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MANUAL DE LABORATORIO “SIN AULAS”, INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA, DFM-UASLP, agosto 2018

1

PRÁCTICAS DE LABORATORIO PARA

INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA

DFM-UASLP

INTRODUCCIÓN

El presente manual contiene 5 prácticas, las cuales se desarrollan dentro de los temas del curso que son:

1) Movimiento rectilineo Uniforme. El corredor (2 horas aprox.)

2) Movimiento Rectilineo Uniforme. La burbuja que se mueve. (2 horas aprox.)

3) Movimiento Rectilineo Uniformemente Acelerado. La canica acelerada. (2 horas aprox.)

4) Caida libre. Objetos que caen libremente. (3 horas aprox.)

5) Tiro Parabólico. Lanzamientos de Basketball. (2 horas aprox.)

Las prácticas para el laboratorio de la materia Introducción a la Física están diseñadas para fomentar en los

estudiantes del semestre propedeutico los siguientes atributos:

Contextualizar los sistemas físicos en ámbitos reales de manera tangible para los estudiantes.

El manejo de gráficas y su relación con los conceptos cinemáticos.

El uso de algunas Tecnologías de Aprendizaje y Conocimiento (TAC) mediante las cuales podrá

analizar algunos de los sistemas.

Desarrollar y/o fomentar habilidades experimentales y de trabajo colaborativo.

Propiciar la argumentación escrita en las respuestas de los estudiantes.

Reforzar el aprendizaje relacionado con los temas vistos en clase.

Cada práctica toma aproximadamente un tiempo de 2 o 3 sesiones (ó lo mismo que es de 2 a 3 horas), las

cuales podrán ser dosificadas o modificadas en tiempo y forma de acuerdo a las consideraciones del profesor.

Para la realización de las mismas no se necesita un aula de laboratorio en especial, pueden ser realizadas en el

salón de clases, patio o algún otro espacio disponible. Los materiales son sencillo de usar. Se deja a

consideración de cada profesor que imparte la matería en el DFM-UASLP la modificación y/o el uso total o

parcial de las prácticas, aunque la autora agradece que se le informe de dichas modificaciones y del uso que

se realiza por los profesores en el aula, con fines informativos y de investigación educativa.

Autor del Manual: Soraida Cristina Zúñiga Martínez

Email de contacto: [email protected]

Versión del Manual: agosto de 2018


2

Primera Práctica del Curso de Introducción a la Física:

El corredor

Nombre:______________________________ Clave:___________ Fecha:___________

Análisis conceptual. Manuel es un atleta profesional, en sus entrenamientos, camina, trota y corre a velocidad constante

usando siempre el mismo punto de partida.

A. Manuel ha creado un diagrama de puntos, donde cada punto representa la pisada que

da el atleta sobre el terreno en tres ocasiones diferentes (a, b y c), para tiempos iguales, en

sus entrenamientos. El movimiento del atleta es en dirección hacia la derecha y a velocidad

constante. A continuación se muestra el diagrama de Manuel.

Según el diagrama de Manuel, coloca la letra correspondiente al diagrama que representa

cuando el atleta: Camina_________, Trota ________, Corre_________. Justifica tu

respuesta:________________________________________________________________

________________________________________________________________

B. ¿Consideras que la representación de Manuel es adecuada para describir el movimiento

del atleta? ¿Podrías representar gráficamente la velocidad con esta representación?

_________________________________________________________________

Objetivo.

Estudiar el movimiento de una persona a velocidad constante y relacionarlo con las gráficas

posición-tiempo y velocidad-tiempo, a partir de los datos tomados en la situación experimental

planteada.

Materiales: ● Gis ● Cartulina de color


3

● Flexómetro de 5 metros ó un estambre marcado cada 5 metros (30 metros en total) ● Tijeras ● Cinta adhesiva

● Hojas de papel milimétrico y regla para graficar.

● Cronómetro: Se sugiere previamente explorar la función del celular llamada

“cronómetro por pasos”, para evitar confusiones al momento de tomar los datos

haciendo uso de éste.

Desarrollo de la práctica:

1. Realice la práctica en un espacio amplio, como en un patio o corredor, coloque un punto

de referencia (x=0) y trace una línea recta, usando la tiza, en un espacio de al menos 30 m

de largo, establezca una distancia que será la pista donde deberá correr.

2. Sobre la línea recta comenzando en el punto de referencia (x=0) pega una tira de cartulina

de manera perpendicular cada 5 metros; en total pegue 6 tiras de cartulina.

3. Caso a) Pida a una persona que comience a caminar desde 3 metros antes del punto inicial

a velocidad constante; es decir sin acelerar hasta terminar la distancia establecida, tome el

cronómetro y registre el tiempo que tarda el corredor en pasar (desde el punto inicial, x=0)

por cada una de las tiras de cartulina.

4. Caso b) Repita el experimento pero ahora la misma persona deberá trotar a velocidad

constante, es decir sin acelerar hasta terminar, vuelva a tomar el tiempo en el que el

corredor pasa por cada una de las tiras de cartulina.

5. Caso c) Repita el experimento pero ahora la misma persona deberá correr a velocidad

constante, es decir sin aumentar o disminuir su velocidad, hasta terminar la distancia

establecida, vuelva a tomar el tiempo en el que el corredor pasa por cada una de las tiras

de cartulina.

6. Caso d) La misma persona realizará los siguientes movimientos:

1. Caminará a velocidad constante hasta la línea de 15 metros donde se detiene

2. -+Se mantendrá en dicha posición durante 5 segundos

3. Después trotará de manera constante hasta llegar a los 30 m

7. Regístrese en una tabla el tiempo para cada desplazamiento marcado con las líneas de

cartulina y a partir de la posición origen x=0.

