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TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 2
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA - Profesor: Jaime Malqui Cabrera Medina – Neiva 2021
Contenido
Introducción ........................................................................................................ 3
Indicadores de Competencias………………………………………………………………………………………4
Marco Teórico………………………………………………………………………………………………………………5
Actividad Motivadora………………………………………………………………………………..……………………6
Materiales……………………………………………………………………………………………………………….…………7
Procedimiento…………………………………………………………………………………………………….…….……..8
Análisis de los Resultados ............................................................................. ….9
Aplicaciones ....................................................................................................... 10
Conclusiones……………………………………………………………………12
Enlaces de Apoyo .............................................................................................. 13
Bibliografía......................................................................................................... 14
Webgrafía .......................................................................................................... 15
Para Reflexionar……………………………………………………………..…16
GUÍA DE LABORATORIO # 1 – RELACION FUNCIONAL - LINEAL –
EXCEL - USO DE SIMULADORES
Relación funcional - lineal – Uso de Excel -
Simuladores
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Introducción
Excel es un software, o lo que es lo mismo un programa informático, que sirve
para realizar cálculos numéricos o matemáticos.
Es una hoja de cálculo para el registro de números, datos y texto. Si bien sus
utilidades y funciones son muy amplias, ya que con Excel puedes realizar
desde una simple suma, hasta resolver integrales, pasando por crear gráficos,
ordenar y agregar información no numérica, resolver programas matemáticos
y un largo etcétera.
En la presente guía se utilizará Excel para realizar el tratamiento de datos
experimentales obtenidos a partir de un simulador los cuales permitirán la
elaboración de tablas, gráficas y la obtención de la ecuación matemática que
rige el fenómeno en estudio, se estudiara la relación lineal entre variables
físicas.
"Un simulador es quizá la aplicación que más aprovecha las especificaciones
de la computadora como recurso de aprendizaje y que cada día se extiende
más en áreas de la educación".
El simulador permite al estudiante aprender de manera práctica, a través del
descubrimiento y la construcción de situaciones hipotéticas. Un simulador
tiene la ventaja de permitirle al estudiante desarrollar la destreza mental o
física a través de su uso y ponerlo en contacto con situaciones que pueden ser
utilizadas de manera práctica. Si son usados en trabajo colaborativo,
estimulan el trabajo en equipo al estimular la discusión del tema.
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Indicadores de Competencia
• Adquiere habilidades y destrezas en el manejo de datos experimentales
haciendo uso de Excel – tablas, gráficas y ecuaciones.
• Reconoce la relación existente entre dos variables físicas a partir de la
curva obtenida al graficarlas y deducir la expresión matemática que las
relaciona.
• Valora la importancia de las herramientas disponibles en la web –
simuladores – para apoyar procesos de enseñanza – aprendizaje.
• Colabora activamente con los compañeros de equipo, y valora y
demuestra habilidades en el uso de simuladores, en la toma de medidas
y en el manejo de los datos.
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Marco Teórico
Consulte los temas dados a continuación para la buena realización de la
práctica de laboratorio:
• ¿Qué se entiende por función lineal, gráfica y ecuación?
• ¿Cuándo se dice que dos cantidades físicas son directamente
proporcionales o simplemente proporcionales?
• ¿Porque la gráfica entre dos variables fiscas que están relacionadas
linealmente siempre es una línea recta?
• Se puede calcular la velocidad del sonido en el aire a una temperatura T
(°C) mediante la expresión 𝑣 = 331,5 𝑚
𝑠+ (0,6
𝑚
𝑠.°𝐶) . 𝑇 , realice un
gráfico de velocidad contra temperatura e indique el significado físico
de las constantes que aparecen en la ecuación.
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Actividad Motivadora
Link video: https://www.youtube.com/watch?v=RfcwvRYPOKs
Después de observar el video complete la siguiente ficha de video.
