Lab Oratorio de Fisica 2010 Labfisicai

8/3/2019 Lab Oratorio de Fisica 2010 Labfisicai

1/71

UNIVERSIDAD DE LOS ANDESDEPARTAMENTO DE CIENCIAS

E L L A B O R A T O R I O

D E F I S I C A I

Realizado por:Lic.

Mrida, Noviembre de 2xxx


2/71

P R E F A C I O

El presente trabajo est orientado por tres ejes fundamentales, ellos son:

En primer lugar, servir de profundizacin en ciertos temas que se desarrollan tericamente en la

Asignatura FISICA I.

En segundo lugar, darle oportunidad al alumno para que conozca otros contenidos que aunque no estn

contemplados en el programa de la asignatura mencionada, le sirvan de complemento para que adquiera una

visin ms completa sobre la Fsica elemental.

Y en tercer lugar, dotar al estudiante de una herramienta que le permita por una parte introducirse en la

experimentacin a travs de la Fsica y por la otra una vez convertido en profesionalenfrentar con mayores

posibilidades su labor docente.

2


3/71

I N D I C EPgina

Prefacio 2Recomendaciones para la realizacin de las Prcticas 4Reglamento del Laboratorio 5Normas para elaborar los Informes 6Prctica Introductoria 7Prctica N 1: TEORIA DE ERRORES. CIFRASSIGNIFICATIVAS. REDONDEO Y OPERACIONES.INSTRUMENTOS DE MEDIDA.

8

Prctica N 2: CONSTRUCCION Y ANALISIS DE

GRAFICAS

17

Prctica N 3: MOVIMIENTO RECTILINEO 27Prctica N 4: MOVIMIENTO PARABOLICO 35Prctica N 5: SISTEMAS DE FUERZASCOPLANARES. SEGUNDA TEORIA DE NEWTON

41

Prctica N 6: MASA GRAVITACIONAL. PENDULOSIMPLE. DETERMINACION DE LA ACELERACION DELA GRAVEDAD.

48

Prctica N 7: OPTICA 54

Prctica N 8: ONDAS 59

RECOMENDACIONES PARA LA REALIZACION DE

LAS PRCTICAS DE LABORATORIO.

Las siguientes recomendaciones tienen como finalidad orientar el trabajo del alumno antes ydurante la realizacin de cualquier sesin de Laboratorio.

3


4/71

a) Una vez que el alumno haya adquirido el presente Manual deber leer el contenido de laprctica correspondiente con el fin de conocer los objetivos que se persiguen y los procedimientosestablecidos para cada experiencia.

b) El alumno debe preparar una hoja para registrar los datos que obtenga en cadaexperiencia. Dicha hoja ser firmada por el profesor al final de cada prctica.

c) Tomando en cuenta el listado de materiales trate de identificarlos y de familiarizarse con suapariencia fsica real. No olvide aprender el nombre correcto de cada elemento o instrumento,tratando siempre de utilizar el lenguaje descriptivo o la terminologa tcnica adecuada para referirsea ellos.

d) TRABAJE DE LA FORMA MAS ORDENADA POSIBLE.

e) Cuando manipule cualquier instrumento de medida, asegrese de conocer la forma dehacerlo funcionar adecuadamente (si es necesario consulte al profesor).

f) Recuerde que los procedimientos descritos para cada experiencia o experimento estn en

relacin directa con los objetivos de la prctica, de ah la necesidad que se tiene de emplear laagudeza en cada observacin que se haga. Las observaciones le pueden servir de base pararealizar las conclusiones del Informe.

g) A medida que vaya recopilando datos no olvide registrarlos en la hoja preparada para talfin, con las unidades correspondientes a cada magnitud fsica medida. Estas deben aparecer sinenmiendas en el Informe.

h) EJERCITE SU ESPIRITU DE CONSERVACION: NO DETERIORE LOS MESONES NI

LOS MATERIALES DE TRABAJO.

i) Cuando detecte cualquier elemento o instrumento en mal estado o defectuoso reprteloinmediatamente al Profesor.

j) Los objetivos de cada practica deben ser inferidos por el alumno.

II.- REGLAMENTO QUE REGIRA LA REALIZACIONDE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO

1. El tiempo previsto para la realizacin de cada prctica es de dos (2) horas.

2. El alumno debe ser puntual a la hora de llegar al Laboratorio. (Pasados 10 minutos deiniciada la prctica ningn alumno podr ingresar al Laboratorio).