Recuerde: para calcular la velocidad media deberá usar la ecuación 𝑣 =𝑋𝑓−𝑋𝑖

𝑡𝑓−𝑡𝑖


4

Tablas de llenado

Caso a) Caminando

Posición

(m)

Desplazamient

o (m)

Δx = 𝑋𝑓 − 𝑋𝑖

Tiempo (s) Intervalo de

tiempo (s)

Δt = 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖

Velocidad media (m /s)

𝑣 =𝑋𝑓−𝑋𝑖

𝑡𝑓−𝑡𝑖

0 0 0 0 -------------------

5 5

10 5

15 5

20 5

25 5

30 5

VELOCIDAD PROMEDIO:

Caso b) Trotando

Posición

(m)

Desplazamient

o (m)



tiempo (s)




𝑡𝑓−𝑡𝑖

0 0 0 0 -------------------

5 5

10 5

15 5

20 5

25 5

30 5

VELOCIDAD PROMEDIO:


5

Caso c) Corriendo

Posición

(m)

Desplazamient

o (m)



tiempo (s)




𝑡𝑓−𝑡𝑖

0 0 0 0 -------------------

5 5

10 5

15 5

20 5

25 5

30 5

VELOCIDAD PROMEDIO:

Caso d) Caminando-reposo-trotando

Posición

(m)

Desplazamient

o (m)



tiempo (s)




𝑡𝑓−𝑡𝑖

0 0 0 0 -------------------

5 5

10 5

15 5

20 5

25 5

30 5

VELOCIDAD PROMEDIO:


6

Modelación del movimiento.

I. GRÁFICA X-T

Usando los 4 casos a) caminar, b) correr, c) trotar y d) caminar-reposo-trotar,

procede a elaborar una gráfica desplazamiento “x” contra tiempo “t”. Para graficar, use

como abscisa el tiempo (eje horizontal) y como ordenada el desplazamiento (eje

vertical).Use una misma gráfica x-t, para los todos los casos, utilice colores para

diferenciarlos.

Observe la gráfica de desplazamiento y tiempo (gráfica x-t) para cada caso y

responda justificando su respuesta:

1) ¿Qué tipo de comportamiento presentan los datos? ¿Cuál es el significado de

la pendiente de la gráfica x-t?

2) Durante el movimiento que se realiza en cada caso ¿Es realmente la

velocidad media constante? Justifique relacionándolo con el comportamiento

de la gráfica x-t

II. GRÁFICA V-T

Calcule dentro de las tablas la velocidad media para cada par de puntos x-t y ponga

los valores dentro de una gráfica velocidad media-tiempo (v-t). Para graficar, use como

abscisa el tiempo (eje horizontal) y como ordenada la velocidad media (eje vertical).Use

una misma gráfica para los todos los casos, utilice colores para diferenciarlos.

3) ¿Cuál es el significado de la pendiente de la gráfica v-t? Ayuda: ¿Está acelerando

el estudiante?

4) ¿Cuál es la velocidad promedio con la que Manuel camina, corre y trota?

5) ¿Cuál será el tiempo de Manuel cuando ha recorrido las distancias de 17 m en los

tres casos a, b y c ?


7

Discusión final. En todas las preguntas justifica tus

respuestas.

A. Observa la siguiente gráfica de

desplazamiento (x) contra

tiempo (t), cuando el atleta

Manuel realiza su

entrenamiento, ¿Cuál representa

cuando camina, trota o corre?

Justifica tu respuesta.

B. ¿Qué significado tiene la

inclinación de la recta?

C. ¿Cuál sería el significado de una recta de longitud infinita en términos del movimiento?

D. ¿Tiene significado físico una recta en el segundo cuadrante de la gráfica x-t? ¿Y en el tercer

cuadrante?¿Y en el cuarto cuadrante? En caso afirmativo, ¿Qué movimiento describen?

E. ¿Bajo qué condiciones un cuerpo puede ser considerado como una partícula puntual? ¿Es

adecuado modelar al corredor como una partícula?

F. ¿Puede un fluido como el aire (por ejemplo, una burbuja de aire) ser modelada como una

partícula puntual con objeto de estudiar su movimiento?


8

Segunda Práctica del Curso de Introducción a la Física:

La burbuja que se mueve

Nombre:______________________________ Clave:___________Fecha:___________

Análisis conceptual. Contesta las siguientes preguntas, justificando tus respuestas en todas ellas.

1. Menciona algunos casos de la vida cotidiana en los que puedas observar a un objeto o

cuerpo que presenta movimiento rectilíneo uniforme. ¿Puede modelarse éste objeto o

cuerpo como una partícula puntual?

2. En un día con mucho viento podemos observar a las nubes desplazarse en el cielo en un

corto periodo de tiempo, ¿Sería posible modelar su movimiento como una partícula

puntual?

3. ¿Puede un fluido como una burbuja de aire ser modelada como una partícula puntual con

objeto de estudiar su movimiento?

4. Considera el movimiento de una burbuja de aire pequeña a lo largo de un tubo lleno de

líquido, ahora considera el movimiento de otra burbuja del doble de tamaño que la primera

y a lo largo del mismo tubo lleno de líquido ¿Tiene las mismas características el

movimiento de ambas burbujas? ¿Influye la masa de la burbuja de aire para calcular su

velocidad?

Objetivo.

Estudiar y modelar el movimiento en línea recta de una burbuja de aire en un fluido como

movimiento rectilíneo uniforme, a través del uso de un sencillo dispositivo que usa como base una

manguera plástica transparente, agua y una burbuja de aire. Relacionar las características del

movimiento con las gráficas posición-tiempo y velocidad-tiempo.


