CURSO ACADEMICO: FISICA GENERALTRABAJO COLABORATIVO No. 1

            

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNADECUELA D CIENCIAS AGRARIAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTELA DORADA CALDAS2011

Introducción

Con el presente trabajo se busca realizar las diferentes prácticas de laboratorio y poner en práctica los conceptos aprendidos durante el curso, buscando entender por medio de experimentos concretos las diferentes formas en que actúan la física en cada situación, comprobando las fuerzas, vectores, propiedades de la cinemática, sistemas de equilibrio.

Objetivos

  * Entender la proporcionalidad directa entre diferentes magnitudes.

  * Aprender a manejar los instrumentos de medición que se utilizan en el laboratorio y en algunas empresas para la medida de longitudes.

  * Aprender a manejar los instrumentos de medición que se utilizan en el laboratorio y en algunas empresas para la medida de longitudes.

  * Comprobar algunas de las leyes de la cinemática.

  * Verificar la equivalencia entre trabajo y energía.

  * Aplicar los conceptos de descomposición de un vector y sumatoria de fuerzas.

PRIMERA PRÁCTICA: Proporcionalidad directa.

TITULO: Proporcionalidad Directa e Inversa 

OBJETIVO: Comprobar la relación de proporcionalidad entre diferentes                 magnitudes.

PROBLEMA:En los estudios que usted ha tenido sobre proporcionalidad, se encuentra con una variable dependiente y otras independientes. En la medición de un líquido ¿Cuáles serían éstas? ¿Cuál sería la constante de proporcionalidad?

MATERIALES:  * Una probeta graduada de 100 ml   * Un vaso plástico  * Balanza  * Agua  * Papel milimetrado.

PROCEDIMIENTO:

  1) Identifique los objetos que usará en la práctica. Defina que es una balanza.

Rta/. Se hizo el reconocimiento de cada uno de los materiales ha utilizar en la práctica, como lo son: probeta, vaso, balanza, agua, papel milimetrado.

Que es una balanza? Es una herramienta de laboratorio, la cual utilizamos para medir el pesode varios elementos, la balanza es sensible a cualquier mínimo peso, por lo cual nos arroja resultados precisos y su objetivo es determinar la masa de una sustancia o pesar una cierta cantidad de la misma.

  2) Calibre el cero de la balanza.

  3) Determine la masa de la probeta y tome este valor como m0.

Rta/ m0: 118g

  4) Vierta 10 ml, 20 ml, 30 ml, hasta llegar a 100 ml, de líquido en la probeta y determine en cada caso la masa de la probeta más el líquido MT

10 ml 118 + 18 g = 126g20 ml 118 + 28 g = 136g30ml 118 + 38 g = 146g40 ml 118 + 48 g = 156g50 ml 118 + 58 g = 166g60 ml 118 + 68 g = 176g70 ml 118 + 78 g = 186g80 ml 118 + 88 g = 196g90 ml 118 + 98 g = 206g100 ml 118 + 108 g = 216g

      a. Determine correctamente cuál es la variable independienteRta/ volumen de liquido      b. Determine la variable dependienteRta/: Masa del liquido = Masa total – Masa de la probeta

  5) Calcule la masa del líquido ML sin la probeta para cada medición. Registre estos resultados en la siguiente tabla 

REGISTRO DE DATOS DE EXPERIENCIA

V(ml) | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |MT(g) | 126 | 136 | 146 | 156 | 166 | 176 | 186 | 196 | 206 | 216 |ML(g) | 18 | 28 | 38 | 48 | 58 | 68 | 78 | 88 | 98 | 108 |

6. Trace una gráfica masa-líquido Vs   Volumen.

7. Calcule la constante de proporcionalidad.

D = m / v

D = 18 / 10 = 1,8D = 28 / 20 = 1,4D = 38 / 30 = 1,26D = 48 / 40 = 1,2D = 58 / 50 = 1,16D = 68 / 60 = 1,13D = 78 / 70 = 1,11D = 88 / 80 = 1,1D = 98 / 90 = 1,08D = 108 / 100 = 1,08

INFORME 

  1) Analice las causas ambientales que pueden influir en la densidad de un líquido (Ejemplo: temperatura, presión, etc.).

Rta/ La densidad de una sustancia está dada por la cantidad de masa contenida en cierto volumen. La densidad de una sustancia varía cuando cambian la presión o la temperatura. Cuando afectan causas ambientales como la temperatura la densidad del objeto se ve afectada inversamente proporcional, al aumentar la temperatura la densidad disminuye (solo si la presión permanece constante); por otro parte cuando la presión aumenta la densidad del material también aumenta.

