1

Prcticas:

1- Pndulo simple. Determinacin de la gravedad

2- Ley de Hooke. Determinacin de la constante elstica de un muelle

3- Estudio del movimiento rectilneo uniformemente acelerado. Determinacin de una aceleracin.

4- Teora de circuitos. CC

5- Teora de circuitos. CA

6- Figuras de Lissajous.

7- Comprobacin de las leyes de la reflexin y refraccin de la luz

8- Medida de la viscosidad de un fluido

Links tiles:

1. Fsica por ordenador:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm

2. Antonio J. Barbero

http://www.uclm.es/profesorado/ajbarbero/uclm1.htm

3. Apuntes de educastur

http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Apuntes/Apuntes2Fis/PenduloAmplitud.pdf

2

PRCTICA 1: P%DULO SIMPLE. DETERMI%ACI% DE LA GRAVEDAD.

MATERIAL

* Bola de pndulo e hilo metlico.

* Cronmetro

FUNDAMENTO

Se denomina pndulo simple (o pndulo matemtico) a un punto material suspendido de un hilo inextensible y sin peso, que puede oscilar en torno a una posicin de equilibrio. La distancia del punto pesado al punto de suspensin se denomina longitud del pndulo simple. Ntese que un pndulo matemtico no tiene existencia real, ya que los puntos materiales y los hilos sin masa son entes abstractos. En la prctica se considera un pndulo simple un cuerpo de reducidas dimensiones suspendido de un hilo inextensible y de masa despreciable comparada con la del cuerpo. En el laboratorio emplearemos como pndulo simple un slido metlico colgado de un fino hilo de cobre.

El pndulo matemtico describe un movimiento armnico simple en torno a su posicin de equilibrio, y su periodo de oscilacin alrededor de dicha posicin est dada por la ecuacin siguiente:

2L

Tg

pi=

donde L representa la longitud medida desde el punto de suspensin hasta la masa puntual y g es la aceleracin de la gravedad en el lugar donde se ha instalado el pndulo. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En el laboratorio se dispone de varios pndulos de longitudes diversas. Seleccionar un pndulo y medir el periodo de oscilacin siguiendo las reglas siguientes:

* Separar el pndulo de la posicin vertical un ngulo pequeo (menor de 10) y dejarlo oscilar libremente, teniendo cuidado de verificar que la oscilacin se produce en un plano vertical.

* Cuando se est seguro de que las oscilaciones son regulares, se pone en marcha el cronmetro y se cuentan N oscilaciones completas a partir de la mxima separacin del equilibrio (se aconseja tomar N = 20, bien entendido que una oscilacin completa dura el tiempo de ida y vuelta hasta la posicin donde se tom el origen de tiempos). El periodo del pndulo es igual al tiempo medido dividido por N.

* Se repite la medida anterior un total de seis veces con el mismo pndulo. TRATAMIENTO DE DATOS

Se obtiene la media de los valores del periodo obtenidos de las medidas de tiempo. Este ser el valor aceptado del periodo, sobre el cual se aplican los criterios generales de la teora de errores para determinar su error absoluto. Seguidamente, y empleando el valor de la longitud del pndulo y su error, se calcula la aceleracin de la gravedad y su error a partir de:

2

2

4 Lg

T

pi=

3

EJEMPLO

Al medir las oscilaciones de un pndulo simple con un cronmetro que aprecia 0.2 s. se han obtenido los

valores que se presentan en la columna t de la tabla 1. La longitud del pndulo es L = 0.920.02 m.

Determinar la aceleracin de la gravedad. Tabla 1

Oscilaciones t T

20 38,4 1.92

20 38.8 1.94

20 39.2 1.96

20 39.0 1.95

20 38.8 1.94

20 38.6 1.93

La columna T se ha obtenido dividiendo los valores de la columna t por el nmero de oscilaciones. El resultado es el periodo del pndulo. Al ser el error del aparato 0.2 s, la precisin en cada medida de periodo es 0.2/20 = 0.01 s. El valor medio del periodo es 1.9400 s, y para determinar su error comparamos entre si los siguientes valores:

a) El error estndar (N es el nmero de medidas, en este caso N = 6):

