALAUCION Nº 1 EVALUACION DE PRACTICAS Nº 1 Y Nº 3 15 - 20 FEB 6 LABORATORIO Nº 4 PÉNDULO SIMPLE 22 - 27 FEB 7 LABORATORIO Nº 5 PRESION MANOMETRICA 01 – 06 MAR 8 LABORATORIO Nº 6 FUERZAS DE SUSTENTACION 08– 13 MAR 9 EVALAUCION Nº 2 EVALUACION DE PRACTICAS Nº 5 Y Nº 6 15 - 20 MAR 10 LABORATORIO Nº 7 DILATACION LINEAL 22 - 27 MAR 11 EVALAUCION Nº 3 EVALUACION DE PRACTICA Nº 7 05 - 10 ABR 12 LABORATORIO Nº 8 CALOR ESPECIFICO DE LOS GASES (AIRE) 12 – 17 ABR 13 EVALAUCION Nº 4 EVALUACION DE PRACTICA Nº 8 19 – 24 ABR 14 LABORATORIO Nº 9 REFRACCION Y REFLEXION DE LA LUZ 26 ABR - 01 MAY 15 EVALAUCION Nº 5 EVALUACION DE PRACTICA Nº 9 03 - 08 MAY 16 Guía 1 2 SISTEMA DE VALUACIÓN La nota de laboratorio consta de las siguientes evaluaciones: Set No.1 Set No. 2 Set No. 3 Desarrollo de la practica: Desarrollo de la practica: Desarrollo de la practica: 60% 60% 60% Reporte de practica: Reporte de practica: Reporte de practica: 40% 40% 40% 10% 15% 15% Descripción de las evaluaciones de los laboratorios Desarrollo de la práctica: Durante el ciclo se realizarán nueve prácticas. Y en cada una se evaluará las competencias como: conocimiento teórico, uso de manual, dominio de herramientas y equipos, calidad de trabajo, limpieza y seguridad adquiridas por el estudiante. Reporte de práctica: Esta prueba evaluará el avance del estudiante en la comprensión de los conceptos y procedimientos usados en cada práctica. Guía 1 3 REGLAMENTO INTERNO DEL LABORATORIO 1. El alumno deberá presentarse al laboratorio a la hora indicada. Los alumnos que lleguen con un retraso mayor de 15 minutos NO serán admitidos, perdiendo la práctica correspondiente. 2. El alumno que pierda alguna de las prácticas de laboratorio con causas justificadas deberá tramitar el laboratorio diferido a más tardar seis días hábiles después. 3. Queda prohibido fumar, comer, alzar la voz, hacer sonar aparatos de radio, usar teléfonos celulares, calculadoras programables y otros semejantes, dentro de los laboratorios. 4. En todo momento los alumnos deberán guardar el respeto y la corrección que corresponde a estudiantes de la Universidad. 5. Los papeles y residuos deberán botarse en el cesto de la basura siendo cada alumno responsable de la limpieza de su mesa que le corresponde. Si ocasionalmente, un estudiante derrama algún líquido, es responsabilidad del alumno limpiarlo inmediatamente. 6. El alumno deberá utilizar los equipos y materiales en las formas indicadas y evitar el mal uso de los mismos. Después de utilizarlos, deberán de colocarse en el mismo lugar donde se encontraron. 7. El alumno es responsable del deterioro de algún material, estará obligado a reponerlo en un plazo máximo de una semana. De no hacerlo no podrá continuar sus prácticas mientras no haya solventado su situación. 8. No serán admitidos a exámenes de la cátedra, los alumnos que tengan deudas de laboratorio, u otros de acuerdo con los reglamentos de la Facultad o de los Departamentos. 9. Si un alumno substrajese equipo, material u objetos personales de sus compañeros de laboratorio, quedará automáticamente expulsado de las prácticas, pudiendo hacerse acreedor a otras sanciones de parte de la Facultad si el caso lo amerita. 10. Los instructores tienen completa autoridad dentro de su laboratorio para expulsar, temporal o definitivamente, al alumno que con su comportamiento ponga en peligro a sus compañeros o impida el trabajo en el laboratorio. 11. Para realizar las prácticas de laboratorio el estudiante deberá traer la guía correspondiente, haberla leído y resuelto la tarea previa. 