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Materiales:

● Manguera plástica transparente de 102 centímetros de largo y de aproximadamente 1cm de

diámetro interior. ● tapones para los extremos de la manguera

● 1 metro de Madera. ● Cinta de aislar para pegar la manguera. ● Agua. ● Colorante para el agua (cualquier color), puede

usar un endulzante artificial de color. ● Silicon. ● Transportador ● Hojas de papel milimétrico y regla

EXPERIMENTO 1 (ángulo de 90°)

1. Pon una marca usando la cinta de aislar en el metro cada 10 cm. Y usa esta

misma cinta para sostener el tubo en el medio del metro como se muestra en

la figura.

2. Coloque la tapa con silicón en un orificio de la manguera para evitar que

salga el agua.

3. Llena la manguera de agua coloreada (agregar previamente el colorante al

agua) dejando un pequeño espacio aproximado de 1 cm de aire para que se

forme la burbuja.(Se deja un pequeño espacio por llenar).

4. Coloca otro pedazo de silicón en el orificio de la manguera faltante para

evitar que salga el agua. La manguera debe quedar lo más recta posible sobre

el metro.

5. Para hacer más precisos en el conteo del tiempo, deja pasar

la burbuja por la primera marca (0 cm) y empieza a

contabilizar el tiempo a partir de la segunda marca (10 cm).

Es decir se toma la marca de 20 cm como posición inicial.

6. Coloca el metro de forma horizontal y gira rápidamente

hasta ponerlo totalmente en una posición vertical (ángulo de

90°). Con el cronómetro empieza a contabilizar el tiempo

desde cuando la burbuja sube y pasa por la marca de 10 cm, lo cual es considerado el origen

del movimiento (t=0s).

7. Registra los valores del tiempo para cada una de las marcas (desde 20 cm hasta 100 cm en

la REGLA) en la tabla 1.


10

Tabla 1. Ángulo de 90°

Posición

(cm)

Desplazamient

o (cm)



tiempo (s)


Velocidad media (cm /s)


𝑡𝑓−𝑡𝑖

0 0 0 0 ----------------------

10 10

20 10

30

40

50

60

70

80

90

VELOCIDAD PROMEDIO:

EXPERIMENTO 2 (ángulo de 30° y 60°)

Repite el experimento 1 pero ahora inclina el metro 30° y 60° sobre el suelo (usa la pared de apoyo).

Registra los tiempos (t) y desplazamientos (x) en una tabla.


Posición

(cm)

Desplazamient

o (cm)



tiempo (s)




𝑡𝑓−𝑡𝑖

0 0 0 0 ----------------------

10 10

20

30

40


11

50

60

70

80

90

VELOCIDAD PROMEDIO:


Posición

(cm)

Desplazamient

o (cm)



tiempo (s)




𝑡𝑓−𝑡𝑖

0 0 0 0 ----------------------

10 10

20

30

40

50

60

70

80

90

VELOCIDAD PROMEDIO:


12

Modelación del movimiento.

I. GRÁFICA X-T

Usando los 3 casos a) 90° b) 30° y c) 60°, procede a elaborar una gráfica desplazamiento

“x” contra tiempo “t”. Para graficar, use como abscisa el tiempo (eje horizontal) y como

ordenada el desplazamiento (eje vertical). Use una misma gráfica x-t, para los todos los casos,

utilice colores para diferenciarlos.

Observe la gráfica de desplazamiento y tiempo (gráfica x-t) para cada caso y responda

justificando su respuesta:

1) ¿Qué tipo de comportamiento presentan los datos? ¿Cuál es el significado de la

pendiente de la gráfica x-t?

2) Durante el movimiento que se realiza en cada caso ¿Es realmente la velocidad

media constante? Justifique relacionándolo con el comportamiento de la gráfica x-

t

II. GRÁFICA V-T

Calcule dentro de las tablas la velocidad media para cada par de puntos x-t y ponga los

valores dentro de una gráfica velocidad media-tiempo (v-t). Use una misma gráfica, para los todos

los casos, utilice colores para diferenciarlos.

3) ¿Cuál es el significado de la pendiente de la gráfica v-t? Ayuda: ¿Está acelerando la

burbuja?

4) ¿Cuál es la velocidad promedio con la que la burbuja recorre la manguera en cada

ángulo?

Discusión Final. Responde las preguntas y justifica la respuesta.

A. ¿Por qué no es conveniente tomar en cuenta el desplazamiento de la burbuja cuando sube

los primeros 10 cm del metro?


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B. ¿Qué es lo que causa (fuerza) el ascenso de la burbuja? ¿Es indispensable conocer la

magnitud de la fuerza que causa el ascenso de dicha burbuja para modelar su movimiento

(gráficas x-t, v-t, y-t)?

C. En el experimento 1, si hacemos que la burbuja se mueve ahora en la dirección contraria.

Experimentalmente significa girar el metro 180° respecto a la condición en la que lo tenías

inicialmente. ¿Experimentará la misma velocidad?

D. Se puede determinar la velocidad de la burbuja cuando no hay inclinación en la manguera?


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Tercera Práctica del Curso de Introducción a la Física:

La canica acelerada

Nombre: _______________________________Carrera:_____________Clave:____________

Análisis conceptual. Responde las siguientes preguntas y justifica tus

respuestas.

1. Cada una de las fotografías, a), b) y c) de la figura

se tomó de un sólo disco que se mueve hacia la derecha,

que se toma como la dirección positiva. Dentro de cada

fotografía, el intervalo de tiempo entre imágenes es

constante. ¿Cuál(es) fotografía(s),

muestra(n)_______________?

i) velocidad cero constante

ii) aceleración cero constante

iii) velocidad constante positiva

iv) aceleración constante positiva

v) aceleración negativa

2. ¿Alguna vez te has fijado que, al estar sentado en una

plaza o en un parque mirando a tu alrededor, existe mucho movimiento de las personas y objetos

cercanos a ti? ¿Consideras que alguno de los objetos o personas que observas tiene un movimiento

acelerado? Da un ejemplo y justifícalo

3. Si la velocidad de un objeto en algún instante de tiempo es cero. ¿Quiere decir esto que la

aceleración del mismo es cero también?