Error estndar 0.006

= =

b) El cociente entre la precisin del aparato de medida (en este caso 0.01, pues se han tomado 20 oscilaciones) y la raz del nmero de medidas:

0.010.004Error aparato s

= =

De la comparacin de a) y b) resulta que debe tomarse a) como error de la serie de medidas, pues es el mayor de los dos; por tanto, el valor aceptado del periodo es:

1.940 0.006T T s =

Clculo de la gravedad En funcin de la longitud y del periodo del pndulo simple, la gravedad es:

2 2

2 2 2

4 4 0.929.6504

1.940

L mg

T s

pi pi= = =

Calculemos ahora el error g para acotar el nmero de cifras significativas: primero determinamos el error relativo:

0.02 0.006( ) 2 2 0.022 0.0062 0.03 (3%)

0.92 1.940RL T

E gL T

= + = + = +

El error absoluto ser pues:

2( ) 9.6504 0.03 0.2895 0.29R

mg g E g

s = = =

La medida de la gravedad ser:

29.65 0.29

mg g

s =

4

PREGU%TAS

1. Anotar los errores de todos los instrumentos de medida.

a. Error del cronmetro.

b. Error de la cinta mtrica.

2. Cubrir la siguiente tabla para los datos de 4 pndulos de diferente longitud:

Longitud pndulo:

Medidas Clculos N

repeticin N total

oscilaciones Tiempo total (s)

Perodo (T)

Gravedad

1 2 3 4 5 6

3. Determina de la tabla anterior el valor de la gravedad con su error. Representa el

periodo frente a la longitud para determinar la gravedad grficamente. Cul es su valor? qu diferencias encuentras en los valores obtenidos?

4. Qu fuentes de error aparecen en la determinacin de la gravedad realizada en esta prctica? Disminuira la precisin en la determinacin de g utilizar un cronmetro que slo apreciase dcimas de segundo en lugar de centsimas?

5. Sera una buena idea aumentar el valor del nmero de oscilaciones hasta varios millares para minimizar el error cometido al medir el periodo del pndulo?

6. Supngase que se realiza la prctica en un ascensor que acelera hacia arriba a razn de 1.500.10 m/s2. Qu valor del periodo de oscilacin habramos obtenido utilizando el mismo pndulo?

7. Qu ocurrira si la amplitud de oscilacin del pndulo forma un ngulo con la vertical elevado, por ejemplo 50? Valdra la expresin que hemos utilizado hasta ahora para calcular el perodo? Razona la respuesta.

5

PRCTICA 2: LEY DE HOOKE. DETERMI%ACI% DE LA CO%STA%TE ELSTICA DE U% MUELLE

MATERIAL

* Muelle elstico

* Pesos

* Cronmetro y balanza

FUNDAMENTO

Un cuerpo elstico sometido a una fuerza F sufre una deformacin, estiramiento o compresin, 0l l l = directamente proporcional a la fuerza aplicada. Esta relacin de proporcionalidad:

F k l= se conoce como ley de Hooke. El signo menos indica que la fuerza es recuperadora, es decir, que se opone a la deformacin, l0 es la longitud natural del muelle y k es la constante elstica. Si le colocamos a este muelle una masa, se pierde el equilibrio y dicha masa empezar a oscilar con un perodo:

2M

Tk

pi=

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

a) Determinacin de k a partir de la deformacin del muelle: En el laboratorio se dispone de un soporte con un muelle del que cuelga un portamasas en el cual se colocan varios anillos de diferente masa. Hay una regla que permite medir la elongacin del muelle.

Toma de datos: - Pesar el muelle y la cestilla por separado - Elegir los incrementos de masa que van a ser empleados segn la rigidez del

muelle disponible. - Colocar el portamasas en la parte inferior del muelle y aadir una masa suficiente

para que el muelle quede tenso. - Medir la posicin del punto de referencia. - Aumentar la masa y repetir la medida de la elongacin. Se deben tomar medidas

de al menos 5 masas distintas completando los datos de la tabla. - Estimar el error asociado a cada una de las medidas experimentales realizadas.

b) Determinacin de k a partir de la oscilacin de una masa:

- Colocar el portamasas en la parte inferior del muelle y aadir una masa suficiente para que el muelle quede tenso.