  2) Describa otras tres leyes de la naturaleza en las cuales la relación entre las magnitudes sea de proporcionalidad directa.

LA LEY DE OHM

Establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación: V = i • R. 

LEY DE LOS GASES IDEALES 

La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura.

Empíricamente, se observan una serie de relaciones entre la temperatura, la presión y el volumen que dan lugar a la ley de los gases ideales, deducida por primera vez por Émile Clapeyron en 1834. 

LA ECUACIÓN DE ESTADO 

La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es: Donde: 

P = Presión V = Volumen n= Moles de Gas. R = Constante universal de los gases ideales. T = Temperatura absoluta 

LAS LEYES DE NEWTON 

Las leyes de Newton son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. 

Primera Ley de Newton o Principio de Inercia Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser en tanto que sea obligado por fuerzas impresas a cambiar su estado. La primera ley específica que todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, a menos que actúe sobre él una fuerza que le obligue a cambiar dicho estado. 

Segunda Ley de Newton o Ley de Fuerza

El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. La segunda ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento actúa una fuerza. En este caso, la fuera modificará el movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. 

Fnet = d (mv)  Dt

Tercera Ley de Newton o Ley de acción y reacción 

Toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en direcciones opuestas. La tercera ley expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, esta realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo.

  3. Realice un análisis de la prueba y sus resultados.

En este primer laboratorio se observó cómo se presenta la proporcionalidad directa e inversa en la naturaleza. Se realizó un ejercicio sencillo. En él se vieron implicadas medidas de longitud, masa, y volumen. Tales mediciones y la utilización correcta de las magnitudes y unidades de medida logrando el resultado esperado. Se pretendió lograr probar la aplicación práctica de dicho conocimiento y además aprender a medir los efectos físicos en los elementos de la naturaleza. Los cuales son afectados por las leyes físicas como la fuerza de gravedad y otras leyes fijas que están presentes en todo el universo. 

Es muy importante poner toda la atención posible en cada instrucción y hacer específicamente lo que dicta el procedimiento para que las mediciones sean correctas.

SEGUNDA PRÁCTICA: Instrumentos De Medición

TITULO: Instrumentos de Medición: Calibrador y tornillo micrométrico

OBJETIVO: Aprender a manejar los instrumentos de medición que se utilizan en el laboratorio y en algunas empresas para la medida de longitudes.

PROBLEMAEn todos los laboratorios de física se utilizan instrumentos para realizar mediciones. En que consiste la medición de longitudes?, ¿Qué grado de precisión tienen estos instrumentos? ¿En qué área se utilizan?

MATERIALES

  * Calibrador  * Tornillo micrométrico  * Materiales para medir su espesor: láminas, lentes, esferas, etc.

PROCEDIMIENTO CON CALIBRADOR

  1) Identifique los objetos que usará en la práctica.

      2) Determine y registre cual es la precisión del aparato.   3) Haga un dibujo de la pieza problema (prisma, lámina, etc.) e indique sobre el dibujo los resultados de las medidas de sus dimensiones (cada medida debe realizarse al menos tres veces y se tomará el valor medio de todas ellas).  4) Calcule el volumen de la pieza, con todas sus cifras.  5) Complete la siguiente tabla:En nuestra práctica comenzaremos usando una arandela o tuerca para medir su longitud por dentro y por fuera.

| MEDIDA 1 | MEDIDA 2 | MEDIDA 3 |POR DENTRO | 1.16cm | 1.16cm | 1.16cm |POR FUERA | 3.02cm | 3.02cm | 3.01cm || | | |

Promedio: 1.16cm por dentro                 3.02cm por fuera.

  1) Realice las conclusiones respectivas sobre los instrumentos de medición que manipuló.  2) Determine que es exactitud y que precisión.

Conclusiones de los elementos que manipulamos 

Tornillo micrométrico: con este instrumento pudimos medir dimensiones muy pequeñas ya que este es capaz de medir milésimas de milímetros la usamos para longitudes menores de las que puede medir el calibrador

Si en un tornillo micrométrico la escala fija esta graduada en medios milímetros, o sea el paso de la rosca es esa distancia, y la móvil tiene 50 divisiones, la precisión con que se puede medir una longitud será de 1/100 de milímetro. Dispositivo que mide el desplazamiento del husillo cuando este se mueve mediante el giro de un tornillo, lo que convierte el movimiento giratorio del tambor en movimiento lineal del husillo. Un pequeño desplazamiento lineal del husillo corresponde a un significativo desplazamiento angular del tambor; las graduaciones alrededor de la circunferencia del tambor del orden de micras permiten leer un cambio pequeño en la posición del husillo. Cuando el husillo se desplaza una distancia igual al paso de los hilos del tornillo, las graduaciones sobre el tambor marcan una vuelta completa. 