Titulo:
Objetivo:
Resumen:
Conclusiones:
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Materiales
Para desarrollar este laboratorio solamente necesitas una computadora que
tenga instalado Excel y con acceso a internet.
Para la toma de datos experimentales se va a hacer uso del simulador
http://www.educaplus.org/game/ley-de-hooke-v2 desarrollado por la
organización educaplus – Explórelo para poder tomar datos más adelante.
Para el estudio de la relación lineal se usará el simulador oscilador armónico
simple, en el cual podrás observar de manera didáctica e interactiva el
comportamiento de la deformación de un resorte a medida que se le
suspenden masas.
Figura 1 – Simulador Ley de Hooke v2
Derechos de Autor: http://www.educaplus.org/game/ley-de-hooke-v2
Proyecto: Organización Educaplus
Haz clic sobre la palabra simulador para acceder a todos los simuladores –
proyecto PhET
SIMULADOR PROYECTO EDUCAPLUS
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Procedimiento
Relación lineal:
1. Entre al simulador por medio del link otorgado anteriormente.
2. Relaciónese con los controles.
3. Fije un resorte de trabajo, por ejemplo, muelle 1 (juegue durante 5
minutos).
4. Fije la posición inicial o de equilibrio del resorte (Resorte sin peso),
registre su valor (𝑦0 = _________)
5. Cuelgue el portapesas y registre masa, posición final y elongación en la
tabla 1. Calcule valores de fuerza y constante elástica del resorte.
6. Repita el experimento para cinco masas diferentes y registre valores en
tabla 1.
Tabla 1. Deformación de un resorte
Masa m (Kg)
Posición final 𝒚 (𝒎)
Fuerza (𝑭 = 𝒎. 𝒈) (N)
Elongación (𝑒 = 𝑦 − 𝑦0) (m)
Constante elástica del
resorte (𝒌 =𝑭
𝒆) (𝑵/𝒎)
Observación: para obtener valores de masa halle el valor de la pesa
de color azul y el valor de la pesa de color verde y luego realice
combinaciones.
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Análisis de los Resultados
Relación lineal
1. Realice en Excel la gráfica de Fuerza aplicada contra elongación producida.
(atendiendo las normas para la construcción de gráficos en Excel).
2. Escriba la ecuación que relaciona a las variables Fuerza aplicada y
elongación producida. (copie y pegue a partir de Excel).
3. Escriba el valor de la constante de proporcionalidad con sus respectivas
unidades. ¿De acuerdo con las unidades de la constante de proporcionalidad
que nombre recibe dicha constante? – Observe la última línea de la tabla 1.
4. Aplique la teoría de mínimos cuadrados para hallar el modelo matemático
empírico que relaciona a la fuerza con la elongación (no olvide el cambio de
variables en el modelo lineal de la forma 𝒚 = 𝒎𝒙 + 𝒃). ¿De acuerdo con las
unidades de la pendiente que cantidad física representa?, ¿de acuerdo con las
unidades del intercepto que cantidad física representa? Escriba el modelo
matemático en termino de las variables en estudio.
5. Compare la ecuación que relaciona a la fuerza aplicada con la elongación
producida en el resorte obtenida al aplicar Excel con el modelo matemático
obtenido al aplicar la teoría de mínimos cuadrados. ¿Que concluye?
6. Utilice el modelo matemático hallado en el punto (4) y determine:
• La fuerza que hay que aplicar para que el resorte se elongue una
distancia de 200 𝑐𝑚
• La elongación del resorte cuando se cuelga una masa de 𝟐𝟎𝟎 𝒈.
Recuerde que: (𝟏 𝑲𝒈 = 𝟏𝟎𝟑 𝒈 , 𝒒𝒖𝒆 𝟏 𝒎 = 𝟏𝟎𝟐 𝐜𝐦)
7. Enuncie y escriba la ley que relaciona a la fuerza aplicada, con la elongación
producida en el resorte (utilice letras adecuadas).