- Medir la posicin del punto de referencia. - Estirar o comprimir levemente el portapesas de modo que, al dejarlo en libertad,

empiece a oscilar verticalmente. Se dejan pasar las primeras oscilaciones hasta que se estabilice el movimiento, se cronometra el tiempo empleado en 20 oscilaciones. Empezar a contar en una de las posiciones extremas, la ms alta o la ms baja, y contar una oscilacin cada vez que la masa pasa por esa posicin.

- Aumentar la masa y repita la medicin de la elongacin y del periodo. Se deben tomar medidas de al menos 5 masas distintas completando los datos de la tabla.

- Estimar el error asociado a cada una de las medidas experimentales realizadas.

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PREGU%TAS A: Modo esttico

1) Anotar los errores de todos los instrumentos de medida.

2) Rellenar la siguiente tabla para dos muelles diferentes y determina el valor de la constante elstica de cada uno de los muelles.

Muelle: Medidas Clculos

N de pesos

Masa colgada (g)

l = y-y0 (m)

F (N)

k= F/x

portamasas 0 F0 1 2 3 4 5

m0: masa del portamasas ; m: masa de la pesa y0: posicin de equilibrio del muelle al colocar el portamasas. y: posicin de equilibrio del muelle al colocar la masa m.

3) Representar la deformacin, ,l producida por el muelle frente a los pesos, F,

que cuelgan de l. Ajustar a una recta los puntos representados en el punto anterior. Cual es la pendiente? esta recta pasa por el origen de coordenadas?

4) Qu indica el valor de pendiente?

5) Por qu trabajamos en rgimen lineal?

PREGU%TAS B: Modo dinmico

1) Anotar los errores de todos los instrumentos de medida.

2) Cul es la amplitud de la oscilacin? Cul es su frecuencia? Cul es la expresin de la onda que describe su movimiento?

3) Rellena la siguiente tabla para dos muelles diferentes:

Muelle: Medidas Clculos

N veces m m + m0 Tiempo, t N ciclos,

n Perodo,

T=t/n T2

1 2 3 4 5

m0: masa del portamasas; m: masa de la pesa 4) Representar 2T frente a 0m m+ , que como indica la ecuacin

02 ,M

T M m mk

pi= = + , es una recta. De esta grfica estimar el valor de la

constante k a partir de la pendiente de la recta. 5) Comparar los resultados de k obtenidos por el mtodo esttico y dinmico y

determinar el error relativo suponiendo que el resultado correcto sea el esttico.

7

PRCTICA 3: ESTUDIO DEL MOVIMIE%TO RECTIL%EO U%IFORMEME%TE ACELERADO. DETERMI%ACI% DE U%A ACELERACI%

MATERIAL

* Carrito

* Banco de pruebas con cmara de aire

* Cronmetro

link: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cinematica/practica/practica1.htm FUNDAMENTO

En las ecuaciones del movimiento es uniformemente acelerado la velocidad es una funcin lineal del tiempo, pero no as la posicin del mvil. Por lo que solamente se puede aplicar el procedimiento de la regresin lineal a una tabla de datos tiempo-velocidad, pero la experiencia nos suministra una tabla de datos tiempo-desplazamiento. Por tanto, tenemos que obtener una tabla tiempo-velocidad, a partir de una tabla de datos tiempo-desplazamiento.

Si suponemos que el movimiento es uniformemente acelerado, vamos a demostrar que la velocidad media del mvil entre los instantes t1 y t2 es igual a la velocidad en el instante intermedio (t1+t2)/2. En efecto,

Sea x1 la posicin del mvil en el instante t1 Sea x2 la posicin del mvil en el instante t2.

La velocidad media del mvil entre los instantes t1 y t2 es

Podemos expresar la posicin x2 en trminos de la posicin inicial x1 y de la velocidad inicial v1.

La velocidad media vale entonces

Que como podemos comprobar es la velocidad en el instante intermedio entre t1 y t2

8

La velocidad media en el intervalo comprendido entre el instante t1 y t2 es igual a la velocidad en el instante (t1+t2)/2 intermedio en entre dichos instantes.

