1Laboratorio de Física II

INTRODUCCIÓN

Cada vez que contemplamos y examinamos la naturaleza, apreciamos distintos fenómenos como la lluvia, los vientos, los relámpagos, el arco iris, los diversos colores y variedades de la naturaleza de la fauna silvestre y marina, etc. En el largo proceso de la historia, el hombre ha ido descubriendo las causas de los fenómenos, efectos y leyes de la naturaleza.

Tal vez usted se ha preguntado ¿A qué se debió que el hombre descubre estas leyes que rigen los fenómenos naturales? .Esto se debió por su necesidad de sobrevivencia, alimentación, vivienda, salud, comunicación, etc. Esto implico mucho a realizar actividades de ensayo o de pruebas llegando a obtener analogías para poder vencer las dificultades en medio de una lucha, acertando en algunas ocasiones y en otras fracasando, producto de esto fueron alcanzado conocimientos.

Para el hombre no fue simple plantear analogías, ya que, muchos practicas al inicio no funcionaron algunas por cuestiones de técnicas y otras por falta de materiales, debiendo así mejor cada vez para poder perfeccionar su trabajo. Efectivamente gracias al trabajo el hombre sobrevive, descubre leyes, establece leyes, analogías, vence dificultades, se desarrolla intelectualmente, moral y socialmente evoluciona.

A continuación, presentaremos los objetivos de esta sesión de laboratorio, conceptos previos para la realización de nuestro montaje a través del fundamento teórico, los materiales y equipos utilizados durante las experiencias, los procedimientos realizados con sus debidos resultados y las conclusiones del caso.

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OBJETIVOS

Comprobar la relación entre el trabajo aplicado sobre un objeto y la variación en su energía cinética.

Realizar cálculos cinemáticos basándose en consideraciones dinámicas y mecánicas para los materiales y accesorios usados.

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FUNDAMENTO TEÓRICO

La energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. Suele abreviarse con letra Ec o Ek (a veces también T o K).

Se entiende por trabajo a la cantidad de fuerza multiplicada por la distancia que recorre dicha fuerza. Esta puede ser aplicada a un punto imaginario o a un cuerpo para moverlo. Pero hay que tener en cuenta también, que la dirección de la fuerza puede o no coincidir con la dirección sobre la que se está moviendo el cuerpo. En caso de no coincidir, hay que tener en cuenta el ángulo que separa estas dos direcciones.

Por lo tanto. El trabajo es igual al producto del coseno del ángulo por la distancia y que existe entre la dirección de la fuerza y la dirección que recorre el punto o el objeto que se mueve.

W = (F.Cosβ). x

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MATERIALES

Computadora personal con programa Data Studio instalado

Interface Power link

Sensor de movimiento rotacional

Móvil PASCO

Pesa con porta pesa

Base soporte (2) , varillas (2) y cuerda

Regla

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PROCEDIMIENTO

En primer lugar, se ensambló todas las piezas del montaje (sensor, poleas, varillas, etc.). Según la siguiente imagen:

Luego para el experimento utilizamos una porta pesa de 50g, el móvil de PASCAR, PLACA Y UNA CUERDA.

Se hicieron cinco ensayos por cada vez que variábamos la masa de las pesas (50gr., 100gr., 150gr.)

Ingresamos al programa Data Studio, seguidamente creamos un nuevo experimento con el Sensor de Movimiento Rotacional (Colocado detrás del móvil pascar) . previamente reconocido por el programa.

Una vez que el software data estudio, reconoció el sensor de movimiento, se continuo dándole clic en configuración, configurando primero dando clic en la opciones velocidad, y segundo se configuro la frecuencia de 10 Hz a 50 Hz para un mejor precisión en el experimento.

Ya teniendo la configurado el sensor de movimiento con los datos adecuados, se deslizó “la opción grafica a velocidad “obteniendo así la gráfica de velocidad vs. Tiempo y la gráfica posición vs. tiempo.

Se hicieron cinco ensayos por cada vez que variábamos la masa de las pesas (50gr., 100gr., 150gr.).

Con la ayuda de Data Studio, obtuvimos los datos de las posiciones (final e inicial) y las velocidades (final e inicial).

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Se halló la energía cinética y gravitatoria, de las cuales su promedio debe de tender a ser igual a la energía mecánica teórica. La calculamos con las siguientes fórmulas:

E. cinética = (0.5)(masa)(Vf2 –VI2) (1)Energía gravitatoria = (masa)(gravedad)(altura) (2)

En la segunda parte, usamos, además del sensor de movimiento, el sensor de fuerza con el siguiente montaje:

El programa Data Studio, nos arrojará el valor de la fuerza que se aplicó al móvil.

CUADRO DE RESULTADOS:

Exp. 1

M. Móv.

M. pesa

V final

V In.

X in. X final

W cinét.

W gravit.

W prom.

ac. sist.

W teór.

ens. 1

0.247 gr.

0.05 gr.

1.09 0.54 0.14 0.48 0.11 0.10 0.136 1.60 0.14

ens. 2

0.247 gr.

0.05 gr.

1.09 0.54 0.14 0.48 0.12 0.18 0.136 1.60 0.14

ens. 3

0.247 gr.

0.05 gr.

1.76 0.75 0.24 0.66 0.12 0.18 0.136 1.60 0.14

ens. 4

0.247 gr.

