Experiment P10: Acceleration of a Dynamics Cart II

Laboratorio de Física con Ordenador
Experiencia P07: Aceleración de un carrito
Student Workbook
012-06100C
Experiencia P07: Aceleración de un carrito
Sensor de aceleración, Sensor de movimiento
Tema
DataStudio
Movimiento rectilíneo P07 Accelerate Cart.ds
Equipo necesario
Sensor de aceleración (CI-6558)
Sensor de movimiento (CI-6742)
Libreta (o libro)
ScienceWorkshop (Mac)
Ver final
Cant.
1
1
1
ScienceWorkshop (Win)
Ver final
Equipo necesario
Carrito (incluido con carril)
Goniómetro
Carril de 1.2 m (ME-9429A)
Cant.
1
1
1
IDEAS PREVIAS
¿Qué ocurre con la aceleración de un carrito cuando sube o baja por un plano inclinado?
mg
FUNDAMENTO TEÓRICO
Si un carrito se desplaza por un plano que tiene un ángulo de inclinación la componente de
la fuerza que actúa sobre el carrito en una dirección paralela a la superficie del plano es igual
a “m g sen ”, donde m es la masa del carrito y g es la aceleración de la gravedad.
La aceleración del carrito sería “g sen ”, tanto subiendo como bajando por el plano.
g sen
RECUERDE
Siga las instrucciones de seguridad.
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P07.1
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Experiencia P07: Aceleración de un carrito
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PROCEDIMIENTO
Utilice el Sensor de movimiento para medir el movimiento de un carrito que es empujado
para que suba por un plano inclinado. Utilice el DataStudio o el ScienceWorkshop para
registrar el movimiento y calcular la velocidad y aceleración del carrito mientras sube y baja
por el plano inclinado. Compare los cálculos obtenidos con los datos procedentes de un
Sensor de aceleración montado sobre el carrito.
PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR
1.
Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador,
encienda el interfaz y el ordenador.
2.
Conecte las clavijas digitales del Sensor de
movimiento a los Canales digitales 1 y 2 del interfaz.
Conecte la clavija amarilla en el Canal digital 1 y la
otra clavija en el Canal digital 2.
3.
Conecte la clavija DIN del Sensor de aceleración en el
Canal analógico A del interfaz.
4.
Abra el archivo titulado:
DataStudio
P07 Accelerate Cart.ds
ScienceWorkshop (Mac)
Ver final
ScienceWorkshop (Win)
Ver final
El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook.
•
La recogida de datos está fijada en diez medidas por segundo (10 Hz). Los datos del
Sensor de aceleración se miden cincuenta veces por segundo (50 Hz).
•
Lea las páginas finales de esta experiencia para ver información acerca de cómo
modificar un archivo ScienceWorkshop.
PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO
•
No se necesita calibrar los Sensores en esta experiencia.
1.
Sitúe el carril sobre una superficie horizontal. Utilice un
cuaderno o un libro para elevar uno de los extremos.
2.
Utilice el goniómetro para medir el ángulo de inclinación
del carril. Anote el ángulo en la tabla de datos.
3.
Monte el Sensor de aceleración sobre el carrito.
•
Utilice el tornillo grande para enganchar la lengüeta corta
del soporte al Sensor.
•
Utilice el tornillo pequeño para enganchar la lengüeta grande del soporte en el agujero
que hay en la parte de arriba del carrito.
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P07.2
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Experiencia P07: Aceleración de un carrito
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4.
Sitúe el selector ‘SENSOR RESPONSE’ en la posición ‘SLOW’.
5.
Monte el Sensor de movimiento en la parte elevada del carril. Dibuje una marca en el
carril a unos 15 cm del Sensor de movimiento.
PREPARACIÓN PARA LA RECOGIDA DE DATOS
1.
Antes de recoger datos para su análisis posterior, practique con el Sensor de
movimiento para asegurarse de que está correctamente alineado hacia el carrito.
2.
Sitúe el carrito en la parte baja del carril(la opuesta al Sensor de movimiento).
3.
Cuando esté listo, comience la recogida de datos.
4.
Empuje el carrito de modo que suba por el carril en dirección al Sensor de movimiento
y después vuelva a bajar alejándose del Sensor.
¡CUIDADO! El carrito no debe acercarse a menos de 15 cm del Sensor.
5.
Finalice la recogida de datos cuando el carrito regrese al extremo más bajo del carril.
Es posible que desee modificar la escala de la gráfica.
6.
Si la representación de los datos no fuese clara, revise la alineación del Sensor y repita
el procedimiento de recogida de datos.
7.
Borre la serie de datos de prueba.
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Experiencia P07: Aceleración de un carrito
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PARTE III: RECOGIDA DE DATOS
1.
Sitúe el carrito en la parte más baja del carril.
2.
Comience la recogida de datos. Empuje el carrito hacia el Sensor de movimiento.
Continúe recogiendo datos hasta que el carrito regrese a la parte más baja del carril.
Si los datos no aparecen en la gráfica, compruebe la alineación del Sensor e inténtelo de nuevo.