Por tanto, para transformar una tabla tiempo-desplazamiento en otra tiempo-velocidad, procedemos del siguiente modo:

En la tabla de desplazamientos calculamos la velocidad media entre los instantes t1 y t2 mediante la frmula

Dicha velocidad se la asignamos al instante (t1+t2)/2.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

El objetivo de esta prctica es la medida de la aceleracin de un carrito que desliza sobre una cmara de aire impulsado por una fuerza constante a los largo de un rail.

Disponemos de un ral horizontal por el que se mueve el carrito, una regla adosada al ral, y un cronmetro con dos dispositivos: uno que lo pone en marcha y otro que lo para.

Aceleramos el carrito, mediante una cuerda que pasa por una polea situada en el extremo derecho de la regla. Una pesa que se puede cambiar pulsando el botn titulado %uevo, cuelga de la cuerda.

En esta prctica, el carrito se sita en el origen y la fuerza que se ejerce sobre el carrito acta durante todo su recorrido. El movimiento es uniformemente acelerado. El resto de la prctica es semejante a la anterior.

El cronmetro se pone en marcha cuando el carrito pasa por la flecha que marca el origen de la regla

El cronmetro se para cuando el carrito pasa por la segunda flecha .

De este modo, el cronmetro mide el tiempo que tarda el mvil en desplazarse entre las dos flechas.

La flecha que marca el origen est fija, no se puede cambiar.

La segunda flecha se puede desplazar a lo largo de la regla.

Para evitar problemas de deteccin el mvil partir de una posicin fija y distar 20 cm siempre del primer detector. El 2 detector es el que moveremos cada vez.

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Ejemplo:

Tiempo (s) desplazamiento (cm) tiempo (s) velocidad (cm/s)

5.1 5 6.15 2.38

7.2 10 8 3.125

8.8 15 9.45 3.846

10.1 20 10.75 3.846

11.4 25 11.9 5

12.4 30 12.9 5

13.4 35 13.85 5.56

14.3 40 14.65 7.14

15 45

PREGU%TAS

1. Anotar los errores de todos los instrumentos de medida 2. Cubrir la siguiente tabla. Para cada valor de desplazamiento medir tres veces el

tiempo empleado.

Medidas Clculos

Tiempo (s)

desplazamiento (cm)

tiempo (s)

1 2

2

t t+

Velocidad media (cm/s)

2 1

2 1

x x

t t

t1, t2, t3 30

35

40

45

50

55

60

65

70

3. Representar el desplazamiento frente al tiempo. Qu figura se obtiene? 4. Representar velocidad frente al tiempo. Ajustar los puntos a una recta. Qu

podemos obtener a partir de la pendiente? 5. Determinar el valor de la aceleracin a partir de los datos de la tabla y de la

grfica. Qu diferencias hay?

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PRCTICA 4: TEORA DE CIRCUITOS. Corriente continua

MATERIAL

* Tabla de circuitos.

* Fuente de alimentacin de continua, 2 resistencias, 1 potencimetro, polmetro

FUNDAMENTO

Se trata de realizar en una tabla de circuitos un circuito donde podamos tomar datos, a travs del polmetro, de tensin e intensidad para comprobar la ley de Ohm. PREGU%TAS

1) Construir el siguiente circuito de la izquierda:

R1, R2 y R3 son resistencias de 1000, 2000 y 3000 Ohmios, respectivamente. Valores estimativos. Vo es una fuente de tensin variable entre 0 y 10 V. 2) Rellena la siguiente tabla: Toma 10 valores de Vo:

Medidas Clculos Vo V3 I3 V3/I3

V3: Tensin que cae entre los extremos de la resistencia R3 I3: Intensidad que pasa a travs de R3. 3) Representa los valores de V3 frente a I3. Cul es el valor de la pendiente? Coincide

con el valor de R3? Cmo mediras la tensin entre los extremos de R3? y su intensidad?

4) Construir el circuito de la derecha con dos fuentes de tensin fijas V1 y V2 cuyos valores estarn entre 0 y 10 V.

5) Determina los valores de tensin e intensidad en todas las resistencias a. Midiendo con el polmetro. b. Realizando clculos utilizando la ley de las mallas. c. A partir del principio de superposicin.