4


5/71

3. La organizacin de grupos de trabajo estar bajo la responsabilidad del Profesor yresponder a las siguientes variables:

a) Nmero de alumnosb) Material disponible

4. Si un alumno pierde dos prcticas por inasistencia injustificada ser reprobado enLaboratorio.NOTA: Los casos de inasistencia justificada sern objeto de estudio por parte del Profesor, quientendr la potestad para solucionar de la manera ms conveniente dicha situacin.

5. Antes de que el alumno llegue al Laboratorio debe haber estudiado responsablemente todala informacin que contiene el MANUAL respecto a la prctica correspondiente a la semana encurso.

6. Cada grupo o equipo de trabajo debe elaborar un Informe de la prctica realizada. Dicho

Informe ser presentado semanalmente.

7. La Evaluacin ser realizada de la siguiente forma:a) Pruebas cortas (escritas o interrogatorios) realizadas al comienzo de cada sesin de

Laboratorio.b) Informe de cada prctica realizada.c) Una prueba final

NOTA: La parte terica de Fsica tendr un valor del 80% mientras que la parte prctica(Laboratorio) tendr un valor del 20%.

8. Cualquier situacin no contemplada en este Reglamento ser resuelta por el personal

docente a cargo del Laboratorio.

5


6/71

III.- NORMAS PARA LA ELABORACION DEL INFORMECORRESPONDIENTE A CADA PRACTICA

Antes de describir la estructura del Informe es bueno que el alumno tome muy en cuenta lasiguiente informacin:

El Informe ser presentado en hojas blancas, tamao carta mecanografiadas a doble espacio escritas a bolgrafo (azul o negro) y respetando los siguientes mrgenes: superior e izquierdo 4cm; inferior y derecho 3 cm. El Informe debe entregarse grapado en el extremo superior izquierdo.

La estructura del Informe ser la siguiente:1) Portada : En el extremo superior izquierdo deben aparecer los datos de identificacin de: la

Universidad, el Departamento, la Ctedra, y la seccin. En el centro de la hoja aparecer elnombre y el nmero de la prctica, por ejemplo:

ESCALA Y ERRORES(Prctica N 1)

Cuatro espacios ms abajo del ttulo y alineado respecto al margen derecho debeaparecer la identificacin de los alumnos: Apellidos y Nombres, cdula de identidad.Por ltimo, cercano al margen inferior y centrado se debe escribir la ciudad y lafecha en que se entregar el Informe.

2) Introduccin : Debe constar de tres prrafos. En el primero, se debe describirbrevemente el contenido del Informe. En el segundo, se debe indicar el o losobjetivos de la prctica y en el ltimo se deben resear los mtodos utilizados paralograr los objetivos previstos.

3) Tabla de datos y resultados : Se refiere a la tabla preparada para el registro de datos(firmada), as como tambin los resultados de las observaciones ms importantes

hechas durante el desarrollo de la prctica. Las preguntas planteadas en cadaexperiencia y las respuestas obtenidas a las mismas deben ser incluidas en esteapartado.

4) Muestra de clculo: Esta parte debe realizarse en forma ordenada para facilitar surevisin. Consiste en efectuar un slo clculo por cada ecuacin que se utilice.

5) Grfica: A menos que se indique lo contrario, todas las grficas sern hechas enpapel milimetrado, cumpliendo con las normas que se impartirn en la prcticacorrespondiente.

6) Anlisis de resultados : En esta parte se debe hacer un anlisis detallado de losresultados y de las grficas; aclarando y justificando las incongruencias y

desviaciones que se presenten con respecto a lo previsto.7) Conclusiones : Basndose en las observaciones y anlisis de los resultados se

deben elaborar en forma de conclusiones los aspectos que pongan de manifiesto ellogro de los objetivos o la verificacin de cualquier ley fsica.

8) Bibliografa : Los textos consultados por el alumno, deben aparecer registrados en

6


7/71

esta parte del Informe cumpliendo con todas las reglas metodolgicas previstas.

PRACTICA INTRODUCTORIA

OBJETIVO: Esta sesin de Laboratorio ser dedicada exclusivamente para dar una explicacin

detallada de como ser el funcionamiento del Laboratorio.

DESARROLLO: El Profesor dar todas las informaciones pertinentes para que el alumno se entere

de cuales sern las normas que regirn la realizacin de las prcticas y explicar todo lo referente a

la elaboracin y entrega de los Informes as como tambin se referir a la evaluacin aclarando

cualquier duda que tenga el alumno.

Tambin se aprovechar parte del tiempo para que los estudiantes se familiaricen con

el equipo y material que se utilizar en las siguientes prcticas.