12. Cualquier situación no prevista en el presente reglamento será resuelta por el jefe del departamento. • En el caso que un estudiante repruebe una evaluación práctica deberá tramitar una práctica diferida, para que pueda ser nuevamente evaluado. Esto aplica para todas las materias con práctica. Guía 1 4 BIBLIOGRAFIA A continuación se presenta el detalle de la bibliografía utilizada para todas las guías de laboratorio: FISICA PARA CIENCIAS E INGENIERIA, TOMO I, QUINTA EDICION, SERWAY. BEICHNER, Mc. GRAW HILL FISICA CONCEPTOS Y APLICACIONES, TIPPENS, 3 Y SEXTA EDICION FISICA UNIVERSITARIA, TOMO I, II, NOVENA EDICION, SEARS ZEMANSKY FISICA BASICA. UDB INTERNET (INFORMACION OBTENIDA ATRAVES DE BUSQUEDAS) Guía 1 5 Departamento: Aeronáutica Laboratorio: Física y Química Asignatura: Física. USO DEL CALIBRADOR VERNIER Y DEL MICROMETRO Objetivos específicos A) Hacer mediciones y expresarlas con un número adecuado de cifras significativas. B) Usar diferentes instrumentos para hacer mediciones y explicar cuál es la precisión en cada uno Introducción teórica 1. DEFINICIONES: En Física, cuando se trata de medir, este proceso implica elegir una unidad de medida (metro, milímetro, kilómetro, o año luz, en el caso de longitudes) y determinar cuántas de estas unidades están comprendidas en la cantidad a medir, para ello existen sistemas de unidades que escogen una unidad por magnitud física que son conocidos y mundialmente aceptados. En el proceso de medida intervienen muchos parámetros: · El proceso que presenta la cantidad a medir (tiempo para recorrer 100 metros) · El aparato disponible para la medición de la cantidad deseada. · La unidad de medida · La habilidad y experiencia que como operador se tiene. Medir: Es el proceso de comparar dos cantidades de una misma magnitud física teniendo a una de ellas como unidad. Medición: Es el proceso mediante el cual se obtiene el valor de una medida. Medida: Es la razón entre cierta cantidad de una magnitud física y la cantidad de ella misma que se define como unidad. Guía 1 6 2. INSTRUMENTOS DE MEDICION: EL CALIBRADOR TIPO VERNIER El calibrador tipo vernier o pie de rey es el instrumento de medida más empleado en los talleres, donde se requiera pequeñas y medianas precisiones; con este aparato se pueden efectuar mediciones exteriores, interiores y de profundidad. El calibrador lleva bordes biselados, en uno de los cuales tiene una graduación especial llamada nonio que al desplazarse lo hace junto a la escala graduada de la regla, de acuerdo al grado de precisión, permite lecturas con apreciación de: 1/10, 1/20, 1/50 y con escalas de reloj o sistemas electrónico digital se puede lograr una apreciación de 1/100. Ejemplos en milímetros: Guía 1 7 Ejemplos en pulgadas: Guía 1 8 INSTRUMENTOS DE MEDICION: EL MICROMETRO Los micrómetros son instrumentos indicadores para medir longitudes con una precisión de 0.01mm. Los micrómetros se construyen de acero de alto contenido de carbono, con los tratamientos adecuados para conseguir una gran rigidez en el cuerpo soporte en forma de arco, siendo la deformación máxima admisible, por flexión causada por la fuerza, de 0.002mm. El principio de funcionamiento se basa en el principio de tornillo tuerca. Si una tuerca fija se hace girar en tornillo una vuelta completa esta se desplazara axialmente, una longitud igual al paso del tornillo, en el caso de un tornillo de una entrada. Los micrómetros se dividen en: 1. Según la pieza a medir: para exteriores, para interiores, para profundidades, para roscas, de platillos para medir engranajes, otros tipos especiales. 2. Según su capacidad: se escalonan de 25mm en 25mm o de pulgada en pulgada. 