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Aplicaciones
• Un modelo físico consta de un tubo acrílico de menos de un centímetro de
diámetro y de 180 cm de largo, sellado por uno de sus extremos y el otro
extremo abierto a la atmosfera. En el tubo se hacen marcas cada 20 cm, se
llena completamente de aceite, se dejan caer balines de acero y con ayuda
de un cronometro se toman los tiempos de caída al pasar por cada marca
(ver imagen). Los datos obtenidos se registraron en la tabla 1.
Tabla 1. Distancia y tiempo – caída de un balín en
aceite.
Distancia h (cm) Tiempo t (s)
0,0 0,0
20,0 5,0
40,0 9,8
60,0 15,2
80,0 19,9
100,0 25,0
120,0 30,0
140,0 35,2
160,0 40,0
Se pide:
• En Excel construya la grafica que relaciona la distancia h con el tiempo t (no
olvide aplicar técnicas vistas para presentar gráfico y su respectiva
ecuación).
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• Escriba la ecuación que relaciona a la distancia recorrida con el tiempo
empleado por el balín en caer (utilice Excel).
• Escriba el valor de la constante de proporcionalidad en número más
unidades, de acuerdo con las unidades que nombre recibe la constante.
• Utilice la técnica de mínimos cuadrados para encontrar el modelo
matemático que relaciona a la distancia recorrida con el tiempo empleado
por el balín en caer. Compare el modelo matemático encontrado con la
ecuación arrojada por Excel. ¿Que concluye?
• Utilice el modelo matemático hallado por técnica de mínimos cuadrados y
calcule:
o La distancia “h” recorrida por el balín cuando el tiempo transcurrido
de caída es de 𝟐𝟖 𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔.
o El tiempo de caída “𝒕” empleado por el balín en caer en aceite una
distancia “𝒉” igual a 𝟏𝟑𝟕 𝒄𝒎.
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Conclusiones
• Escriba aquí las conclusiones. Las conclusiones deben estar de acuerdo con
los indicadores de competencias, graficas, modelos matemáticos, …
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Enlaces de Apoyo
Virfismat.com
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Bibliografía
Bauer, W., & Westfall, G. (2014). Física para Ingeniería y Ciencias con Física
Moderna (Segunda ed., Vol. 1). México D.F.: McGraw Hill Education.
M., A., & Finn, E. J. (1995). Física. México D.F.: Addison-Wesley Iberoamericana.
Resnick, R., Halliday, D., & Krane, K. S. (2001). Física (Cuarta ed., Vol. 1). México
D.F.: Grupo Patria Cultural.
Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2014). FÍSICA para ciencias e ingeniería (Novena
ed., Vol. 1). México D.F.: Cengage Learning Editores.
Tipler, P. A., & Mosca, G. (2006). Física para la ciencia y la tecnología (Quinta
ed., Vol. 1). Barcelona: Reverté.
Toledo López, P. H. (2010). Experimentos Virtuales de Física. Bogotá: Ediciones
Fundación Universidad Central.
Young, H. D., & Freedman, R. A. (2013). Física Universitaria (Décimo Tercera
ed., Vol. 1). México D.F.: Pearson Educación de México.
Cabrera, J. M. & Otros. (2016). MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE FÍSICA. primera ed., Neiva - Huila.
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Webgrafía
• http://www.educaplus.org/game/ley-de-hooke-v2
• https://www.youtube.com/watch?v=MyroA57vj1g&t=192s
• https://www.youtube.com/watch?v=RfcwvRYPOKs
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Para reflexionar…
“La variedad de desastres que pueden ocurrirnos es tan enorme que tendemos
a preservar nuestra cordura al no pensar en la mayoría de ellos”
Robert Hooke (1635 – 1703)
• Robert Hooke: (Freshwater, Inglaterra, 1635 - Londres, 1703) Físico y
astrónomo inglés. Aunque principalmente es conocido por sus estudios
sobre la elasticidad, fueron notables asimismo sus descubrimientos
astronómicos y sus aportaciones a la biología.
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