V1

1 R1 2 R2 3

4

R3

I1 I2

I3 V2 V0

1 R1 2 R2 3

4

R3

I1 I2

I3

11

PRCTICA 5: TEORA DE CIRCUITOS. Corriente alterna

MATERIAL

* Tabla de circuitos.

* Fuente de alimentacin de alterna, 1 resistencias, 1 condensador

FUNDAMENTO

Se trata de realizar en una tabla de circuitos un circuito donde podamos tomar datos, a travs del osciloscopio, de valores de desfase. Clculo de la impedancia: Z.

En un circuito RLC serie: 01

; [ ] ; ; 2j tV

Z I e I e Z R j L fI j C

pi

= = = + + =

En un circuito RC serie: 22 2

1 1 1; ; tanjZ R Z e Z R

j C C RC

= + = = + =

Existe una frecuencia f=fc, llamada frecuencia de corte donde = c= 45 y | | 2.Z R= 1 1

; 2 ;2c c cc

R f fC RC

pi pi

= = =

Mtodos para la medida de desfases:

1. Mtodo A: Medida temporal Introducimos cada una de las seales por un canal del por un canal del osciloscopio y los superponemos. (Acordarse de identificar cada seal: V1 e V2). T es el periodo de la seal temporal. - Medir d, separacin entre puntos homlogos, contando el n de

divisiones. - Anotar en que base de tiempos se est a trabajar (esto nos dar

el tiempo por divisin o la frecuencia de trabajo).

Medidas Clculo

N de divisiones

Base de tiempos

(s)

d: Separacin temporal (s)

f = 1/T Desfase

I V

R L C XL

XC

R

I V

R L C

XC

R

Z

d

V2 V1

t

T

12

( ) 2 ; ( ) 360d d

radianes gradosT T

pi = =

2. Mtodo B: Medida espacial

( ) arctanA

radianesB

=

PROCEDIMIE%TO EXPERIME%TAL Y PREGU%TAS:

a) Construir el siguiente circuito: Resistencia constante y frecuencia variable.

R: 5000 Ohmios; C: 10 nanoFaradios (por ejemplo) b) Tomar nota de los diferentes errores que se cometen. Precisin de los instrumentos

de medida. c) Rellenar la siguiente tabla: Tomar 10 valores de frecuencia:

f |Z|

d) Representar los valores de |Z| frente a y representar los valores de frente a .

e) Calcular el desfase matemticamente (a partir de los datos del apartado c) ) y

representar el valor de R frente a Xc, tal como se muestra en la figura de la derecha del apartado a).

f) Los valores de desfase coinciden en los diferentes mtodos empleados?

N de divisiones

Voltios por divisin

A N de

divisiones Voltios por

divisin B

|Z|

c

c

XC

R=cte '

Z

XC Z

fcte V1 V2

R

C

B A

x

y

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PRCTICA 6: FIGURAS DE LISSAJOUS.

MATERIAL

* Tabla de circuitos.

* Fuente de alimentacin de alterna, 1 resistencias, 1 condensador

Teora.

a. Curvas de Lissajous.

Las curvas de Lissajous son una proyeccin en el espacio XY de dos seales Vx e Vy variables con el tiempo.

Una propiedad que cumplen las figuras de Lissajous es: y x

x y

f n

f n=

fx, fy: son las frecuencias de las seales Vx e Vy respectivamente.

nx, ny: son dos nmeros que caracterizan las figuras de Lissajous.

Cmo se determinan nx e ny?

y

x t

Vx

Vy

t

( )( )

sin 2

sin 2

x x x

y y y

V A f t

V A f t

pi pi

= +

=

42

2y x

x y

f n

f n= = =

22

1y x

x y

f n

f n= = =

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Figura escaneada con figuras de Lissajous:

Actividades:

a. Construir el siguiente circuito:

( ) ( )2 2x x x y y yV A Sin f t V A Sin f tpi pi = + = +

x xy t/div

y y

Vx Vy

V/div V/div

fx

R

C fy

R

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b. Para (fy/fx)=2, Qu se observa al variar el desfase entre las dos seales?

c. Cual es la relacin fy/fx que existe entre dos seales si se observan las siguientes figuras? cuanto vale nx/ny?

c.1

c.2

c.3

c.4

c.5

c.6

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PRCTICA 7: COMPROBACI% DE LAS LEYES DE LA REFLEXI% Y REFRACCI% DE LA LUZ.