NOTA: DE ESTA PRACTICA NO SE REALIZARA INFORME.

7


8/71

PRACTICA N 1TEORIA DE LOS ERRORES. CIFRAS SIGNIFICATIVAS.

REDONDEO Y OPERACIONES. INSTRUMENTOS DE MEDIDA

I. INTRODUCCION

1.1 Teora de errores: Las magnitudes fsicas se hallan experimentalmente pormediciones o combinaciones de stas, y las mismas llevan en s una inseguridadproveniente de las caractersticas de los aparatos utilizados en su determinacin.

Al realizar la medicin de una magnitud fsica se observa un nmero que lacaracteriza y cuando ste resultado va a ser aplicado se necesita, en la mayora de los

casos, saber con que confianza se puede decir que el nmero obtenido representa lamagnitud fsica. Por esto se debe poder expresar la inseguridad en trminos que seancomprensibles a otras personas; para esto se utiliza un lenguaje universal ysistematizado.

El error de una medida puede obtenerse mediante la diferencia entre el valorobtenido y el verdadero valor de la magnitud que se mide.

Los errores se clasifican en:a) Accidentales o Aleatorios : Es el error debido a errores aleatorios. Se caracteriza por

el hecho de que son igualmente probables errores positivos y negativos. Su efectose puede minimizar tomando cierta cantidad de mediciones y calculando la mediaaritmtica de las mediciones hechas. La media aritmtica (promedio) obtenida setoma como el mejor valor estimado del verdadero valor de la cantidad medida.

b) Sistemticos : Son los errores debidos a factores que actan siempre en el mismosentido y de la misma forma, por ejemplo, al medir una longitud con una cintamtrica que se ha estirado siempre cometemos el mismo error. No se puedeeliminar con el mtodo de la media aritmtica.

Por otra parte, cuando el error no es significativo, se puede hablar de precisin yexactitud. La precisin de una medida es el grado de concordancia entre la misma yotros valores obtenidos en condiciones fundamentalmente iguales. La exactitud de unamedicin es el grado de concordancia entre estas y el verdadero valor.

8


9/71

Anteriormente se hizo referencia a la media aritmtica como una forma deminimizar los errores de tipo accidental. La media aritmtica es el promedio aritmticode una serie de medidas; cuando las inseguridades son debidas a errores accidentales

solamente, el promedio ser ms exacto cuanto mayor sea el nmero de mediciones.1.2 Cifras significativas: La realizacin de una medida no es ms precisa por el hecho

de tener muchos decimales. Normalmente la realizacin de una medida est limitadapor la apreciacin del instrumento utilizado para efectuar la medida.

Una cifra significativa es aquella que surge REALMENTE como producto de unamedicin y no de la imaginacin de quien la realiza.

Para clarificar un poco esta situacin veamos el siguiente ejemplo: Suponga queun compaero de equipo determina la longitud del mesn de trabajo con una cinta

mtrica (cuya apreciacin es de un milmetro) diciendo que el resultado es: 9938,43 cm.Veamos si se ha considerado el nmero adecuado de cifras significativas. Como elmnimo valor distinguible en una cinta mtrica comn y corriente es de un milmetro,entonces se debe transformar los 9938,43 cm en milmetros, obtenindose la siguientecantidad: 99384,3 mm. Evaluando el resultado anterior nos damos cuenta que el valor0,3 (ltimo decimal) no lo podemos apreciar en la cinta mtrica puesto que es menor aun milmetro, por lo tanto ese decimal fue producto de la imaginacin y debe serdesechado, es decir, la medida correcta es 9938,4 cm.

En resumen, para el ejemplo anterior se tiene que el nmero de cifras

significativas es 5 y no 6 como lo sugera el resultado original.

Por otra parte, es bueno saber que los CEROS que figuran como primeras cifrasde un nmero no son cifras significativas y solo sirven para indicar el lugar de la coma.Por ejemplo: Al decir que una masa es de 0,000405 Kg, se puede afirmar que dichacantidad tiene 3 cifras significativas. Sin embargo, la medida 30,10340 segundos, tiene7 cifras significativas.

Por ltimo, cuando una cantidad lo permita, se debe utilizar la notacin cientfica;en este caso la base 10 y el exponente no sern contabilizados como cifras

significativas.

