cuaderno de evidencias física 1 capítulo 3

1/1/2011
PREPARATORIA
NO. 22 UANL
CUADERNO DE EVIDENCIAS FÍSICA 1 CAPÍTULO 3
PROYECTILES | Jaime Lomelí Cervantes
1
TIRO HORIZONTAL
EXAMEN DIAGNÓSTICO
1. Realiza un dibujo o esquema de la trayectoria realizada por un objeto en tiro horizontal.
2. ¿Porqué un objeto que es lanzado horizontalmente en el planeta Tierra toma una trayectoria curva?
3. ¿Qué factor piensas que causa el movimiento curvo o semiparabólico?
4. ¿Qué es un plano?
5. ¿Qué tipo de ecuaciones se utilizan para realizar los cálculos del movimiento en tiro horizontal?
2
Ing. Jaime Lomelí Cervantes
MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES
ACELERADO POR LA
GRAVEDAD EN CAÍDA
LIBRE (MRUA)
CON VELOCIDAD
CONSTANTE EN FORMA
HORIZONTAL
FORMAN EL
FÓRMULAS__
____________
____________
__________
TIRO HORIZONTAL
FÓRMULA__
______
TRAYECTORIA
CARACTERÍSTICAS
________________________________________
________________________________________
________________________________________
________________________________________
Ingresa a la página de internet http://www.acienciasgalilei.com/videos/newton.htm en las secciones de trayectoria de caída e inercia y caída y contesta las siguientes
preguntas:
3
Ing. Jaime Lomelí Cervantes
1. ¿Qué pensaban los eruditos de la antigüedad acerca de la naturaleza de todos los cuerpos en movimiento?
2. ¿A qué le llamaban los aristotélicos un “motor”?
3. En el caso del movimiento de un proyectil, el “motor” no se ve, ¿cuál fuè el razonamiento de Aristóteles acerca de ello?
4. ¿Cuál era la idea que tenían los eruditos aristotélicos acerca del ímpetu?
5. ¿Qué pensó Galileo acerca de la trayectoria de los proyectiles?
6. ¿Qué personajes comenzaron a ver el universo con nuevas ideas durante el Renacimiento?
7. ¿Qué fue lo que pasaron por alto todos ellos?
8. ¿Qué tipo de fuerza es la que actúa hacia abajo en el movimiento de un proyectil?
9. Según los videos observados,¿ cuál es el valor de la aceleración horizontal y de la aceleración vertical?
1. Una canica rueda sobre una mesa con una velocidad de 0.2m/s; donde la altura de la mesa es de 0.8m. Si la canica sale del borde de la
mesa contesta: ¿Cuánto tiempo necesita la canica parta chocar con el piso?¿A qué distancia horizontal del borde la mesa chocará contra el
piso?¿Con qué velocidad llegará al piso?
4
Ing. Jaime Lomelí Cervantes
0.404s,
0.081 m y
3.96m/s
a
87.1°
3.
2. Un saco de alimento se deja caer desde un helicóptero en movimiento que lleva una velocidad horizontal de 54km/h y está a 0.1km sobre
el suelo. Calcula la distancia horizontal que recorre el saco hasta llegar al suelo y el tiempo que tarda en hacerlo.
0.0678km
4.52s
Desde lo alto de un acantilado de 800m se lanza una piedra horizontalmente con una velocidad de 30m/s ¿Cuánto tiempo necesita la piedra
para chocar con el piso?¿A qué distancia horizontal del borde del acantilado chocará contra el suelo?¿Con qué velocidad llegará al suelo?
12.777s,
383.32m
y
125.22m/s a
76.52°
5
Ing. Jaime Lomelí Cervantes
y
4.
Un avión que vuela horizontalmente a 1400m de altura, con una velocidad de 504km/h y deja caer una bomba. Calcula el tiempo que la
bomba tarda en llegar a la superficie, el alcance horizontal de la bomba y la velocidad con la que llega la bomba al suelo.
16.9s, 2366m
y 216.9 m/s a
49.8°
5.
James Bond dispara una bala en forma horizontal con una velocidad de 200m/s, desde una altura de 1.2m sobre el suelo. Determina el
tiempo que la bala permanece en el aire, el alcance horizontal de la bala y la velocidad con que llega al suelo.
