MOVIMIENTO RECTILINEO

EXPERIENCIA 3
MOVIMIENTO RECTILINEO
El concepto de movimiento se refiere a la modificación de la posición de los
cuerpos entre sí; o sea, intrínsecamente tiene un significado relativo. En consecuencia,
para describir el movimiento de un cuerpo es necesario, previamente, elegir
arbitrariamente como fijo un sistema con respecto al cual se determinan las
coordenadas de posición del cuerpo a medida que transcurre el tiempo. Sin embargo,
debe aclararse que en los movimientos reales los distintos puntos de un cuerpo se
mueven a lo largo de trayectorias diferentes, por lo que es necesario conocer lo que
sucede con cada uno de esos puntos para describir el movimiento completo; no
obstante lo anterior, en una traslación pura, el movimiento de un cuerpo pue de
explicarse por el movimiento de un punto llamado centro de masa del cuerpo. Por esta
razón es interesante analizar la cinemática de una masa puntual o particular.
Como la posición de una partícula queda determinada por las coordenadas
cartesianas de las proyecciones de su vector posición, cuando la partícula describe en
el espacio una trayectoria cualquiera, dichas coordenadas cambian a lo largo de los
tres ejes; así, cualquier movimiento real de la partícula puede reconstruirse a partir de
los movimientos rectilíneos de las proyecciones mencionadas, lo que avala la
importancia del movimiento rectilíneo.
De los innumerables movimientos rectilíneos que se pueden originar, en esta
experiencia de laboratorio estudiaremos el movimiento rectilí neo uniforme (M. R. U.)
y rectilíneo uniformemente acelerado (M.R.U.A.) de cuerpos rígidos con movimiento
de traslación pura.
1. OBJETIVOS
1.1
1.2.
1.3.
1.4
1.5.
1.6.
1.7
Utilizar el programa Grapher 7.0 y graficar resultados experimentales.
Determinar analítica y gráficamente la rapidez de un cuerpo de masa m que se mueve con
(M.R.U.)
Determinar la aceleración de un cuerpo de masa m al caer libremente.
Comparar y analizar sus resultados experimentales de caída libre con el valor teórico
(g = 9800 mm/s2)
Calcular la rapidez instantánea con los datos y curva de ajuste obtenida en un M.R.U.A.
Calcular el error estándar de una serie de mediciones.
Analizar resultados y establecer conclusiones.
* Es conveniente hacer notar que el valor de la aceleración g varia para los diferentes lugares de la
superficie terrestre; ya que, depende de factores tales como la rotación de la tierra y la latitud del
lugar. Por ejemplo, la diferencia entre un valor medido en un polo terrestre y otro medido en el
ecuador es aproximadamente de 50 mm s 2


1
2. MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME.
2.1. Fundamento teórico.
La coordenada de posición de una partícula en este movimiento rectilíneo corresponde a la
función lineal xt   v0 t  x0 , donde v0 y x0 son constantes del movimiento. Utilizando esta
función se tiene:
Vectores en el M.R.U.
Posición

: rt   xt iˆ  v0 t  x0  iˆ
Velocidad


: vt   dr dt  v0 iˆ


Aceleración : at   dv dt  0
Las Expresiones anteriores indican que en el M.R.U., la velocidad es constante y la
aceleración es nula.
2.2 Materiales
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Fuente de Poder, trabajar entre 5 a 10 [V]
Fotoceldas (dos)
Fuente de Aire o Soplador
Bobina Magnética
Carro Móvil
Smart Timer (registrador de tiempo)
Interruptor que da la salida al carro.
Riel de Aire
2
2.3 Indicaciones previas