3. Según su apreciación: • De apreciación centesimal, 0.01mm • De apreciación milésimal, 0.001mm • De apreciación milésimal, 0.001” • De apreciación diezmilésimal, 0.0001” Frecuentemente el micrómetro también incluye una manera de limitar la torsión máxima del tornillo, dado que la rosca muy fina hace difícil notar fuerzas capaces de causar deterioro de la precisión del instrumento. Guía 1 9 Todos los tornillos micrométricos empleados en el sistema métrico decimal tienen una longitud de 25 mm, con un paso de rosca de 0,5 mm, de modo que girando el tambor una vuelta completa el palpador avanza o retrocede 0,5 mm. El micrómetro tiene una escala longitudinal, línea longitudinal que sirve de fiel, que en su parte superior presenta las divisiones de milímetros enteros y en la inferior las de los medios milímetros, cuando el tambor gira deja ver estas divisiones. En la superficie del tambor tiene grabado en toda su circunferencia 50 divisiones iguales, indicando la fracción de vuelta que ha realizado. Una división equivale a 0,01 mm. Para realizar una lectura, nos fijamos en la escala longitudinal, sabiendo así la medida con una apreciación de 0,5 mm, el exceso sobre esta medida se ve en la escala del tambor con una precisión de 0,01 mm. En la figura 1 se ve un micrómetro donde en la parte superior de la escala longitudinal se ve la división de 5 mm, en la parte inferior de esta escala se aprecia la división del medio milímetro. En la escala del tambor la división 28 coincide con la línea central de la escala longitudinal, luego la medida realizada por el micrómetro es: 5 + 0,5 + 0,28 = 5,78. Ver imagen: Figura No. 1 Guía 1 10 Una variante de micrómetro un poco más sofisticado, además de las dos escalas anteriores tiene un nonio, en la figura No. 2, puede verse en detalle las escalas de este modelo, la escala longitudinal presenta las divisiones de los milímetros y de los medios milímetro en el lado inferior de la línea del fiel, la escala del tambor tiene 50 divisiones, y sobre la línea del fiel presenta una escala nonio de 10 divisiones numerada cada dos, la división de referencia del nonio es la línea longitudinal del fiel. En la imagen, la tercera división del nonio coincide con una división de la escala del tambor, lo que indica que la medida excede en 3/10 de las unidades del tambor. Esto es, en este micrómetro se aprecia: en la escala longitudinal la división de 5 mm, la subdivisión de medio milímetro, en el tambor la línea longitudinal del fiel coincide por defecto con la división 28, y en el nonio su tercera división esta alineada con una división del tambor, luego la medida es: 5 + 0,5 + 0,28 + 0,003 = 5,783 El principio de funcionamiento del micrómetro es el tornillo, que realizando un giro más o menos amplio da lugar a un pequeño avance, y las distintas escalas, una regla, un tambor y un nonio, permiten además un alto grado de apreciación, como se puede ver: Figura No. 2. Micrómetro con nonio, indicando 5,783 mm Guía 1 11 Tarea previa Investigue los siguientes conceptos: a) Factores de conversión c) Exactitud y precisión e) Cifras de cifras significativas g) Tipos de error en la medida i) Unidad de medida k) Prefijos para unidades del SI b) Cifras significativas d) cálculos de incerteza f) Propagación del error h) Porcentaje de error j) Sistema internacional de unidades (SI) * Explique la forma de estimar la incertidumbre cuando se realiza una medida directa. Investigar sobre órdenes de magnitud correspondientes a las décimas, centésimas, milésimas; etc., la forma de expresarlas y la forma de leer. Materiales y equipos * Calibrador de vernier * Cinta métrica de albañil * Cilindro, etc. * Micrómetro Procedimiento PARTE A: USO DEL CALIBRADOR 1. Con el calibrador de vernier mida el objeto q se le indique; anote este valor en la hoja de resultados; luego haga la misma medición pero utilizando una cinta métrica anotando nuevamente esta medición en la tabla 1 de la hoja de resultados. Recomendaciones: Verificar, calibrar, ajustar cerrando completamente las