0.49s,
98.97m
y
200.077m/s a
1.3°
6.
Un helicóptero suspendido en el aire y apuntando a un blanco dispara un proyectil con una velocidad de 144 km/h desde una altura de
200m. ¿En qué tiempo llega el proyectil al suelo, ¿Qué distancia o alcance horizontal recorre el proyectil?¿Con qué velocidad llega el
proyectil al blanco que está en el suelo?
6.4s, 256m y
74.4m/s
a
57.5°
6
Ing. Jaime Lomelí Cervantes
7.
Un dardo es disparado horizontalmente con una velocidad de 30 m/s , desde lo alto de una torre de 75m de altura. Calcula el tiempo que
tarda en llegar al suelo, el alcance horizontal del dardo y la velocidad con que choca con el suelo.
3.9s, 117.36
m
y
48.68m/s a
52°
8.
Se lanza una pelota horizontalmente desde lo alto de un edificio a 79m de altura. Si la pelota cae a 140m de la base del edificio, determina
la velocidad de lanzamiento.
35m/s
9.
Se arroja un proyectil horizontalmente desde lo alto de un barranco de 100m de altura y choca a 90m de distancia de la base del barranco.
Calcula la velocidad de lanzamiento y la velocidad con que llega al suelo.
19.92m/s
48.54m/s
65.77°
7
Ing. Jaime Lomelí Cervantes
y
a
10. Se lanza una canica horizontalmente usando una resortera desde lo alto de un árbol de 6m de altura y choca a 30m de distancia de la base
del árbol. Calcula la velocidad de lanzamiento, el tiempo en caer y la velocidad con que llega al suelo.
27.11m/s,
1.106s
y
29.196m/s a
21.79°
11. Robin Hood dispara una flecha horizontalmente usando un arco desde lo alto de una torre de observación de 25m de altura y choca a 100m
de distancia de la base de la torre. Calcula la velocidad de lanzamiento, el tiempo en caer y la velocidad con que llega al suelo.
44.32m/s,
2.256s
y
49.528m/s a
26.56°
12. Un avión de rescate en Alaska deja caer un paquete de provisiones a un grupo de exploradores extraviados. Si el avión viaja horizontalmente
a 40 m/s y a una altura de 100 metros sobre el suelo. ¿Dónde cae el paquete en relación con el punto en que se soltó?
X = 18.,4 m
VY = 44,19
m/seg.
VX=40
m/seg.
8
Ing. Jaime Lomelí Cervantes
13. En un bar local, un cliente hace deslizar un tarro vacío de cerveza sobre la barra para que vuelvan a llenarlo. El cantinero esta
momentáneamente distraído y no ve el tarro, el cual cae de la barra y golpea el piso a 1.4 metros de la base de la misma. Si la altura de la
barra es 0.86 metros. a) Cuál fue el tiempo en caer? b) ¿Con qué velocidad abandonó el tarro la barra? c) ¿Cuál fue la velocidad al llegar al
piso? d) ¿Cuál fue la dirección de la velocidad del tarro justo antes de chocar con el piso?
0.4189s
3.34m/s
5.29m/s
50.86º
14. Una pelota se lanza horizontalmente desde la azotea de un edificio de 35 metros de altura. La pelota golpea el suelo en un punto a 80 metros
de la base del edificio. Encuentra:
a) El tiempo que la pelota permanece en vuelo?
b) Su velocidad inicial?
c) Las componentes X y Y de la velocidad justo antes de que la pelota pegue en el suelo?
d) La magnitud de la velocidad de la pelota al llegar al suelo y su dirección
2.6726s
29.93m/s
29.93 y
26.19m/s
39.77m/s
41.18º
15. Un muchacho patea una roca horizontalmente desde el borde de una plataforma de 40 metros de altura en dirección a una fosa de agua. Si
el muchacho escucha el sonido de contacto con el agua 3 segundos, después de patear la roca. ¿Cuál fue la velocidad inicial con que el
muchacho pateó la roca? Supón que la velocidad del sonido en el aire es 343 m/s.