Asegurarse que el riel esté completamente horizontal, mediante los tornillos de apoyo (de
Nivelación )
Antes de encender los equipos lea las siguientes Instrucciones.
1. Ubicar sobre el riel el Carro Móvil de tal manera que conecte correctamente con la Bobina.
2. Ubicar las fotoceldas de tal manera que la primera quede inmediatamente después del Carro
móvil, y la segunda en una ubicación tal que mida la distancia (entre las fotoceldas)
indicada por el profesor.
3. Encienda la fuente de poder dando sujeción al carro móvil magnéticamente, asegurarse que
el carro quede bien “pegado “ a la bobina, pero NO DEBE EXECER DE 9 [V], de lo
contrario quemará la bobina.
4. Encienden la Caja Registradora de tiempo “ SMART TIMER”, (ver figura), del Botón 1,
eligen la Opción “ TIME”, Luego apretando la Opción 2, hasta obtener “ Two gates” (
tiempo de pasada entre dos fotoceldas)
2.4 Desarrollo Experimental
Cuando el sistema del riel de aire esté funcionando correctamente, se miden los intervalos de
tiempo que demora el deslizador en recorrer diferentes distancias, cambiando la posición de la
fotocelda de llegada. Los datos se registran en el Informe grupal.
3. Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado.
3.1.
Fundamento teórico
La coordenada de posición de una partícula en este movimiento rectilíneo corresponde a la función
lineal
x ( t ) = 1/2 at2 + v0 t + x0 , donde a; v0 ; x0 , son constantes del movimiento. Utilizando esta
función se tiene:
3
Vectores en el M.R.U.A.
Posición:

rt   xt  iˆ  ( 1 at 2  v0 t  x0 ) iˆ
2
Velocidad:


vt   dr dt  at  v0  iˆ


Aceleración: at   dv dt  a iˆ
Las expresiones anteriores indican que en el M.R.U.A., la velocidad es variable y la
aceleración del movimiento es constante
3.2 Desarrollo Experimental
Después de ejecutar las instrucciones anteriores se efectúan las mediciones de los intervalos
de tiempo que demora el cuerpo de masa “m” en caer desde diferentes alturas.
EL INTERRUPTOR tiene la función doble de desconectar el campo magnético “soltando “ la
bolita, y además accionar el mecanismo que tomará el tiempo de caída.
Los datos se registran en el Informe grupal.
MOVIMIENTO RECTILINEO, INVESTIGACION BIBLIOGRAFICA
1. Teoría de Errores.
1.1.
1.2.
Cifras significativas a través del cálculo aritmético.
Error estándar de cada medición.
2. Sistema S.I.
2.1.
2.2.
Unidades S.I. básica y suplementarias.
Unidades S.I. derivadas
3. Representación gráfica de medidas experimentales.
3.1
3.2.
3.3.
Manual Grapher 7.0
Interpolación.
Extrapolación.
4. Conceptos.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
Posición, vector posición, movimiento.
Desplazamiento, velocidad media, velocidad instantánea, rapidez.
Aceleración media, aceleración.
Movimiento rectilíneo uniforme ( M.R.U.)
Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado ( M.R.U.A.)
Graficas del M.R.U. y M.R.U.A.
4
5. Bibliografía.
5.1.
5.2.
5.3.
Elementos de teoría de errores.
Apuntes de clases de la asignatura de Fisica I.
Textos recomendados en la asignatura de Fisica I.
MOVIMIENTO RECTILINEO, ACTIVIDADES EN EL LABORATORIO
1. Actividades del profesor y alumnos, experiencias cualitativas.
Experiencias relacionadas con el M.R.U. y M.R.U.A.
2. Actividades del alumno.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
Conectar el sistema del riel de aire.
Miden el tiempo que demora el deslizador en recorrer diferentes distancias.
Conectar el sistema de caída libre.
Miden el tiempo que demora un rodamiento en caer de diferentes alturas.
Calculan, analítica y gráficamente, el valor de la rapidez en el M.R.U.
Calculan el valor medio de la aceleración con sus respectivos errores.
Calculan gráficamente la rapidez instantánea en el M.R.U.A.
5