mordazas sin exceder en fuerza, previa limpieza de las mismas. Se debe hacer dos observaciones: Observando a contra luz, el plano de junta de las mordazas no debe permitir el paso de luz. Si es así, el instrumento proporciona un error y por tanto no es confiable Los ceros deben coincidir: el cero de la escala del nonio debe estar enfrentado al cero de la escala fija. No olvidar que para tomar una lectura con un grado de precisión determinado, se debe utilizar un instrumento de una precisión 10 veces mayor. Por ejemplo, si la exigencia es en milímetros, se debe utilizar un instrumento con una capacidad en décimas de milímetro. Si se exige en décimas, medir con un instrumento que tenga capacidad de medición en centésimas de milímetro. Guía 1 12 No olvide que la temperatura de referencia es de 20° C. Si la pieza está caliente se debe dejar enfriar y luego tomar la lectura, de lo contrario, la misma será errónea. La presión de ajuste de las mordazas a la pieza, debe ser firme y suficiente pero no excesiva pues se puede presentar deformación elástica de la pieza o del instrumento. Adicionalmente, el instrumento se puede estropear. Nunca se deben medir piezas en movimiento: es peligroso y daña la pieza y el instrumento El paralaje es un error fácil de cometer. Por favor tome la lectura con el instrumento totalmente de frente de tal forma que las escalas estén enfrentadas. Siempre limpie muy bien las piezas a medir. Una pequeña partícula extraña genera un gran error cuando se miden décimas o centésimas de milímetro. PARTE B: USO DEL MICROMETRO 1. Realice varias mediciones, con el micrómetro. Complete las tablas. Recomendaciones: Siempre, hay que calibrar, ajustar antes de tomar una medida. No olvidar que para tomar una lectura con un grado de precisión determinado, se debe utilizar un instrumento de una precisión 10 veces mayor. Por ejemplo, si la exigencia es en milímetros, se debe utilizar un instrumento con una capacidad en décimas de milímetro. Si se exige en décimas, medir con un instrumento que tenga capacidad de medición en centésimas de milímetro. No olvide que la temperatura de referencia es de 20° C. Si la pieza está caliente se debe dejar enfriar y luego tomar la lectura, de lo contrario, la misma será errónea. Siempre debe ajustarse con el tambor de mando ya que este tiene un limitador de fuerza. De no ser así y debido a la precisión de un micrómetro, se presentará en error. Nunca se deben medir piezas en movimiento: es peligroso y daña la pieza y el instrumento El paralaje es un error fácil de cometer. Por favor tome la lectura con el instrumento totalmente de frente de tal forma que las escalas estén enfrentadas. Siempre limpie muy bien las piezas a medir. Una pequeña partícula extraña genera un gran error cuando se miden décimas o centésimas de milímetro. Guía 1 13 Hoja de resultados Tabla 1. Medidas de varios objetos usando el calibrador instrumentos. Anote según las unidades indicadas en la tabla Número del objeto Magnitud Medida con calibrador vernier (mm) Valor de la menor división de la escala del instrumento _______ mm Valor de la menor división de la escala del instrumento _______ in Guía 1 14 Tabla 2. Medidas de varios objetos usando el micrómetro. Anote según las unidades indicadas en la tabla Número del objeto Magnitud Medida con micrometro (mm) Valor de la menor división de la escala del instrumento _______ mm Guía 1 15 Hoja de análisis de resultados 1. ¿Cual es la precisión de los instrumentos? 2. Escribir cada medida con su correspondiente incerteza 3. Realice las conversiones de los datos de cada tabla para expresarlos en metros y en pulgadas cuando corresponda. NOTA: IMPRIMIR HOJA DE EVALUACION DE PRÁCTICA CORRESPONDIENTE Y COMPLETARLA CON SUS DATOS. (VER ANEXOS)