9.28m/s
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
Elabora una herramienta que te permita describir y practicar el tiro horizontal. Para ello puedes utilizar cualquiera de las 2 formas o métodos que se describen a
continuación:
A) Riel acanalado
Material:
Riel de aluminio acanalado
Un balín o esfera metálica
Regla de metro
Un plomada(opcional)
Una hoja de papel carbón o pasante
Una tabla de madera de 20x120cm
Una tabla de madera que sirva como base en la que se sostenga el riel
Una prensa de tornillo
Instrucciones:
a) Instala el equipo como se muestra en la figura. Procura que el riel quede bien sujeto y firme a la base de madera para que el riel no se flexione y con ello el
balín ruede suavemente. Trata que la parte horizontal del riel tenga un mínimo de 15cm.
b) Fija la altura (h) desde donde soltarás el balín. Mide la altura a la cual el balín sale del riel (yo) y márcala con una línea horizontal sobre la tabla de madera.
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
c) Cuelga una plomada en el borde de la mesa y trata de que quede sobre el piso, para que te sirva como punto de referencia al medir las distancias
horizontales, como puedes ver en la figura
d) Coloca la tabla de madera (de 20x120cm) a 15 cm de alejada la línea de la plomada(x). La tabla debe estar perpendicular al piso.
e) Pega el papel carbón sobre la tabla (de 20x120cm) con la cara del pasante hacia la tabla, para que el balín choque en esa área 2 o 3 veces y pueda marcarse
a una determinada altura y1que la deberás medir con tu regla y calcular el promedio de las 2 o 3 veces lanzadas.
f) Repite el proceso igual que la distancia x=15cm para las distancias de 30 y 45cm
g) Las marcas dejadas por el balín quedarán de forma parecida a como se muestra en la figura, obvio y1, y2 y y3 son el promedio de los lanzamientos realizados.
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
h) Completa la siguiente tabla:
Distancia (x)
Altura(y)
Altura promedio(y1, y2, y3)
Tiempo (t)
15cm
y1=
T1=
30cm
Y2=
T2=
45cm
Y3=
T3=
Utiliza las siguientes ecuaciones para llenar la tabla de arriba.
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
Velocidad horizontal de
salida del riel(vx)
B) El recipiente con agua
Material:
Recipiente de 2lts hasta 20lts de capacidad
Una tabla o lámina
Agua
Procedimiento
a. Utiliza un recipiente del tamaño que tú quieras desde 2lts a 20lts de capacidad.
b. Haz un orificio pequeño de un diámetro no mayor a 5mm en la pared del recipiente y ubicado casi en el fondo.
c. Llena el recipiente con agua, tapando el orificio para que no se tire agua.
d. Pon una tabla a una distancia horizontal(x) de 15cm de la salida del orificio.
e. Destapa el orificio.
f. Calcula la altura (y) de la altura que ha estado cayendo el agua hasta llegar a la tabla
g. Repite el proceso para separaciones(x) de 20 y 25cm y realiza los cálculos de y.
Toma como referencia la figura que está a continuación y llena la tabla de datos.
Las velocidades de las dos últimas columnas deben ser de cierta manera coincidentes, pero con cierto grado de error que tu puedes investigar o el profesor
te podrá explicar.
Distancia (x)
Altura(y)
Tiempo (t)
15cm
T1=
20cm
T2=
25cm
T3=
Velocidad horizontal de
salida del agua por el
orificio(vx) segón el tiro
horizontal
Utiliza las siguientes ecuaciones para llenar la tabla de arriba.
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
Velocidad de salida del agua
por el orificio según la
ecuación de Torricelli
H=altura del agua
desde el orificio a la
superficie del agua
en el recipienteY=la
altura de caída del agua del
orificio a la pared
x
Realiza la trayectoria de un tiro horizontal en Excel o en una hoja de papel milimétrico y la explicación por medio de un resumen de la página de internet como ésta:
http://www.educaplus.org/movi/4_4thorizontal.html para demostrar que realmente haz aprendido el tema de tiro horizontal.
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
COMPLETA LAS CONCLUSIONES DEL TIRO HORIZONTAL
A.
B.
C.
D.