Objetivo.

Estudiar el movimiento con aceleración constante de una canica en una canaleta inclinada y

relacionarlo con las gráficas posición-tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo, a partir de

los datos tomados en la situación experimental planteada.


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Materiales: ● Canaleta RÍGIDA de 1 metro ½ (150 cm)

● Canica

● Cronómetro

● Transportador

● Hojas de papel milimétrico, regla y calculadora


EXPERIMENTO 1

1. Realice la práctica en un espacio amplio con superficie horizontal, ya sea en el suelo o en

una mesa.

2. Toma la canaleta y desprende la parte de arriba de tal forma que quede como un plano

inclinado donde pueda deslizarse la canica fácilmente. Indica con la cinta de aislar el punto

de referencia (x=0cm) .

3. Ponga una marca cada 25 cm a partir del punto de referencia u origen (x=0) y hasta terminar

de marcar la canaleta.

4. Usa el transportador e inclina la canaleta a 5 ° respecto a la horizontal, con ayuda de tus

compañeros mantengan la canaleta en dicha posición y sin moverse.

5. Comenzando en el punto inicial deja rodar la canica sobre la canaleta. Toma el tiempo que

tarda en desplazarse entre cada uno de los puntos marcados y regístralo en la “tabla de

llenado” correspondiente posición, velocidad y aceleración, que se encuentra abajo en la

práctica.

EXPERIMENTO 2

Repite los pasos 4 y 5 para el ángulo de 10°

EXPERIMENTO 3

Teniendo la canaleta a un ángulo de 5°, da impulso a la canica en la parte inferior de manera tal

que la canica suba por la canaleta y llegue al punto más alto de ésta (aproximadamente) sin caerse.

Toma el tiempo que tarda en desplazarse entre cada uno de los puntos marcados y regístralo en la

“tabla de llenado” correspondiente posición, velocidad y aceleración, que se encuentra a

continuación.


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Tabla de llenado

Experimento 1) Ángulo 5°

Desplazami

ento (𝛥𝑥) cm

Posición (x)

cm

Intervalo de

tiempo (𝛥𝑡) s

Tiempo (t)

con

referencia al

origen, s

Velocidad

media=

𝛥𝑥/𝛥𝑡, cm/s

Aceleración

media=

(vf-vi) / 𝛥𝑡 ,

cm/s2

0 x0=0 -------------- t0= 0 ------------ ------------

25 x1=25 t1= v1= ------------

25 x2=50 t2= v2= a2=

25 x3=75 t3= v3= a3=

25 x4=100 t4= v4= a4=

25 x5=125 t5= v5= a5=

25 x6=150 t6= v6= a6=

ACELERACIÓN PROMEDIO=

Experimento 2) Ángulo 10°

Desplazami

ento (𝛥𝑥) cm

Posición (x)

cm

Intervalo de

tiempo (𝛥𝑡) s

Tiempo (t)

con

referencia al

origen, s

Velocidad

media=


Aceleración

media=


cm/s2

0 x0=0 -------------- t0= 0 ------------ ------------

25 x1=25 t1= v1= ------------

25 x2=50 t2= v2= a2=

25 x3=75 t3= v3= a3=

25 x4=100 t4= v4= a4=

25 x5=125 t5= v5= a5=

25 x6=150 t6= v6= a6=



17

Experimento 3) Ascendente por el plano, Ángulo 5°

Desplazami

ento (𝛥𝑥) cm

Posición (x)

cm

Intervalo de

tiempo (𝛥𝑡) s

Tiempo (t)

con

referencia al

origen, s

Velocidad

media=


Aceleración

media=


cm/s2

0 x0=0 -------------- t0= 0 ------------ ------------

25 x1=25 t1= v1= ------------

25 x2=50 t2= v2= a2=

25 x3=75 t3= v3= a3=

25 x4=100 t4= v4= a4=

25 x5=125 t5= v5= a5=

25 x6=150 t6= v6= a6=


Modelación de los datos.

Realiza los siguientes pasos I, II y III, considerando los experimentos 1, 2 y 3. Responda las

preguntas justificando su respuesta.

I. Gráfica x-t

Usando los datos que se registraron en la tabla, construye la gráfica posición (x) contra tiempo (t),

donde el eje vertical es la posición y el horizontal es el tiempo:

Observe la gráfica de desplazamiento y tiempo (gráfica x-t).

1) ¿Qué tipo de comportamiento presentan los datos?

2) ¿Es la ecuación x(t) como la de una recta, parábola o elipse?

3) ¿Qué puede decir de la velocidad media a partir de la gráfica x-t?

II. Gráfica v-t

Calcule la velocidad media para cada par de puntos en la gráfica x-t y ponga los valores de ésta

dentro de una gráfica velocidad-tiempo (v-t).


5) ¿Cuál es el significado de la pendiente de la gráfica v-t? Ayuda: ¿Está acelerando la

canica?


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III. Gráfica a-t

Calcule la aceleración media para cada par de puntos en la gráfica v-t y ponga los valores de ésta

dentro de una gráfica aceleración media-tiempo (a-t).


8) ¿Cuál es la aceleración promedio de la canica?

Análisis Final Responde las preguntas justificando tu respuesta.

1.- En los experimentos del 1 al 3 ¿La velocidad media de la canica aumenta o disminuye

dependiendo del ángulo de inclinación?