Ejemplo: Se sabe que la velocidad de la luz es 380000 Km/s. Alguien podradecir que esa cantidad tiene 6 cifras significativas (lo cual es correcto), pero si dicha

9


10/71

cantidad es llevada a notacin cientfica, se puede obtener cualquiera de lossiguientes resultados correctos:

3,80000x105 Km/s (6 cifras significativas)3,8000x105 Km/s (5 cifras significativas)

3,800x105 Km/s (4 cifras significativas)3,80x105 Km/s (3 cifras significativas)3,8x105 Km/s (2 cifras significativas)

El ejemplo anterior, pone en evidencia que la potencia no tiene nada que ver a lahora de determinar el nmero de cifras significativas de una cantidad.

NOTA: No se debe confundir el nmero de cifras significativas con el nmero dedecimales.

1.3 Tcnicas de redondeo y operaciones con cifras significativas: En algunos casosun valor determinado no debe tener ms de "n" cifras significativas, por lo que se hacenecesario "redondear" al nmero ms prximo, para lo cual se deben tomar en cuentalos siguientes criterios:

Cuando en dgito suprimido es menor que 5, el dgito a redondear no semodifica. Ejemplo: Redondear a dos cifras significativas la cantidad 5,341.Respuesta: 5,3 Si el dgito suprimido es mayor que 5, se le suma la unidad al dgito que seva a redondear. Ejemplo: Redondear a 3 decimales la cifra 5,3617.Respuesta: 5,362

En caso de que el dgito suprimido sea 5, el resultado del redondeosiempre ser un nmero par. Ejemplos: Redondear a dos cifras significativaslas siguientes cantidades: 5,350 y 5,250.Respuesta: a) 5,350 a 2 cifras ser 5,4

b) 5,250 a 2 cifras ser 5,2 (el dgito a redondear no se modific porque yaes par).

Para sumar o restar cifras significativas se debe dejar en cada uno de lostrminos - de dicha operacin - el mismo nmero de cifras decimales, tomando encuenta la que posea el menor nmero de ellas, aplicando la tcnica del redondeo

Ejemplo: Sumar: 5,342 + 8,0394 + 7,28

Procedimiento: Primero se redondean todos las cantidades a tres cifras significativas,ya que el que menos tiene es 7,28; por lo tanto tenemos: 5,34 + 7,28 + 8,04 = 20,66

10


11/71

Para multiplicar y dividir cifras significativas se hace de la manera acostumbradapero el resultado no puede tener ms cifras significativas que el valor que tenga menoscifras significativas a la derecha de la coma. Ejemplo:

3,028 * 56,31 * 9,4 = 1602,7628El resultado correcto es = 1602,8

1.4 Medicin de magnitudes fsicas. Instrumentos de medida: Las leyes de la Fsicase definen en funcin de cantidades fsicas, tales como masa, tiempo, velocidad,intensidad de corriente, etc.

Existen dos tipos de cantidades fsicas: las que se definen en funcin de otras sedenominan MAGNITUDES DERIVADAS mientras que las que no lo hacen sedenominan MAGNITUDES FUNDAMENTALES.

Las magnitudes fundamentales de la mecnica son: la longitud, la masa y eltiempo. Estas magnitudes sern medidas en esta primera prctica.

Medir significa comparar el valor de la magnitud que se est analizando con unpatrn de medida el cual debe ser invariable y universal.

El fabricante de un instrumento de medida indica cual es la mxima precisin quese puede obtener en determinada escala del instrumento, de ah surge el concepto deAPRECIACION la cual es considerada como "la ms pequea graduacin hecha encualquier instrumento".

La frmula general para hallar la apreciacin de un instrumento de medida es lasiguiente:

A =divisionesdenmero

menorlecturamayorlectura

Cuando nos disponemos a realizar una medida podemos incurrir en errores quepueden dar una informacin falsa acerca de las dimensiones de cualquier objeto, por lotanto es necesario que se conozca cuales son los instrumentos adecuados para hacer

la medicin.

Para realizar medidas de longitud podemos utilizar por ejemplo, una cinta mtricao una regla graduada en caso de que el elemento a medir as lo permita, pero cuandoqueremos medir longitudes pequeas con buena precisin es necesario emplear

11


12/71

instrumentos especialmente acondicionados para tal fin. Ellos son:

a) EL CALIBRADOR DE VERNIER (NONIO): Consiste en una regla fija de 12 cm conprecisin de un milmetro, sobre la cual se desplaza otra regla mvil (vernier). La regla

graduada del vernier divide 9 mm en 10 partes iguales de manera que puedenefectuarse lecturas con una precisin de un dcimo de mm. Se puede utilizar estecalibrador para medir espesores, dimetros interiores y exteriores y profundidades.Para hacer una medicin se utilizan los terminales adecuados, se ajusta el vernier alobjeto medido, el cero del vernier indica la medida en milmetros, luego se observa cualgraduacin del vernier coincide con una graduacin de la regla fija y esta graduacin dalas dcimas de milmetro.