MATERIAL

* Lser de He-Ne.

* Transportador de ngulos

* Cubeta FUNDAMENTO

La velocidad de la luz en un medio transparente como el aire, el agua o el vidrio es menor

que la velocidad de 83 10m

cs

= en el vaco. Un medio transparente se caracteriza por su

ndice de refraccin, c

nv

= , que se define por el cociente entre la velocidad de la luz en el

vaco, c, y la velocidad de la luz en este medio, v. Para el agua, n= 1.33, mientras que para el vidrio n vara entre 1.50 y 1.66 segn el tipo de vidrio. El diamante posee un ndice de refraccin muy elevado, aproximadamente 2.4. El ndice de refraccin del aire es aproximadamente 1.0003, de modo que para la mayor parte de los casos a estudiar, podemos suponer que la velocidad de la luz en el aire es la mis que en el vaco. Cuando un haz de luz incide sobre una superficie de separacin entre dos medios, como una superficie aire-vidrio, parte de la energa luminosa se refleja y parte entre en el segundo medio. Si la luz incidente no es perpendicular a la superficie, entonces la luz transmitida no es paralela a la incidente. El cambio de direccin del rayo transmitido se denomina refraccin. La figura muestra un rayo de luz que incide sobre una superficie lisa aire-vidrio. El ngulo 1 entre el rayo incidente y la normal (recta perpendicular a la superficie) se denomina ngulo de incidencia y el plano definido por ambas lneas recibe el nombre de plano de incidencia. El rayo reflejado est situado en el plano de incidencia y forma un ngulo 1 con la normal que es igual al ngulo de incidencia, 1= 1, como se ve en la figura:

Este resultado se conoce como ley de la reflexin y es vlida para cualquier tipo de onda. El rayo que entra en el vidrio se denomina rayo refractado y el ngulo 2 es el ngulo de refraccin. Cuando una onda cruza un lmite en el cual se reduce su velocidad, como en el caso de la luz que penetra en el vidrio desde el aire, el ngulo de refraccin es menor que el ngulo de incidencia 1, es decir, el rayo refractado se aproxima a la normal. En cambio, si el haz luminoso se origina en el vidrio y se refracta en el aire, entonces el rayo refractado se aleja de la normal. El ngulo de refraccin 2 depende del ngulo de incidencia y de la velocidad relativa de las ondas luminosas en los dos medios. Si v1 es la velocidad de la onda en el medio incidente y v2 la velocidad de la onda en el medio transmisor, los ngulos de incidencia y refraccin

estn relacionados por: ( ) ( )1 21 2

sen sen

v v

=

'1

2

1 n1

n2

aire

vidrio

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Esta ecuacin es vlida para la refraccin de cualquier tipo de onda incidente en una interfase lmite que separe dos medios distintos. En funcin de los ndices de refraccin de los dos medios n1 y n2, la ecuacin anterior

queda: ( ) ( )1 1 2 2n sen n sen = que se conoce como ley de Snell de la refraccin.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En el laboratorio se dispone de una cubeta que hay que rellenar con agua. Mediante un lser de He-Ne se incidir un rayo de luz lser sobre la superficie del agua de la cubeta.

Para un ngulo de incidencia habr que medir tanto el ngulo de incidencia como el de refraccin, para despus calcular el ndice de refraccin del agua. TRATAMIE%TO DE DATOS y PREGU%TAS

1. Anotar las posibles fuentes de error y la precisin de los aparatos.

2. Rellenar la siguiente tabla para 10 ngulos de incidencia. Nos ayudaremos del transportador de ngulos.

Medidas Clculos ngulo

incidencia ngulo de reflexin

ngulo de refraccin

cn

v= n

1 '1 2

3. Calcular el ndice de refraccin en el medio 2 con su error. 4. Cual es la velocidad de la luz en el medio 2? 5. Supongamos que el rayo de luz viaja desde el medio 2 hacia la superficie. Qu pasa

para ciertos ngulos? Existe siempre un rayo transmitido?Qu significa eso? 6. Representar '1 frente a 1 ; 2 frente a 1 7. Representar sen(2) frente a sen(1) y realizar el ajuste a una recta por mnimos

cuadrados. Qu se obtiene a partir de los datos de la recta?