Calibrador: con este instrumento medimos espesores diámetros interiores de algunos elementos 

EXCTITUD Y PRESICIONPrecisión se refiere a la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones repetidas de una magnitud. Cuanto menor es la dispersión mayor la precisión. Una medida común de la variabilidad es la desviación estándar de las mediciones y la precisión se puede estimar como una función de ella.Exactitud se refiere a cuán cerca del valor real se encuentra el valor medido. En términos estadísticos, la exactitud está relacionada con el sesgo de una estimación

TERCERA PRÁCTICA: Cinemática

TITULO: Movimiento Uniformemente Variado

OBJETIVO: Comprobar algunas de las leyes de la cinemática

PROBLEMA

¿Qué tipo de función existe en el movimiento uniformemente variado entre las variables posición   y tiempo, velocidad y tiempo? (Recuerden que esta pregunta se debe responder a partir de la experiencia del laboratorio)

MATERIALES

  * Cinta   * Registrador de tiempo  * Una polea  * Un carrito  * Una cuerda  * Un juego de pesas

PROCEDIMIENTO

  1) Pida al tutor instrucciones para utilizar la cinta registradora y el registrador de tiempo.  2) Corte un pedazo de cinta aproximadamente de 1 ,50 m de largo.  3) Conecte el registrador de tiempo a la pila y suelte el carrito para que éste se deslice libremente por la superficie de la mesa.

  4) Tome como medida de tiempo el que transcurre entre 11 puntos es decir 10 intervalos, (se podría tomar otro valor pero éste es el más aconsejable).

  5) Complete la siguiente tabla

Orden del intervalo de tiempo | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |Velocidad Media | 0.009 | 0.009 | 0.0076 | 0.011 | 0.0128 | 0.0145 | 0.01585 | 0.0175 | 0.019 | 0.0207 |

Comprobación

Para M2 = 50 Kg

La velocidad media está definida por

t en segundos y d en metros.

Para t(1) y d= 0.009 m

v= 0.0091 = 0.009 m/sPara t(2) y d= 0.018 m

v= 0.0182 = 0.009 m/s

Para t(3) y d=0.023

v= 0.0233 = m/s

Para t(4) y d=0.044

v= 0.0444 = m/s

Para t(5) y d=0.064

v= 0.0645 = m/s

Para t(6) y d=0.087

v= 0.0876 = m/sPara t(7) y d=0.111

v= 0.1117 = m/sPara t(8) y d=0.14

v= 0.148 = m/s

Para t(9) y d=0.172

v= 0.1729 = m/s

Para t(10) y d=0.207

v= 0.20710 = m/s

  6) Con base en los datos de la anterior tabla, realicen un grafico V X t Y determine que tipo de función es.

  7) Con base en los datos de la tabla, calcule la aceleración en cada intervalo, así:

Intervalos:

a2 = 0.009-01 = 0.009

a2 = 0.009-0.0091 = 0

a3 = 0.0076-0.0091 = -0.0014

a4 = 0.011-0.00761 = 0.0034

a5 = 0.0128-0.0111 = 0.0018

a6 = 0.0145-0.01281 = 0.0017

Y registre los resultados en la siguiente tabla

Orden del intervalo de tiempo | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |Aceleración | 0.009 | 0 | 0.0014 | 0.0034 | 0.0018 | 0.0017 | 0.00135 | 0.00165 | 0.0015 | 0.0017 |

                  8) Complete la siguiente tabla tomando toda la distancia recorrida incluyendo la de anteriores intervalos de tiempo.

Tiempo Transcurrido hasta el n-esimo segundo | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |

Distancia Recorrida (se incluyen las anteriores) | 9 | 27 | 50 | 94 | 158 | 245 | 356 | 496 | 668 | 875 |

INFORME

En este experimento de cinemática evidenciamos el Movimiento Uniformemente Variado, el cual es aquel cuya rapidez varía (aumenta o disminuye) en una cantidad constante en cada unidad de tiempo, la aceleración representa la variación (aumento o disminución) de la rapidez un cada unidad de tiempo. Se caracteriza porque su trayectoria es una línea recta y el modulo de la velocidad varia proporcionalmente al tiempo. Por consiguiente, la aceleración normal es nula porque la velocidad varía uniformemente con el tiempo.