Para calcular la apreciacin de cualquier vernier se utiliza la siguiente expresin:Apreciacin = Apreciacin de la regla fija - Apreciacin de la regla mvil

b) EL TORNILLO MICROMETRICO (PALMER): Este es otro instrumento que permitemedir pequeas longitudes con buena exactitud.

Para efectuar una medicin se ajusta el calibrador a la pieza a medir; de lagraduacin del tornillo se toman los milmetros de la longitud. El tornillo lleva un tamborcon escala circular. Si el paso de la rosca es de un milmetro y la escala circular estcompuesta de 100 divisiones se pueden leer directamente las centsimas de milmetro.

Tambin existen tornillos micromtricos cuyo paso de rosca es de 0,5 mm y su

escala circular tiene 50 divisiones. Es bueno acotar que este tipo de tornillo es igual depreciso al anterior aunque el proceso de leer la medida requiere de ms cuidado.

La apreciacin del Palmer se calcula mediante la expresin:

Apreciacin =tambordelescalaladedivisionesdenmero

tornillodelroscaladePaso

Otra de las magnitudes fsicas a medir es la masa. Dicha magnitud se midemediante un instrumento llamado BALANZA.

LA BALANZA ANALITICA: Consiste esencialmente en una palanca del primer tipo,provista de platillos en los cuales se colocan los cuerpos, cuyas masas se van a hallarpor comparacin. Las masas patrn que se utilizan se llaman PESAS y al proceso sele denomina PESADA, an cuando en realidad en las pesadas analticas no sedeterminan pesos sino masas.

12


13/71

Por ltimo, para medir el tiempo se emplea el CRONOMETRO, el cual toma encuenta el momento inicial y el momento final de la medicin determinando el tiempotranscurrido entre esos dos momentos.

II. PRE-LABORATORIO: El alumno debe consultar cuales son las ecuaciones para elclculo del rea y volumen de las figuras y cuerpos geomtricos ms comunes talescomo: el cubo, paraleleppedo, cono, cilindro, esfera, pirmide, rectngulo, tringulo,rombo, polgono regular, etc.

13


14/71

III. ACTIVIDADES A REALIZAR EN EL LABORATORIO:NOTA: El alumno debe calcular la apreciacin de cualquier instrumento de medida queutilice a lo largo de la prctica, la cual debe aparecer registrada en el Informe.

EXPERIMENTO N 1MEDIDAS DIRECTAS E INDIRECTAS

Materiales: Slidos de forma regular Reglas graduadas, tornillo micromtrico, vernier. Alambres de diversos dimetros Hojas de papel Tornillos, tuercas y arandelas

Metras y monedas Conductor (cable) desnudo

Procedimiento:1. Seleccione un slido de forma regular:

a) Cunto mide la arista del cuerpo seleccionado?b) Cunto vale su rea?c) Cunto vale su volumen?d) Que hizo para conocer la arista, el rea y el volumen?

2. Intente medir el dimetro del cable desnudo, utilizando para ello la regla. Qudificultades encuentra?

3. Envuelva estrechamente el mencionado cable en su lpiz, haciendo unas 10espiras:a) Cul es el ancho de la parte enrollada?b) Puede utilizar este dato para calcular el dimetro del cabello?. Hllelo y

justifique su procedimiento.

4. Ensaye nuevamente, con diferente nmero de espiras, dos o tres veces ms.

Coleccione los datos en una tabla como la sugerida a continuacin:5.

TABLA DEDATOSMedida

Ancho de la parteenrollada en mm

Nmero deespiras

Dimetro delalambre en mm

14


15/71

1a. 4

2a. 8

3a. 12

6. En qu caso es ms confiable la medida del dimetro?. Cundo hay pocas omuchas espiras?. Justifique.

7. Calcule el promedio del dimetro. Ser esta una buena medida del dimetro?.Justifique su respuesta.

Nota: Siguiendo el mismo procedimiento de los numerales 3 y 4, mida el dimetro

de los diversos cables conductores que le han sido entregados. Anote los resultados enuna tabla de datos diseada por usted mismo.

8. Cmo medira con su regla el espesor de la hoja de un libro?. Expliquedetalladamente el procedimiento y realice una medida.

9. Necesit hacer alguna suposicin sobre las hojas?

9. Usando el tornillo micromtrico realice las siguientes actividades:a) Mida el espesor de una hoja de papel

b) Mida el dimetro del cable desnudoc) Mida el dimetro de diversos alambres de cable conductord) Tome nota de las medidas anteriores y comprelas con las medidas hechascon la regla.