E.
Desplazamiento horizontal o en el eje x
Desplazamiento vertical o en el eje y
La velocidad vertical al inicio es igual a _____________
La velocidad vertical es ____________en toda la trayectoria
La aceleración vertical es igual a ______________en toda la
trayectoria
Las fórmulas serían igual que las de _________________en el
desplazamiento vertical.
El ángulo de salida o disparo es igual a ______________
A. La velocidad al inicio y al final es __________________ y por lo tanto la
aceleración es igual a_________________
B. La fórmula aplicada es igual que el________________________
TIRO PARABÓLICO
EXAMEN DIAGNÓSTICO
1. Realiza un dibujo o esquema de la trayectoria realizada por un objeto en tiro parabólico.
2. ¿Porqué un objeto que es lanzado con cierta velocidad y con determinado ángulo, en el planeta Tierra, toma una trayectoria parabólica?
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
3. ¿Qué factor piensas que causa el movimiento curvo o parabólico?
4. ¿Qué es un plano?
5. ¿Qué tipo de ecuaciones se utilizan para realizar los cálculos del movimiento en tiro parabólico?
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES
ACELERADO
POR
LA
GRAVEDAD
EN
EL
MOVIMIENTO VERTICAL
HACIA ARRIBA Y HACIA
ABAJO (MRUA)
FÓRMULAS__
____________
____________
__________
CON VELOCIDAD
CONSTANTE EN FORMA
HORIZONTAL
FORMAN EL
TIRO PARABÓLICO
TRAYECTORIA
CARACTERÍSTICAS
________________________________________
________________________________________
________________________________________
________________________________________
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
FÓRMULA__
______
1. Barry Bonds lanza una pelota de béisbol desde el jardín central con una velocidad inicial de 20 m/s a un ángulo de 50° con el piso.
Determina lo siguiente: el tiempo que la pelota permanece en el aire hasta llegar a su nivel de lanzamiento, la altura máxima alcanzada y
el alcance horizontal.
3.1s, 12m y
40.2m
2.
Se dispara una bala con una velocidad de 300 m/s a un ángulo de 40° con el suelo. Determina lo siguiente: el tiempo total de vuelo, el
tiempo que tarda en alcanzar su máxima altura, la altura máxima alcanzada y el alcance horizontal.
39.3s, 1897
m y 9044 m
3.
Se golpea una pelota de golf con una velocidad de 40 m/s a 45° Determina: el tiempo de vuelo, la altura máxima y el alcance horizontal.
5.8s, 40.8 m
y 163.3 m
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
4.
Un balón de voleibol es golpeado con una velocidad de 24m/s a 60° Calcula el tiempo que dura en el aire al llegar al mismo nivel, la altura
máxima alcanzada y la distancia horizontal recorrida.
4.24s, 22 m
y 50.9 m
5.
Una jabalina se lanza con una velocidad de 40 m/s a un ángulo de 50° con al horizontal, ¿En cuánto tiempo llegará el cuerpo al mismo
nivel? ¿A qué distancia horizontal?
6.3s y 160 m
6.
Tom Brady lanza un balón de fútbol americano con una velocidad de 108km/h a un ángulo de 40° con al horizontal, ¿En cuánto tiempo
llegará a otro jugador que lo atrapa a la misma altura? ¿A qué distancia horizontal de su lanzamiento inicial?
3.93s y
90.44m
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
7.
Magic Johnson lanza un balón de básquetbol con una velocidad de 54km/h a un ángulo de 55° con al horizontal, ¿En cuánto tiempo lo
atrapa otro jugador a la misma altura? ¿A qué distancia horizontal de su lanzamiento inicial?
2.5s y
21.57m
8.
Una flecha se lanza con una velocidad de 100m/s a un ángulo de 30° con al horizontal, ¿En cuánto tiempo chocará la flecha contra el
piso al mismo nivel de lanzamiento? ¿A qué distancia horizontal?
0.17min y
0.884km
9.
