Manual de Prácticas - División de Ciencias Básicas

Manual de Prácticas
División de Ciencias Básicas
Área: Laboratorio de Física Experimental
Práctica 4
Movimiento y energía en un plano inclinado
Elaborado
por:
Revisado
por:
Autorizado
por:
Vigente
desde:
M en E. Elizabeth Aguirre
Maldonado
M en I. Rigel Gámez Leal
Ing. Gabriel Jaramillo Morales
M en A. M. del Carmen
Maldonado Susano
Q. Antonia del Carmen
Pérez León
Ing. Gabriel Alejandro
Jaramillo Morales
8 de agosto de 2016
Manual de Prácticas
División de Ciencias Básicas
1.
Seguridad en la ejecución
Peligro o Fuente de energía
2.
3.
Área: Laboratorio de Física Experimental
Riesgo asociado
1
Base de soporte universal.
Si es mal colocado en la mesa, puede caer
y lesionar un pie.
2
Canaleta del Equipo didáctico de
esta práctica.
Mal colocado y mal asegurado puede caer
y provocar una lesión.
Objetivos de aprendizaje
a)
Obtener los modelos gráfico y matemático lineales del desplazamiento x de
un móvil sobre un plano inclinado un ángulo , sin fricción, en función del
tiempo t del movimiento.
b)
Obtener los modelos gráfico y matemático de la curva de calibración del
cronómetro y sus características estáticas.
c)
Obtener el modelo gráfico de la energía potencial EP del móvil en función de
su altura h.
d)
Obtener el modelo gráfico de la energía cinética EC del móvil en función de su
altura h.
Material y Equipo
1
1
1
1
1
1
Base de soporte universal
Varilla de 1 [m]
Equipo didáctico para movimiento y energía en un plano inclinado
Flexómetro
Tornillo de sujeción
Caja
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4.
Área: Laboratorio de Física Experimental
Desarrollo de las actividades
Actividad 1
Armar y conectar el equipo como se muestra en el diagrama, sin encenderlo.
Para ello:

=
rad = 15 °
12
x=
desplazamiento del móvil
Longitud total del plano inclinado = 1 m
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Partes fundamentales del equipo:
Para el armado del equipo, primero el sensor se instala metiéndolo por el extremo libre
de la canaleta.
Se debe de ubicar a una distancia “x” con respecto al centro de la esfera (ya instalada en
el actuador), como se indica en el diagrama anterior y de acuerdo a la tabla mostrada
más adelante.
Acto seguido, el sensor se asegura con su propio tornillo (en la parte inferior) en la
canaleta.
El otro extremo de la canaleta, que tiene una varilla, se instala en el tornillo de sujeción
con la varilla del soporte universal.
La caja se pone en el extremo libre de la canaleta, sobre la mesa, para que la esfera no
se caiga y se extravíe.
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Actividad 2
Después de armar el equipo, la esfera debe estar bien sujeta por el actuador, el cual
tiene una parte movible para instalarla.
Se debe verificar que tanto el actuador como el sensor estén conectados en sus
respectivas entradas en el cronómetro digital, el cual debe estar apagado y enchufado.
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Actividad 3
Ajustar y medir con el flexómetro la distancia “x” que se pida en la tabla presentada más
adelante. Esto se logra aflojando el tornillo en la parte inferior del sensor, para que
pueda moverse por la canaleta y apretarlo donde se necesite fijar.
Encender el cronómetro, oprimiendo su switch de color rojo en la parte superior. El botón
izquierdo de la carátula deberá de tener una luz azulada, lo que indica que el sistema
está listo para funcionar.
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Actividad 4
Oprimir el botón izquierdo de la carátula; para esto, su luz se apaga. El actuador soltará
la esfera y el cronómetro comenzará a medir el tiempo de desplazamiento de la misma
hasta que llegue al sensor, donde se detiene la medición de tiempo (en segundos) en el
cronómetro, y la esfera debe caer en la caja para que no se pierda.
Actividad 5
Al detenerse el cronómetro, se enciende la luz del botón derecho de su carátula. Para
realizar más mediciones del mismo desplazamiento de la esfera, se deberá poner en
ceros el cronómetro, oprimiendo dicho botón, el cual apagará su luz y automáticamente
se encenderá de nuevo la del botón izquierdo, quedando listo el equipo para la siguiente
medición. Se debe de colocar de nuevo la esfera en el actuador como se describió
anteriormente.
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Actividad 6
Modificar la distancia “x” entre el actuador y el sensor de tal forma que corresponda a los
desplazamientos seleccionados pedidos en la siguiente tabla y mida en cada caso el
lapso empleado en cada uno.
x [m]
t1 [s]
t2 [s]
t3 [s]
t4 [s]
t5 [s]
t L [s]
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Actividad 7
Con las mediciones obtenidas y el empleo de las expresiones matemáticas
proporcionadas, completar el llenado de la tabla.
t L [s]
t p [s]
t [s]
t
L

 t s
 
z  t L s2
2
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5.
Área: Laboratorio de Física Experimental
Cuestionario
1.
¿Cuál es el modelo matemático del desplazamiento x en función del cuadrado
del tiempo empleado?
2.
¿Cuáles son las características estáticas y la sensibilidad del cronómetro
empleado?
3.
¿Cuáles son las expresiones experimentales para la rapidez y la aceleración
del móvil sobre el plano inclinado?
4.
Dibuje la gráfica de la energía potencial del móvil sobre todo el plano inclinado
en función de su altura h, tome en cuenta que esta función es una recta y
requiere del cálculo de la energía potencial máxima y mínima para dos
valores extremos de la altura h; es decir: h = H y h = 0.
5.
Dibuje la gráfica de la energía cinética del móvil sobre todo el plano inclinado
en función de su altura h, tome los mismos valores de ésta empleados en el
punto 4 y calcule las energías cinéticas mínima y máxima; esta función
también es una recta.
6.
Conclusiones
7.
Bibliografía
YOUNG, Hungh D., FREEDMAN, Roger A., Física Universitaria con física moderna,
12a. edición, México, Addison Wesley, 2009.
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8.
Área: Laboratorio de Física Experimental
Anexo
Expresiones matemáticas necesarias
2x
g sen
tp 
EP = m g h
m
g = 9.78  2 
s 
H
 sen
L
EC =
1
mv2
2
 
z  t L s2
2
Modelos gráficos
t L s
x [m]
m
b
z [s2]
x[m]=
tp=[s]
m  sm  zs  b
2
2
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Área: Laboratorio de Física Experimental
y como z  t L 2 :
x[m]=
0
9.
m  sm  t s  bm ;
2
2
2
L
H
h [m]
v=
dx
; EC a[J]
=
dt
dv
dt
0
H
h [m]
Agradecimiento
Para la modificación de esta práctica durante el semestre 2016-2, se agradece la
aportación sustantiva de:
Profesora:
Ing. Cynthia Miranda Trejo
Técnicos Académicos:
Ing. Álvaro Gámez Estrada
Ing. Juan Manuel Gil Pérez
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