Esta figura, representa el movimiento de un cuerpo que recorre espacios diferentes en tiempos iguales. Por tanto, unas veces se mueve más rápidamente y posiblemente otras veces va más despacio. En este caso se llama velocidad media (v ) al cociente que resulta de dividir la distancia recorrida (e) entre el tiempo empleado en recorrerla (t):

  Por cada uno de los resultados de las diferentes gráficas, podemos deducir que hay un movimiento variable por cada escala de tiempo. Conforme varia el intervalo de tiempo, varía la intensidad de la velocidad, vale decir, que el objeto en estudio se mueva más rápidamente o más lentamente con el transcurrir del tiempo. Segundo, que varíe la dirección de la velocidad, lo cual puede ir o no acompañado de una variación en la intensidad de la velocidad.

CUARTA PARTE: Fuerzas

TITULO: Trabajo y Energía Mecánica 

OBJETIVO: Verificar la equivalencia entre trabajo y energía.

TEORIA:

Cuando se suspende de un resorte un peso (mg), la deformación x que sufre el resorte es directamente proporcional al valor del peso (m.g) (fuerza).

Donde la constante de proporcionalidad k es:

El trabajo que realiza una fuerza F para deformar un resorte en una magnitud x es:

Entonces 

MATERIALES

  * Un resorte  * Un soporte universal - Un juego de pesitas - Un metro  * Papel milimetrado  * Una balanza

PROCEDIMIENTO:

      1) Cuelgue el resorte del soporte de tal forma que su extremo superior permanezca completamente fijo y mida su longitud L0.

      2) Halle el valor de la masa m de cada pesita con ayuda de una balanza.      3) Suspenda una pesita del extremo superior del resorte y mida la longitud del resorte L.      4) Calcule el valor de la deformación x = L – L0.      5) Repita los pasos 3 y 4 con 9 pesitas.      6) Anote los datos en la tabla 1.      7) En una hoja de papel milimetrado realice la gráfica F contra x.      8) Con ayuda de la gráfica calcule el trabajo realizado por cada masa m para deformar el resorte y defina a qué tipo de energía mecánica es equivalente este trabajo.      9) Complete la tabla 2.      10) Haga un breve análisis de la prueba y de sus resultados. Refiérase especialmente a las unidades de trabajo y energía.

Como se puede observar el trabajo y la energía se encuentran relacionados. Podemos decir que trabajo es todo proceso que implique demanda de energía; entendiéndose como demanda el suministro, consumo o acumulación de energía.De la misma manera se denomina energía a la capacidad que tienen los cuerpos o partículas para realizar un trabajo.El caso de de acumulación de energía ocurre cuando se comprime un resorte, el cual al estar comprimido contiene la energía suministrada para comprimirlo.

UNIDADES DE TRABAJOSistema C.G.S.................................................................... ErgioSistema M.K.S.................................................................... JulioErgio: es el trabajo efectuado por la fuerza de una DINA, cuando el punto material a que se le aplica, se desplaza un metro.Julio: es el trabajo efectuado por la fuerza de un Newton, cuando el punto material a que se le aplica, se desplaza un metro.Como unidad secundaria de trabajo existe también el kilográmetro o sea el trabajo realizado por la fuerza de un kilogramo a lo largo de un metro de distancia. Se aclara que el kilogramo no es la unidad que corresponda a ninguno de los sistemas de unidades que hemos venido empleando y que más bien es la unidad industrial de trabajo.Siendo la potencia, el trabajo realizado en la unidad de tiempo, se tendrán como sus unidades.Sistema C.G.S.................................................................. Ergio/segSistema M.K.S.....................................................Julio/seg = watioComo unidades secundarias de potencia, se emplean:  * kilográmetro/segundo......................................... kmg/seg  * El HP ..................................................................... 75 kgm/seg  * El kilo-watt.......................................................... 1000 watios

REGISTRO DE DATOS DE EXPERIENCIA

m.g (N) | 0,499 | 0,548 | 0,646 | 0,695 | 0,744 | 0,793 | 0,842 | 0,862 | 0,882 |x(m) | 8,47 | 8,72 | 9,41 | 9,71 | 9,94 | 10,32 | 10,55 | 10,78 | 10,94 |TABLA 1Registro de datos de deformación del resorte

Masa (kg) | 0,51 | 0,56 | 0,66 | 0,71 | 0,76 | 0,81 | 0,86 | 0,88 | 0,90 |Trabajo (j) | 0,324 | 0,493 | 1.027 | 1,313 | 1,577 | 1,982 | 2,298 | 2,551 | 2,751 |

TABLA 2Trabajo realizado en la deformación del resorte

INFORME

1.   Realice un análisis de la prueba y sus resultados.Conforme el resorte está estirado (o comprimido) cada vez más, la fuerza de restauración del resorte se hace más grande y es necesario aplicar una fuerza mayor. Se encuentra que la fuerza aplicada F es directamente proporcional al desplazamiento o al cambio de longitud del resorte. Esto se puede expresar en forma de una ecuación.