Un proyectil es disparado con cierta velocidad inicial a un ángulo de 25° con la superficie horizontal. ¿Con qué velocidad debe lanzarse para
que alcance una distancia horizontal de 2500m y 3000m al llegar al mismo nivel de lanzamiento
178.83m/s y
195.90m
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
10. Un balón de fútbol es golpeado con cierta velocidad inicial a un ángulo de 35° con la superficie horizontal. ¿Con qué velocidad debe
chutarse para que alcance una distancia horizontal de 50m y 70m al llegar al mismo nivel de lanzamiento?
22.83m/s y
27.01m/s
11. Un proyectil recorre una distancia horizontal de 60m y una altura máxima de 6m, ¿con qué velocidad y ángulo fue lanzado?
29.196m/s a
21.79°
12. Robin Hood dispara una flecha con cierta velocidad y a cierto ángulo con respecto a una superficie horizontal, usando un arco, de tal forma
que la flecha alcanza 25m de altura y choca a 200m de distancia de la base y del mismo nivel desde el cual se lanzó. Calcula la velocidad
de lanzamiento y el ángulo.
49.528m/s a
24.055°
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
13. Un bombero dispara con una manguera un chorro de agua con una velocidad de 12m/s a un ángulo de 60° con la horizontal. Determina el
tiempo y la distancia horizontal que recorre el chorro de agua, si cuando ya está descendiendo, la altura a la cual llega o cae es de 4.8m por
encima del nivel desde donde se lanza el chorro de agua.
0.5121s y
3.07m
14. Un jugador de tenis golpea una pelota con una velocidad de a 18m/s y con cierto ángulo, recorriendo una distancia horizontal de 15m.
Calcula la altura o posición de la pelota al realizar tal recorrido horizontal y el ángulo de lanzamiento.
14.61m y
65.6°
15. Durante la primera guerra mundial los alemanes tenían un cañón llamado Big Bertha que se usó para bombardear París. Los proyectiles
tenían una velocidad inicial de 1 700 m/s a un ángulo de inclinación de 55º con la horizontal. Para dar en el blanco se hacían ajustes en
relación con la resistencia del aire y otros efectos. Si ignoramos esos efectos:
a) ¿Cuál era el alcance de los proyectiles
b) ¿Cuánto permanecían en el aire?
277.113km
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
284.19 s
16. Un pandillero arroja una piedra desde lo alto y de la orilla de un edificio con una velocidad de a 72km/h y con un ángulo de 40°, pegando
en otro edificio que está a una distancia horizontal de 164.04pies. ¿A qué altura o posición estará la piedra en el otro edificio respecto al
nivel de lanzamiento?
344.484pies
por abajo
del nivel de
lanzamiento
COMPLETA LAS CONCLUSIONES DEL TIRO PARABÓLICO
Desplazamiento vertical o en el eje y
A. La velocidad vertical al inicio se determina con la
fórmula_____________
B. La velocidad vertical en la parte más alto de su trayectoria es igual
a___________________
C. La velocidad vertical es _________________en toda la trayectoria
D. La aceleración vertical es igual a ______________en toda la
trayectoria.
E. La velocidad vertical al ir ascendiendo el objeto
va_______________ y al ir descendiendo va________________.
F. El tiempo en _____________ es igual al tiempo en
_______________para el mismo nivel o posición.
G. El ángulo para alcanzar su mayor altura es de ______________.
H. Las fórmulas serían igual que las de _________________en el
desplazamiento vertical.
I. La componente vertical de la velocidad es________________
Desplazamiento horizontal o en el eje x
A. La velocidad horizontal al inicio y al final es __________________ y por lo
tanto la aceleración es igual a_________________
B. La fórmula aplicada es igual que el________________________
C. La velocidad horizontal se determina con la fórmula_______________
D. La componente horizontal de la velocidad es__________________
E. El ángulo para alcanzar su mayor desplazamiento horizontal es de
______________.
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes
Utiliza la práctica de laboratorio, un medio audiovisual, hacer la trayectoria de un proyectil en una hoja de Excel o en hoja de papel milimétrico o la explicación de las
páginas de internet como éstas http://www.educaplus.org/movi/4_3tparabolico.html y http://galia.fc.uaslp.mx/~medellin/applets/tiro//tiro.htm para demostrar que
realmente has aprendido
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Ing. Jaime Lomelí Cervantes