0.05 gr.

1.06 0.55 0.14 0.49 0.10 0.10 0.136 1.60 0.14

ens. 5

0.247 gr.

0.05 gr.

1.29 0.66 0.19 0.68 0.15 0.20 0.136 1.60 0.14

E%energía = 2.85%

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Exp. 2

M. Móv.

M. pesa

V final

V In.

X in. X final

W cinét.

W gravit.

W prom.

ac. sist.

W teór.

ens. 1

0.247 gr.

0.1 1.52 0.98 0.24 0.51 0.16 0.26 0.22 2.90 0.227

ens. 2

0.247 gr.

0.1 1.63 1.17 0.31 0.51 0.15 0.27 0.22 2.90 0.227

ens. 3

0.247 gr.

0.1 1.34 0.85 0.17 0.46 0.13 0.28 0.22 2.90 0.227

ens. 4

0.247 gr.

0.1 1.51 1.00 0.23 0.53 0.15 0.29 0.22 2.90 0.227

ens. 5

0.247 gr.

0.1 1.22 0.85 0.17 0.41 0.09 0.23 0.22 2.90 0.227

E%energía = 3%

Exp. 2

M. Móv.

M. pesa

V final

V In.

X in. X final

W cinét.

W gravit.

W prom.

ac. sist.

W teór.

ens. 1

0.247 gr.

0.15 1.53 1.23 0.26 0.51 0.10 0.40 0.23 3.69 0.236

ens. 2

0.247 gr.

0.15 1.92 1.41 0.35 0.65 0.20 0.44 0.23 3.69 0.236

ens. 3

0.247 gr.

0.15 1.51 1.26 0.27 0.44 0.09 0.37 0.23 3.69 0.236

ens. 4

0.247 gr.

0.15 1.64 1.34 0.32 0.65 0.11 0.35 0.23 3.69 0.236

ens. 5

0.247 gr.

0.15 1.71 1.05 0.19 0.63 0.22 0.38 0.23 3.69 0.236

E%energía = 2.54%

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En la segunda parte del experimento, el Data Studio no arrojó el valor de la fuerza. Se comprobó que el trabajo calculado con la fuerza y la distancia, va a ser igual al calculado con la fuerza, la velocidad y el tiempo.

W = F.d = F. V. t (1)

Haciendo los cálculos:

W = F. d

d: Variación de posición (m)F: Fuerza (N)

W = (0.1)(0.22-0.13) =0.09 J

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CUESTIONARIO

1. ¿Es el trabajo es igual a la variación de la energía cinética? Justifique

De acuerdo a la experiencia realizada por la tensión de la cuerda, que era una fuerza variable la cual hizo variar la energía cinética del móvil podemos afirmar que son iguales.

2. ¿Qué sucede con la variación de la energía cinética a medida que aumenta la fuerza?

Según iba aumenta la fuerza el móvil experimentará una mayor velocidad, y como la energía cinética depende únicamente de la velocidad y con la masa contante, entonces la energía cinética aumenta; como se pudo notar en la experiencia.

3. ¿Es importante la fuerza de fricción? ¿afecta sus resultados esperados? Justifique.

La fuerza de fricción permite que el móvil se deslice, pero en la experiencia realizada no se tomó en cuenta, pero que si afecta al resultado, aunque no sea muy considerable, ya que se tuvo un porcentaje de error de 1,96% lo cual refleja que la fuerza de rozamiento no es muy relevante en la experiencia, por lo tanto no se tomó en cuenta.

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OBSERVACIONES

Se observó que en la práctica que el sensor de movimiento debía de estar colocado aproximadamente 15 cm del móvil pasar y esta tenía que contener una placa metálica para que así pueda realizar una mejor lectura y obtener los datos correctos.

Se obtuvo un porcentaje de erros de 1.96 %, debido seguramente a que a que no se consideró el rozamiento de las poleas.

Observamos que el móvil pascar tenía que desplazarse en forma recta para obtener datos correctos y al momento de avaluarlos no cometer errores.

Se halló la masa del móvil, antes de realizar la experiencia, del Data Studio se obtenía la velocidad final, y con esos dos parámetros se pudo determinar la energía cinética.

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CONCLUSIONES

Podemos inferir que el trabajo neto realizado sobre un cuerpo a través de la fuerza de tensión de la cuerda, es igual a la variación de la energía cinética del móvil

La cantidad de trabajo desarrollado por medio de una fuerza contante depende del módulo de dicha y del desplazamiento paralelo a dicha fuerza. Para una fuerza horizontal o vertical según se plante.

El móvil experimentara mayor energía cinética, si se incrementa la masa en el porta pesas, ya que abra una mayor fuerza que efectuara trabajo sobre el móvil y si se aumenta o disminuye la masa del cuerpo, el trabajo sobre el cuerpoy su energía cinética no se alteran.

Inferimos si la fuerza aplicada sobre el móvil se incrementa el trabajo realizado también se incrementara, y por ende abra una mayor energía cinética.

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REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

Perú. Instituto de ciencias y humanidades. (2011).Física una visión analítica del movimiento (vol. 1).Lima: Lumbreras.

Serway, Raymond A. (1998). Física. México D.F.: McGraw – Hill (530/S42F)

Bueche , Frederick J. (2007) Física general. Mexico D.F.: McGraw – Hill (530/B88/2007)

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