3.
Monte el carril empleando un ángulo más pronunciado (p.e. 10 grados) y repita la
recogida de datos.
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Experiencia P07: Aceleración de un carrito
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ANÁLISIS DE DATOS
1.
En la curva de velocidad del Sensor de movimiento, utilice el cursor para seleccionar
una región de la gráfica que muestre el movimiento del carrito después de empujarlo y
antes de que regrese al comienzo del carril.
2.
Utilice las herramientas de análisis de la gráfica para aplicar un ajuste lineal a la curva.
•
Sugerencia: En el DataStudio, seleccione ‘Linear’ en el menú ‘Fit’. En el
ScienceWorkshop, haga clic en el botón ‘Estadísticas’ y seleccione ‘Ajuste de curva,
ajuste lineal’ en el menú ‘Estadísticas’ (
).
3.
La pendiente de la línea de mejor ajuste corresponde a la aceleración media. Registre su
valor en la tabla de datos.
4.
En la curva de aceleración del Sensor de movimiento, seleccione la región de la curva
que corresponda al movimiento del carrito después del empujón y antes de que regrese
al comienzo del carril.
5.
Utilice la herramienta ‘Estadísticas’ para determinar el valor medio de la aceleración
del Sensor de movimiento para la región seleccionada. Anote el valor medio de la
aceleración en la tabla de datos.
6.
En la curva de aceleración del Sensor de aceleración, seleccione la región de la curva
que corresponda al movimiento del carrito después de empujarlo y antes de que regrese
al principio del carril.
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P07.5
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7.
Utilice la herramienta ‘Estadísticas’ para determinar el valor medio de la aceleración
para el Sensor de aceleración. Anote el valor medio de la aceleración en la tabla de
datos.
8.
Calcule el valor teórico de la aceleración basándose en el ángulo del carril y anote su
valor en la tabla de datos.
a
g sen
Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.
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Informe de Laboratorio
Experiencia P07: Aceleración de un carrito
IDEAS PREVIAS
¿Qué ocurre con la aceleración de un carrito mientras sube y baja por un plano inclinado?
Tabla de Datos
Medida
Serie #1
Ángulo del carril
Serie #2
grados
grados
Aceleración (pendiente)
m/s2
m/s2
Aceleración (media)
m/s2
m/s2
Aceleración (teórica)
m/s2
m/s2
CONCLUSIONES Y APLICACIONES
1.
Describa la gráfica de la posición frente al tiempo. ¿Por qué la distancia comienza en un
máximo y disminuye a medida que el carrito sube por el plano inclinado?
2.
Describa la gráfica de la velocidad frente a tiempo.
3.
Describa la gráfica de la aceleración frente al tiempo.
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P07.7
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4.
Compare el valor de la aceleración obtenido de la gráfica de la velocidad con el valor
medio obtenido de la gráfica de la aceleración.
5.
¿Qué porcentaje de diferencia hay entre la aceleración obtenida de la gráfica de la
aceleración y el valor teórico de la aceleración?
Recuerde, porcentaje de diferencia
6.
teórico medido
100%
teórico
¿Cambió la aceleración cuando se incremento el ángulo de inclinación del carril?
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P07.8
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Experiencia P07: Aceleración de un carrito
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APÉNDICE: MODIFICAR UN ARCHIVO SCIENCEWORKSHOP
Modifique el archivo de ScienceWorkshop existente para añadir el Sensor de aceleración.
Abra el archivo ScienceWorkshop
Abra el archivo titulado:
ScienceWorkshop (Mac)
P10 Accelerate Cart 2
ScienceWorkshop (Win)
P10_CAR2.SWS
El archivo ScienceWorkshop contiene una gráfica de la posición, velocidad y
aceleración del Sensor de movimiento. Es necesario añadir un Sensor de aceleración a
la ventana de configuración del experimento, ajustar el ritmo de muestreo y crear una
gráfica para el nuevo sensor.
Calibrado del Sensor
En la ventana de configuración del experimento, pinche y arrastre el icono del Sensor
analógico hasta el icono del Canal analógico A. Seleccione ‘Sensor de aceleración’ de la lista
de sensores. Haga clic en “OK” para regresar a la ventana de configuración del experimento.
Opciones de muestreo
Haga clic en el botón ‘Opciones de muestreo’ en la ventana de configuración del experimento
o seleccione ‘Opciones de muestreo’ en el Menú del experimento para abrir la ventana de
opciones de muestreo. Bajo ‘Muestras periódicas’ haga clic sobre la flecha derecha para
ajustar la velocidad de muestreo en 50 Hz (50 medidas por segundo).
Presentación de la Gráfica
En la ventana de configuración del experimento, pinche y arrastre el icono de la gráfica hasta
el icono del Sensor de aceleración.
Seleccione ‘Aceleración (m/s2)’ en la lista de cálculos y haga clic en ‘Presentación’.
Resultado: Se crea una gráfica para el Sensor de aceleración que muestra la aceleración
frente al tiempo.
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P07.9