O con X 0 = 0 , F = kX |Como se puede ver la fuerza varía con X. Esto se expresa diciendo que la fuerza es una función de la posición. La k en esta ecuación es una constante de proporcionalidad y comúnmente se llama la constante del resorte o de la fuerza restauradora. Mientras mayor sea el valor de k, más rígido o fuerte será el resorte. La magnitud de la fuerza ejercida por un resorte que se ha estirado desde su posición de reposo (X 0) a una posición X. La posición de referencia X 0 para el cambio en la longitud de un resorte es arbitraria. La magnitud importante es la diferencia del desplazamiento el cambio neto en la longitud del resorte. También dado que el desplazamiento tiene posición vertical, las X con frecuencia se reemplazan por Y. Los resortes dan lugar al Movimiento Armónico Simple (M.A.S).

2.   Enuncie las maquinas que se encargan de las diferentes formas de   transformación de la energía.Las Maquinas simplesCuando se refieres a la expresión “Maquinas simples”, será de absoluta importancia llegar a entender que se habla, en realidad, de cualquier tipo de dispositivo que, mediante el estricto cumplimiento de las leyes físicas de la transformación de la energía, transforma la magnitud o particularidades (en tanto dirección y sentido) de una determinada fuerza. O sea; para hacerlo más fácil: una determinada fuerza entra en contacto con una “Maquina simple”; la maquina ni crea ni reemplaza la fuerza que recibe, solo es capaz de alterar su magnitud, su dirección o su sentido, nada más. La energía entrante es igual a la energía saliente; nada se crea o se pierde, es solo una cuestión de transformación.Las maquinas simples son, en realidad, tal cual su nombre permite adivinarlo, las más pretéritas de todas las maquinas que conoce la civilización humana. Hablamos, por ejemplo, de sistemas de palancas o poleas.La polea constituye, asimismo, otro tipo paradigmático de maquina simple. Sujetamos una rueda a un plano elevado e instalamos sobre ella, luego, una cuerda que pueda hacerla girar. Con este dispositivo solo conseguimos que la aplicación de una fuerza descendente se transforme en fuerza ascendente. Se trata, simplemente, de un cambio en el sentido de la fuerza; la magnitud se mantiene igual

QUINTA PARTE   SISTEMAS EN EQUILIBRIO

TITULO: Equilibrio de Fuerzas.

OBJETIVO: Aplicar los conceptos de descomposición de un vector y sumatoria de fuerzas.

PROBLEMAEn ciertas ocasiones necesitamos encontrar las condiciones de equilibrio para encontrar valores para determinados problemas, además de entender la descomposición de un vector en sus componentes.

MATERIALES

  * Dos soportes universales

  * Dos poleas  * Juego de pesitas   * Dos cuerdas  * Un transportador

PROCEDIMIENTO 

Monte los soportes y las poleas como se indica 

  1. Tome varias pesitas y asígneles el valor M3  2. Como se indica en el dibujo, encuentre dos masas M1 y M2 que equilibren el sistema. El equilibrio del sistema está determinado por los ángulos de las cuerdas con la horizontal y la vertical. Tome tres posiciones diferentes para la misma masa M3 y dibuje los diagramas de fuerzas sobre papel milimetrado.  3. Repita los pasos 2 y 3 con diferentes valores para M1, M2 y M3

INFORME 

  3) Realice las conclusiones respectivas sobre la practica

Luego de realizar la práctica se llego a la conclusión que de acuerdo con la   guía del laboratorio, si se quiere cambiar de posición a m3 a otro lugar de la   cuerda, esta siempre va a volver al lugar en que se debe ubicar para lograr   que el sistema quede en equilibrio, siempre y cuando no se alteren los   valores a las masas que se encuentran ubicadas en los extremos del sistema. 

  4. Enuncie y explique las dos condiciones necesarias para que un sistema físico se encuentre en equilibrio mecánico. ¿Por qué, en esta práctica, solo es necesaria una sola de estas condiciones?

A continuación se enuncian las dos condiciones necesarias para que un   sistema   físico se encuentre en equilibrio mecánico: 

  * Que es la suma de las fuerzas aplicadas al cuerpo es cero.   * Es la suma algebraica de los momentos con respecto a un punto de las   fuerzas aplicadas es igual a cero. 

En nuestro caso solo es necesario aplicar la condición No 1, puesto   que en la presente práctica solo ubicamos un momento y por tal razón no   debemos realizar ninguna suma algebraica