2.- Qué diferencias encuentras entre el movimiento de la canica en la canaleta y el movimiento de

la burbuja en el tubo con un fluido que usaste en la práctica anterior?

3.-Compara lo que sucede en el experimento 1 y 2 con el experimento 3, ¿Cómo cambia o se

compara la velocidad media en cada experimento?

4.- Resuelve el siguiente problema:

Una canica desciende por un plano inclinado a 10°, con una aceleración igual a la aceleración

promedio que obtuviste para el caso de 10°. Si parte del reposo a tiempo t=0s. Calcule:

A) ¿Cuál es la velocidad para la posición de 50 cm y 110 cm?

B) ¿Cuál es el tiempo para el cual la posición de la partícula es de 50 cm y 130 cm?


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Cuarta Práctica del Curso de Introducción a la Física:

Objetos que caen libremente.

Nombre: _______________________________Carrera:_____________Clave:____________

Análisis conceptual.

El experimento realizado en la superficie de

la Luna por el astronauta Dave Scott (Apollo

XV), muestra la independencia de las

ecuaciones de la caída libre respecto de la

masa, como ya dedujo Galileo Galilei hace

400 años.

“Bien, en mi mano izquierda tengo una pluma

y en la derecha un martillo. Y supongo que

una de las razones por la que estamos hoy

aquí es por un caballero llamado Galileo,

porque hace mucho tiempo hizo un

importante descubrimiento sobre los cuerpos

que caen en un campo gravitatorio. Y

pensamos que la Luna sería el mejor lugar

para confirmar sus ideas...

…Ahora lo intentaremos para que lo veas.

Concretamente, la pluma es de un halcón,

una pluma de halcón de nuestro Halcón

Ahora soltaremos los dos a la vez y, esperemos….”

Retomando el experimento real que se realizó en la Luna por el Astronauta Dave Scott,

comprobando la teoría de Galileo, responde las siguientes preguntas. Justifica todas tus

respuestas.

1.- ¿Por qué caen los cuerpos en la Tierra o en la Luna?

2.- ¿Cuál cuerpo crees que llegó primero al suelo?

3.- ¿Cuándo un cuerpo está en caída libre?

4.- ¿Qué relación hay entre fuerza y aceleración debida a la gravedad? ¿Son lo mismo?

5.- ¿Es diferente el valor de la aceleración debido a la gravedad o “g” en la Tierra que en la Luna?

¿Por qué?

http://spaceflight.nasa.gov/history/apollo/apollo15/index.html

http://spaceflight.nasa.gov/history/apollo/apollo15/index.html

http://galileo.rice.edu/index.html


20

6.- ¿Qué pasaría si en vez de dejar caer el ladrillo y la pluma en la Luna, lo dejamos caer en el

espacio, seguirá cayendo igual?

Objetivo.

Estudiar el movimiento de caída libre de algunos objetos y su relación con las gráficas posición-

tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo, a partir de los datos generados en la situación

experimental planteada y a través del uso de algunas Tecnologías para el Aprendizaje y

Conocimiento.

Experiencia 1.- Pelota en caída libre.

Desarrollo del Experimento Materiales:

Pelota pequeña y de color contrastante.

Un metro con papel fluorescente.

Cámara de video o de un celular con buena calidad o con la mejor calidad posible.

Tripie si es una cámara de video o si es un celular algún objeto o dispositivo para poder

colocar el celular y se mantenga fijo.

Software TRACKER descargarlo de: https://www.cabrillo.edu/~dbrown/tracker/

Descargar la versión más actual de preferencia


1. FILMACIÓN DE VIDEOS

Para realizar el análisis cinemático del movimiento de caída libre se requiere la videograbación de

un proyectil (balón o pelota), que se deja caer libremente desde una altura.

Súbase a una silla o desde el punto más alto que pueda usted, y deje caer una pelota verticalmente,

es decir, en caída libre. Grabe al menos dos veces la experiencia y use la que mejor se vea en el

video.

Consideraciones para la grabación de los videos:

La cámara deberá tener buena calidad.

Formato de video de preferencia en mp4.

La toma deberá ser fija, de preferencia con usar un tripie. Además deberá considerarse que

el movimiento se desarrolle en un plano paralelo a la lente de la cámara.

https://www.cabrillo.edu/~dbrown/tracker/


21

Deberá poner una regla o metro en el mismo plano del movimiento, para usarlo como

referencia de longitud en el análisis posterior.

El objeto o partícula en movimiento deberá tener “buen contraste con el fondo”. Ej.

Partícula roja en fondo blanco, o partícula negra en fondo blanco o viceversa.

2. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DEL OBJETO

Deberá contar con el software libre de análisis de videos TRACKER, descargarlo de:

https://physlets.org/tracker/

Para realizar el análisis de video deberá tener cargado previamente en la computadora el video a

analizar. Siga los pasos para el análisis del video que se muestran en el siguiente tutorial:

https://youtu.be/DW9enhyii8c

Con el uso del software se obtienen muchas gráficas de entre las cuales se usarán:

1. Posición vertical contra tiempo y-t

2. Velocidad vertical contra tiempo Vy – t

Figura 1. Software TRACKER, donde se ha realizado el análisis de un video de Caída Libre.


https://youtu.be/DW9enhyii8c


22

A partir de estas gráficas y en el software TRACKER determinar los siguientes valores: Variable medida en TRACKER Valor numérico (colocar unidades)

A. Altura máxima.

B. Aceleración Vertical (aceleración de la gravedad)

3. OBTENCIÓN DE LOS DATOS POSICIÓN VERTICAL “Y” Y TIEMPO “T” A PARTIR

DEL VIDEO Y EL ANÁLISIS CON TRACKER.