-Encontr algunas diferencias? Justifquelas tcnicamente.

10. Con ayuda del vernier realice las siguientes actividades:a) Mida el dimetro y la longitud de un tornillo. Exprese la medida en milmetros.b) Mida el dimetro interior y exterior de una tuerca.c) Mida el dimetro de una esfera (metra) y determine su volumen

d) Mida el dimetro de una moneda y determine su longitude) Mida la profundidad de la tapa de su lapicero.

15


16/71

EXPERIMENTO N 2INTRODUCCION AL CALCULO DE ERRORES

Materiales: Regla graduada en centmetros Cartabn y Escuadra del estudiante.

Procedimiento:1. A. Cada estudiante del grupo tome un metro o regla y mida por turno, una longitud,

por ejemplo la distancia entre los extremos de la mesa de trabajo o el ancho delsaln. Anote sus resultados sin darlos a conocer a sus compaeros, tenga encuenta cifras significativas.B. Intercambie sus instrumentos de medir y vuelvan a tomar las mismas medidas.

No corrijan sus datos.C. Intercambien de nuevo y vuelvan a medir en la misma forma.

2. Renan sus resultados en una tabla de datos como la que se sugiere acontinuacin. (Exprese todas las medidas en metros). TABLA DE DATOS

Estudiante A Estudiante B Estudiante C

1a. Medida

2a. Medida

3a. Medida

3. Analice los resultados:a. Tienen que tener todos los resultados el mismo nmero de decimales?. Por

qu?b. Cul medida de su tabla de datos se repite con ms frecuencia?c. Cuntas medidas diferentes aparecen en su tabla?d. Qu medida considera usted que representa con mejor aproximacin la distancia

que quiso medir?.

4. A. Calcule el promedio aritmtico de todos los resultados obtenidos. Cuntascifras significativas deber tener este resultado? Por qu?.B. Calcule el error porcentual de esta experiencia. Para ello, use la siguienteecuacin:

16


17/71

realizadamedidaCadaXaritmticaMediaxX

xXep ==

= ;%;100*_

_

17


18/71

EXPERIMENTO N 3MEDICION DE MAGNITUDES BASICAS

Materiales:

Cilindro graduado Cronmetro Metra Arandela Balanza Pesas Slidos regulares Moneda

Procedimiento:

1. Mida el tiempo que emplea una metra en recorrer un litro de agua. Utilice elcronmetro y el cilindro graduado.

2. Haga la medicin por lo menos tres veces para corregir el error introducido.Cmo se llama este error?.

3. Repita los numerales 1 y 2 para una arandela y para una moneda.

4. Determine la masa de cada uno de los objetos utilizados en esta experiencia.

5. Registre toda la informacin obtenida en una tabla de datos diseada por usted.

6. Compare los datos obtenidos y determine cual de los objetos emple el menortiempo. Justifique su respuesta en trminos del tiempo y de la masa.

7. Vierta en un cilindro graduado un volumen de agua de 400 ml (mililitros) eintroduzca en l un slido de forma regular:

a) Observe detenidamente el nivel de agua antes y despus de introducir elslido. Qu ha ocurrido?.

b) Determine el volumen de agua desplazado por el slido. Explique elprocedimiento empleado para obtener ste valor.c) Mida la masa del slido utilizado y anote el resultado.

d) Calcule la densidad del slido usando la siguiente ecuacin:V

MD =

18


19/71

e) Clasifique todas las magnitudes medidas y determinadas a lo largo detoda la prctica. (Sugerencia: Revise el apartado 1.4 de la Introduccin).

P R A C T I C A N 2CONSTRUCCION Y ANALISIS DE GRAFICAS

I. INTRODUCCION :La idea de implementar una prctica de Laboratorio basndose en grficas surge

de la importancia que estas representan en el anlisis de cualquier experimento; as,por ejemplo, con solo observar una grfica se puede determinar que tipo de relacinexiste entre las variables y adems determinar (con ayuda de clculo una ecuacin querelacione a las variables intervinientes en cada experiencia.