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PRCTICA 8: MEDIDA DE LA VISCOSIDAD DE U% FLUIDO

MATERIAL

* Bola metlica

* Cronmetro

* Fluido http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/viscosidad/viscosidad.html

FUNDAMENTO

La viscosidad es la medida de la resistencia de un lquido a fluir. La medida comn mtrica de la viscosidad absoluta es el Poise, que es definido como la fuerza necesaria para mover un centmetro cuadrado de rea sobre una superficie paralela a la velocidad de 1 cm por segundo, con las superficies separadas por una pelcula lubricante de 1 cm de espesor. La viscosidad vara inversamente con la temperatura. Por eso su valor no tiene utilidad si no se relaciona con la temperatura a la que se realiza la medida.

Unidades:

En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad fsica de viscosidad dinmica es el pascal-segundo (Pas), que corresponde exactamente a 1 Ns/m o 1 kg/(ms).

La unidad cgs para la viscosidad dinmica es el poise (P). Se suele usar ms su submltiplo el centipoise (cP). El centipoise es ms usado debido a que el agua tiene una viscosidad de 1,0020 cP a 20 C.

1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cms) = 0,1 Pas 1 centipoise = 1 mPas

Una de las formas de medir la viscosidad de un fluido es a travs del viscosmetro de bola que cae. Conforme un cuerpo cae en un fluido solamente por la influencia de la gravedad, acelerar hasta que su peso quede equilibrado con la fuerza de flotacin y la de arrastre viscoso que actan haca arriba. La velocidad que alcanza en ese tiempo se denomina velocidad terminal. El viscosmetro de bola hace uso de este principio para ocasionar que una bola esfrica tenga cada libre a travs del fluido y se mide el tiempo que requiere para recorrer una distancia conocida. As es posible calcular la velocidad. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En el laboratorio se dispone de un tubo transparente largo dentro del cual existe un fluido viscoso del que hay que hallar su viscosidad utilizando para ello una bola metlica que cae en su seno. La esencia del experimento consiste en medir la velocidad terminal de la bola metlica que cae en el interior del fluido.

Se recomienda dejar caer la bola 10 cm por encima del fluido, para que alcance antes su velocidad terminal.

La viscosidad se calcular de:

( )218

s f

L

D g

V

=

Donde: D= es el dimetro de la bola g= es la aceleracin de la gravedad s= densidad de la bola f= densidad del fluido VL= velocidad lmite de la bola en el seno del fluido

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Hay que realizar las siguientes medidas:

El dimetro de un perdign que tiene forma esfrica con un calibre o con un micrmetro.

La densidad del material con el que estn hechos los perdigones (plomo) con una balanza hidrosttica.

La densidad del fluido con un aparato denominado aermetro o densmetro. Finalmente, con un cronmetro se mide el tiempo que tarda la pequea esfera en

recorrer una distancia dada en el interior del tubo vertical que contiene el fluido.

TRATAMIE%TO DE DATOS y PREGU%TAS

1. Anotar los errores de precisin de todos los instrumentos de medida.

2. Describe el proceso de medida de la densidad del fluido 3. Cubrir la siguiente tabla:

Medidos Calculados

N de bola

Dimetro bola (m)

Desplazamiento (m)

Tiempo (s)

Velocidad terminal

(m/s)

Viscosidad (kg/(m.s))

1 ... 10

4. Cual es el valor de la viscosidad de este fluido? 5. Repetir experimento con bolas de diferentes dimetros. 6. Cual sera la velocidad terminal de una bola de 10 mm de dimetro y densidad

7.8 g/cm3 que cae en un fluido con la viscosidad calculada en el paso anterior? 7. Describe de qu forma se podra determinar tanto la viscosidad como la

densidad del fluido con este mtodo.