A continuación habiendo ya analizado el video (sección 2), se exportarán los datos obtenidos, usa

la función: ARCHIVO- Exportar-Archivo de datos. Ver Figura 2

Figura 2. Exportando datos en el software TRACKER

En la casilla de “exportar datos”, selecciona en la casilla celdas “todas las celdas”, deja igual las

demás opciones. Dar click en “GUARDAR COMO”, ponle el nombre de “DatosTPTracker”. Ver

figura 3.

Figura 3. Guardar los datos.


23

El archivo de datos que guardaste se puede abrir en Word, o Excel

Encontrarás 3 columnas correspondientes al tiempo (t), posición horizontal (x) y posición vertical

(y). IMPRIME DICHOS DATOS YA QUE DEBERÁS ANEXARLOS A LA PRÁCTICA.

NOTA: en la notación usada la letra “E” significa x10, es decir, 3.3366E-2 = 3.3366x10-2

=0.033366

4. MODELACIÓN DEL MOVIMIENTO DEL PROYECTIL EN CAÍDA LIBRE.

Usando los datos obtenidos en la sección 3, ahora se creará el modelo matemático con el que se

trabaja la componente del movimiento en Caída Libre, Eje Y.

Usa todos los datos que obtuviste con el programa TRACKER usando la columna tiempo (t) y

posición vertical (y), y realiza la tabla 1. Para facilitarte el trabajo puedes realizar la tabla y los

cálculos correspondientes en una hoja de EXCEL

4.1 MOVIMIENTO VERTICAL (EJE Y)

TABLA 1. MOVIMIENTO VERTICAL-EJE Y

Tiempo (t)

con

referencia al

origen, s

Intervalo de

tiempo, ∆𝑡 = 𝑡𝑓 −

𝑡𝑖 , s

Posición (x)

m

Desplazami

ento, ∆𝑥 =

𝑋𝑓 − 𝑋𝑖 ,

cm

Velocidad

media,

v= ∆𝑥 / 𝛥𝑡 ,

m/s

Aceleración

media,

a=vf-vi

/∆𝑡 , m/s2

t0= -------------- x0= --------------- ------------ ------------


24

t1= x1= v1= ------------

t2= x2= v2= a2=

t3= x3= v3= a3=

t4= x4= v4= a4=

t5= x5= v5= a5=

t6= x6= v6= a6=

t7= x7= v7= a7=

t8= x8= v8= a8=

t9= x9= v9= a9=

t10= x10= v10= a10=

En el archivo que obtuviste de TRACKER se tienen más de 10 datos, úsalos TODOS

para el llenado de la tabla, el cual puedes hacer en EXCEL.


4.2 Modelación del movimiento vertical, EJE Y

Realiza los siguientes pasos, Puedes también realizar las siguientes graficas usando la hoja de

EXCEL que generaste antes, IMPRIME y anexa dichas gráficas.

I. Gráfica y-t

Usando los datos que se registraron en la tabla, construye la gráfica posición contra tiempo (y-t),

donde el eje vertical es la posición y el horizontal es el tiempo:

Observe la gráfica de desplazamiento y tiempo (gráfica y-t) y responda justificando su respuesta:


2) ¿Es la ecuación y(t) como la de una recta, parábola o elipse?

3) ¿Qué puede decir de la velocidad vertical a partir de la gráfica y-t?

II. Gráfica vy-t

Calcule la velocidad para cada par de puntos en la gráfica y-t y ponga los valores de ésta dentro de

una gráfica velocidad-tiempo (v-t).


5) ¿Cuál es el significado de la pendiente de la gráfica v-t? Ayuda: ¿Está acelerando

en la dirección vertical el balón?


25

III. Gráfica ay-t

Calcule la aceleración para cada par de puntos en la gráfica v-t y ponga los valores de ésta dentro

de una gráfica aceleración-tiempo (a-t).


7) ¿Cuál es la aceleración vertical promedio del balón? ¿Es ésta igual a la aceleración de

la gravedad “g”?

Experiencia 2.- Tuercas en Caída libre

Desarrollo del Experimento

Materiales:

● Hilo o estambre de 2.5 m de largo

● 3 tuercas

● olla de metal o lata metálica (donde puedan golpear las

tuercas)

● Aplicación Sparkvue de Pasco (descargar del playstore

de android)

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.isbx.pasco.Spark&hl=es_MX

● Regla, hoja milimétrica, calculadora

Desarrollo de la práctica: Es importante que previo a la práctica inspeccione el funcionamiento de la aplicación “SPARKvue”

de Pasco, relacionada con la toma de datos en la función “Micrófono integrado” y en la opción

“Nivel de Sonido”, la cual mide la intensidad del sonido en decibeles a través del tiempo.

Parte A)

1. Tome el hilo o estambre aproximadamente 2.30 m y coloque una tuerca cada 1 metro,

comenzando por un extremo del hilo, se colocarán en total las 3 tuercas. Debe quedar un

pedazo de estambre o hilo libre para sujetarlo.

2. Coloque el celular en el piso o cerca de la lata. Verifique que la olla o lata quede debajo

del hilo con tuercas, para que al caer estas golpeen en la lata.

Figura 1

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.isbx.pasco.Spark&hl=es_MX


26

3. Un compañero del equipo deberá subirse a una mesa o silla de manera

tal que pueda sostener el hilo o estambre con tuercas de forma vertical

desde el extremo superior del mismo.

4. Importante: Antes de grabar modifica la frecuencia de grabación,

ponla en 1KHz.

5. Toma el celular y activa la función “grabar”, deja caer todas las tuercas.

Detén la grabación.

6. Guarda el archivo de datos o “experimento”, dando click en el ícono de

COMPARTIR.