Para que lo anterior tenga validez es necesario conocer lo siguiente:a) La frmula general de una recta es: bmxy +=

Donde: y= variable dependientex= variable independiente

m = pendiente b = punto de corte de la recta con el eje Y.

b) Si al graficar una tabla de datos se obtiene una lnea recta que pasa por el origen, larelacin entre las variables es directamente proporcional. Si la recta no pasa por elorigen, la relacin se denomina variacin lineal.

c) Para determinar la ecuacin nos apoyamos en la frmula general de la recta. La

pendiente se calcula mediante la siguiente expresin:12

12

xx

yym

=

d) Cuando al graficar se obtienen curvas. Por ejemplo una parbola, la forma paraobtener la relacin entre las variables es como sigue:

d.1 Convertir en lnea recta la curva obtenida, a este proceso se ledenomina linealizacin de grficos (ser explicado ms adelante). d.2 Obtener la ecuacin que relaciona a las variables. d.3 Comprobar que la ecuacin obtenida es correcta. Para hacer lacomprobacin se sustituye en la ecuacin obtenida los valores de la variableindependiente, (tomados de la tabla de datos original) y se calculan los valoresde la variable dependiente. Si los valores calculados coinciden con losregistrados en la tabla original la ecuacin es correcta.

La linealizacin de grficos se hace basndose en la frmula general

19


20/71

correspondiente a la curva obtenida.20


21/71

Si se obtiene una parbola, la frmula a utilizar es la siguiente:cbxaxy ++= 2

donde: y= variable dependiente

x= variable independiente a = pendiente de la recta obtenida al linealizar

b = punto de corte de la recta con el eje vertical c= punto de corte de la parbola con el eje Y.

A continuacin se presenta un ejemplo concreto para explicar la linealizacin degrficos:

Suponga que al realizar un experimento se obtuvo la siguiente tabla de datos:

X ( c ) -2 -1 0 1 2 3

Y (m.m) 5 0 -3 -4 -3 0

La grfica que se obtiene es la siguiente:

21

Y = f (X)

-5

-4-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

X (C)

Y (mm)

1

1 2 3-1-2


22/71

La grfica anterior se puede linealizar as:La ecuacin general de una parbola ( y = ax + bx + c) puede ser escrita as:y - c / x = ax + bSi se representa porZ al trmino de la izquierda se obtiene: Z = ax + b

Si se calculan los valores de Z, utilizando el trmino de la izquierda yconservando los mismos valores para X, se obtienela siguiente tabla:

X (c) -2 -1 0 1 2 3

Z(m.m/c)

-4 -3 * -1 0 1

cuya grfica es la siguiente:

Z = f ( X )

Aplicando la ecuacin de la pendiente se obtiene el valor de a = 1.Observando la segunda grfica se obtiene el valor de b = -2Recurriendo a la primera grfica (parbola) se obtiene el valor de c = -3.Recordando que significa cada una de las letras en la frmula general de la

parbola, podemos construir la ecuacin que rige el comportamiento de las variablesconsideradas, esta es:

y = x - 2x - 3

22

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

-1 -2 1 2 3

Z(mm/c)

X(c)


23/71

NOTA: Es responsabilidad del alumno comprobar que dicha ecuacin escorrecta.

Retomando el tema de la relacin entre las variables, podemos utilizar el siguientecriterio:

Si la ecuacin obtenida es de la forma y = ax, la proporcionalidad entre lasvariables es directa al cuadrado

Si la ecuacin es de cualquiera de las siguientes formas:1) y = ax + bx + c2) y = ax + bx; la relacin se denomina variacin lineal.

Por otra parte, si se obtiene una ecuacin de la forma:x

my =

la relacin evidentemente es inversamente proporcional. En este caso se obtendrcomo grfica una hiprbola, la cual tambin se puede linealizar.

Veamos el siguiente ejemplo:Luego de realizar un experimento se obtuvo la siguiente tabla:

M (gr) 1 2 3 4 6 12A(m/s2 ) 12 6 4 3 2 1

La grfica que se obtiene es la siguiente:

23

A = f ( M )

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

M(gr)

A(m/s2)


24/71

Para linealizar basta con calcular el inverso de los valores de la variable independiente(x); obtenindose la siguiente tabla de datos:

1/x 1 0,5 0,33 0,25 0,166 0,0833Y 12 6 4 3 2 1

Cuya grfica es:

Como la grfica dio una lnea recta, podemos utilizar la ecuacin vistaanteriormente para el clculo de la pendiente cuyo resultado es 12

Entonces la ecuacin de la grfica original esx

y12

=

En resumen, para este tipo de grfica basta con linealizar la curva original

(hiprbola) y calcular la pendiente para sustituirla en la ecuacin patrn (x

my = ).

Luego de obtenida la ecuacin es recomendable comprobar que dicha ecuacin es

correcta, para lo cual se sustituyen los valores de la variable independiente, (tomadosde la tabla original de datos) y se deben obtener los valores de la otra variable. Dichosvalores deben ser comparados con los de la tabla original, en caso de que algn valorno coincida, la ecuacin obtenida no es la correcta.