7. Repite el experimento 2 veces más. SOLO USARÁS LOS DATOS DE

UNO DE ESOS TRES EXPERIMENTOS, el que salga mejor!! (A

continuación se muestra un ejemplo de la gráfica que se obtiene, Figura

3 )

ANÁLISIS DE DATOS OBTENIDOS MEDIANTE LA APLICACIÓN “SPARK VUE” de

Pasco

1. Abre el archivo de datos en el mismo SPARKvue. Los datos grabados son sonoridad en

decibeles (eje y) y tiempo en segundos (eje x).

2. Identifique los picos en la gráfica que corresponden a cuando cada tuerca golpea el metal

y produce un mayor sonido. Obtendrás un gráfica como la que se muestra en la figura 3

3. Una vez que identifique los picos de la gráfica sonoridad-tiempo. Determina de manera

aproximada usando la gráfica, el intervalo de tiempo que existe entre la caída de cada una

Figura 2

Figura 3


27

de las 3 tuerca, para los cuales las tuercas han caído el mismo desplazamiento (1m) ponga

los datos en la tabla 2.

4. Imprime y anexa la gráfica que obtuviste.

# tuerca Desplazamiento aprox. (m)

Intervalo de Tiempo aproximado (seg)

1ra -------

2da 1

3ra 2

Tabla 2

Parte B)

1. Mueve la tuerca 2 (la de en medio del arreglo: hilo con las 3 tuercas usado en la parte A),

de manera tal, que las tuercas 2 y 3 caigan a iguales intervalos de tiempo. Es decir, que en

la gráfica del nivel del sonido contra el tiempo que se genere (como en la figura 3) los

picos de la gráfica estén separados de igual manera, lo que significa que están a intervalos

iguales entre ellos. Deberás repetir la experiencia cuantas veces sea necesaria para lograrlo.

2. Llena la tabla 3, poniendo los datos de la distancia a la cual colocaste las tuercas como los

desplazamientos de éstas mismas.

# tuerca Desplazamiento aprox. (m)

Intervalo de Tiempo aproximado (seg)

1ra ------- ---------

2da

3ra

Tabla 3

3. Graba el experimento con la aplicación SPARKvue de Pasco y guarda los datos.

4. Imprime y anexa la gráfica como evidencia. Indica los picos que corresponden al sonido

que se genera por cada una de las 3 tuercas.


1. ¿Cuáles son las diferencias y similitudes del tipo de movimiento que tienen la pelota y las

tuercas en caída libre de esta práctica con la práctica anterior en la cual una canica

desciende sobre un plano inclinado?

2. ¿Son diferentes de manera cualitativa (no cuantitativamente) las gráficas x-t, v-t y a-t de

la Experiencia 1 de esta práctica (la pelota en caída libre) con la de la canica descendiendo

por un plano inclinado de la práctica 3?


28

3. En la parte B de la experiencia 2 de esta práctica. ¿Cuál fue el razonamiento que usaste

para modificar la posición de la tuerca 2?

4. ¿Si en vez de una pelota colocáramos un tornillo, una esfera de goma o cualquier otro

objeto en el cual la resistencia del aire sea despreciable? ¿Obtendremos la misma

aceleración promedio?


29

Quinta Práctica del Curso de Introducción a la Física:

Lanzamientos de Basketball

Nombre: _______________________________Carrera:_____________Clave:___________

Análisis conceptual. 1. De las siguientes situaciones. ¿En cuál el objeto en movimiento se representa como un proyectil?

Elija todas las respuestas correctas.

a) Un zapato se lanza en una dirección arbitraria.

b) Un avión jet que cruza el cielo con sus motores impulsando al avión hacia adelante.

c) Un cohete que deja la plataforma de lanzamiento.

d) Un cohete que se mueve a través del cielo, a mucho menos que la rapidez del sonido, después

de que su combustible se agotó.

e) Un buzo que lanza una piedra bajo el agua.

2. Un proyectil es lanzado a cierto ángulo con respecto a la horizontal con una rapidez inicial vi y

resistencia del aire despreciable.

a) ¿El proyectil es un cuerpo en caída libre?

b) ¿Cuál es su aceleración en la dirección vertical?

c) ¿Cuál es su aceleración en la dirección horizontal?

Objetivo.

Estudiar el movimiento de Tiro Parabólico de un lanzamiento de balón de Basketball y su relación

con las gráficas posición-tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo, a partir de los datos

generados en la situación experimental planteada y a través del uso de algunas Tecnologías para

el Aprendizaje y Conocimiento.

Materiales: ● Pelota de Basketball color rojo o naranja (de preferencia)

● Un metro con papel fluorescente

● Cámara de video o de un celular con buena calidad

● Tripie si es una cámara de video o si es un celular algún objeto o dispositivo para poder

colocar el celular y se mantenga fijo.

● Software TRACKER descargarlo de:



1. FILMACIÓN DE VIDEOS

Para realizar el análisis cinemático del movimiento de tiro parabólico se requiere la video

grabación del lanzamiento de un proyectil (balón de Basketball), es donde éste describa la

trayectoria parabólica completa.



30

Consideraciones para la toma de los videos:

● La cámara deberá tener buena calidad.

● Formato de video de preferencia en mp4.

● La toma deberá ser fija, de preferencia con usar un tripie. Además deberá considerarse

que el movimiento se desarrolle en un plano paralelo a la lente de la cámara.

● Deberá poner una regla o metro en el mismo plano del movimiento, para usarlo como

referencia de longitud en el análisis posterior.

● El objeto o partícula en movimiento deberá tener “buen contraste con el fondo”. Ej.

Partícula roja en fondo blanco, o partícula negra en fondo blanco o viceversa.

2. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DEL PROYECTIL EN TIRO PARABÓLICO

Deberá contar con el software libre de análisis de videos TRACKER, descargarlo de:


Para realizar el análisis de video deberá tener cargado previamente en la computadora el video a

analizar. Siga los pasos para el análisis del video que se muestran en el siguiente tutorial:

https://youtu.be/JzzbdqYpUJk

Con el uso del software se obtienen las gráficas:

1. Posición horizontal contra tiempo x-t

2. Posición vertical contra tiempo y-t

3. Velocidad vertical contra tiempo Vy – t

Figura 1. Software TRACKER, donde se ha realizado el análisis de un video de Tiro Parabólico.


https://youtu.be/JzzbdqYpUJk


31

A partir de estas gráficas y en el software TRACKER determinar los siguientes valores:

Variable medida en TRACKER Valor numérico (colocar las unidades)

A. Velocidad Horizontal “Vx”

B. Alcance horizontal

C. Altura máxima

D. Velocidad vertical inicial “Vyi”

E. Aceleración vertical (aceleración de la gravedad)

F. Velocidad inicial de disparo (como una

resultante), 𝑉 = √𝑉𝑥2 + 𝑉𝑦

2

G. Ángulo de disparo a partir de la

componentes Vx y Vyi , 𝜃 = arctan (𝑉𝑦

𝑉𝑥)

3. MODELACIÓN DEL MOVIMIENTO DEL PROYECTIL EN TIRO PARABÓLICO

Usando los datos obtenidos en la sección anterior, ahora se creará el modelo matemático con el

que se trabaja cada una las dos componentes del movimiento en el Tiro Parabólico, Eje “x” y Eje

“y”

3.1 MOVIMIENTO HORIZONTAL (EJE X)

Copia las gráficas las gráficas posición horizontal contra tiempo “x-t”, y velocidad horizontal

contra tiempo “vx-t” a partir del análisis con TRACKER. Imprime y anexa las gráficas.

I. GRÁFICA X-T

Observe la gráfica de posición horizontal y tiempo (gráfica x-t) y responda justificando su

respuesta:

1) ¿Qué tipo de comportamiento presentan los datos? ¿Es la velocidad constante?

Justifique

2) ¿Cuál es la relación entre las variables desplazamiento, tiempo y velocidad? (Es

decir, la ecuación vx(x,t))


32

II. GRÁFICA Vx-T

Observe la gráfica velocidad horizontal-tiempo (vx-t).

3) ¿Cuál es el significado o interpretación que le das a la gráfica vx-t? Ayuda: ¿Está

acelerando el balón en la dirección horizontal “eje x”?

4) ¿Cuál es la velocidad horizontal (promedio) con la que se mueve el balón?

4.2 MOVIMIENTO VERTICAL (EJE Y)

Modelación del movimiento vertical, EJE Y

Copia las gráficas posición vertical contra tiempo “y-t”, y velocidad vertical contra tiempo “vy-t”

a partir del análisis con TRACKER. Imprime y anexa las gráficas.

Observe la gráfica de desplazamiento y tiempo (gráfica y-t) y responda justificando su respuesta:


5) ¿Cuál es la relación entre las variables desplazamiento, tiempo y velocidad? ¿Es la

ecuación y(t) como la de una recta, parábola o elipse?

6) ¿Qué puede decir de la velocidad vertical a partir de la gráfica y-t?

II. Gráfica vy-t

Calcule la velocidad para cada par de puntos en la gráfica y-t y ponga los valores de ésta dentro de

una gráfica velocidad-tiempo (vy-t).


5) ¿Cuál es el significado de la pendiente de la gráfica vy-t? Ayuda: ¿Está acelerando en la

dirección vertical el balón?

III. Gráfica ay-t

Calcule la aceleración para cada par de puntos en la gráfica v-t y ponga los valores de ésta dentro

de una gráfica aceleración-tiempo (ay-t).


7) ¿Cuál es la aceleración vertical promedio del balón? ¿Es ésta igual a la aceleración de

la gravedad “g”?


33


1. ¿Cuáles son las diferencias y similitudes del movimiento horizontal (eje x) que tienen

el balón en Tiro Parabólico con el movimiento de la burbuja de aire en un tubo con agua o

el movimiento con a velocidad constante de un corredor?

2. ¿Son diferentes de manera cualitativa (no cuantitativa) las gráficas del eje horizontal x-t,

vx-t, con aquellas obtenidas para los casos del movimiento de la burbuja de aire en un tubo

con agua o el movimiento con a velocidad constante de un corredor?

3. ¿Es el movimiento horizontal del balón en Tiro parabólico un movimiento rectilíneo

uniforme? ¿Por qué?

4. ¿Cuáles son las diferencias y similitudes del movimiento vertical (eje y) que tienen el

balón en Tiro Parabólico con el movimiento de las tuercas en caída libre de la o con el

movimiento de canica desciende sobre un plano inclinado realizadas en las prácticas

anteriores?

5. ¿Son diferentes de manera cualitativa (no cuantitativa) las gráficas del eje vertical y-t, v-t

y a-t de la esta práctica del balón en Tiro Parabólico con las de las tuercas en caída libre o

las de la canica descendiendo por un plano inclinado?

6. ¿Es el movimiento vertical del balón en Tiro parabólico un movimiento rectilíneo

uniformemente acelerado? ¿Por qué?

7. Si en vez de balón de basketball lanzamos una piedra, un limón o cualquier otro objeto en

el cual la resistencia del aire sobre éste sea despreciable ¿Obtendremos la misma

aceleración vertical promedio?

prÁcticas de laboratorio para …soraidazuniga.pbworks.com/w/file/fetch/128979279/manual...a....

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