24


25/71

A continuacin se presenta una serie de normas que le permitirn construir lasgrficas que se piden a lo largo de la actividad de laboratorio:1. Las grficas deben representarse en papel milimetrado, situando los ejes

coordenados en las rayas ms visibles del papel.

2. A de llevar un ttulo lo suficientemente explcito en la parte superior y sobre ambosejes y en los extremos de los mismos, la indicacin de la magnitud representada, ascomo la unidad en que ha sido medida.

3. La variable independiente del fenmeno estudiado ha de ir representada en lasabscisas y la dependiente en las ordenadas.

4. Las divisiones que se marquen sobre los ejes deben ser de igual longitud paraambos. Sin embargo, la escala que se asigne a cada eje no tiene que ser idntica

para cada eje.

5. Las escalas sobre ambos ejes han de permitir una rpida y sencilla lectura.Recuerde que la escala la determina la tabla de valores.

6. La escala de cada eje debe ser escogida de tal forma que todos los valores puedanubicarse sin mucho inconveniente y la grfica debe ser proporcional al tamao delpapel.

7. Las grficas han de ser lneas finas y continuas, pasando por la mayor parte de los

puntos experimentales.

8. Para representar los valores medidos se utiliza la tcnica de los pares ordenados.

9. Las grficas deben ser presentadas con pulcritud y orden.

II. PRE-LABORATORIO:El alumno debe traer para la realizacin de esta prctica el siguiente material:

papel milimetrado, papel cuadriculado, hojas blancas, regla o escuadra graduada y de

ser posible cinta mtrica (cartabn).

III. LABORATORIO:

25


26/71

EXPERIMENTO N 1INTRODUCCION A LAS GRAFICAS

I PARTE:

Material: Un juego de discos Cinta mtrica Papel milimetradoProcedimiento:1. a. Cuntos dimetros se pueden dibujar en una circunferencia?. Verifique su

respuesta midiendo el dimetro para todos los discos. (Tenga cuidado con las cifrassignificativas).

b. Qu tienen de particular los resultados obtenidos?c. Mida la longitud de la circunferencia de cada uno de los discos entregados.

2. a. Organice sus medidas en una tabla de datos como la sugerida a continuacin:

TABLA DE DATOS

DIAMETROCIRCUNFERENCIA

CIRCUNFERENCIA/DIAMETRO

Disco 1

Disco 2

Disco 3

Disco 4

b. Qu ventajas ve usted en una ordenacin de los datos en una tabla?

3. En las columnas segunda y tercera, tenemos un conjunto de parejas (D,C).

a. Reprsentelas en un plano cartesianob. Que figura insinan estos puntos?. Dibjela.c. Qu representan las abscisas de los puntos representados?. Y lasordenadas?

26


27/71

d. Qu representan la abscisa y la ordenada de un punto de su grfica, nohallado experimentalmente?

e. Pasa su grfica por el origen?. Por qu?

4. a. A partir de la grfica obtenida halle la ecuacin que relaciona a las dosvariables.

b. Tiene alguna relacin esa ecuacin con el resultado obtenido en 1?.Cmo lo explica?

5. En geometra se define el nmero (PI) como la relacin de la circunferencia aldimetro. Le da esta informacin alguna confianza en el resultado que obtuvo?.Explique.

6. Calcule el error porcentual de su experimento.

II PARTE:

Material: Papel cuadriculado Regla

Procedimiento:1. Sobre la hoja de papel cuadriculado dibuje aproximadamente 5 cuadrados de

diversos tamaos.a. Cuntos cuadritos encierra cada uno de los cuadrados dibujados?.

Represente esta variable mediante la letra Nb. Cunto mide el lado de cada cuadrado?. Represente esta variable mediante

la letra Lc. Coleccione su informacin en una tabla de datos.d. Existe alguna relacin entre una y otra variable?. Detalle su respuesta.

2. Represente las parejas (L,N) en un plano cartesianoa. Pertenece el punto (0,0) a su grfica?. Extrapole su grafica. Justifique.

b. Qu clase de curva obtiene?c. Halle la relacin N/L. Es similar a la relacin C/D obtenida en la I PARTE?.

Explique.

27


28/71

3. Linealice el grfico obtenido.a. Obtenga la ecuacin de la grfica obtenidab. Hay alguna constante en esa ecuacin?. Cul es? . Que unidades tiene?.c. Cunto vale N en funcin de L?

4. Comprobacin de la ecuacin obtenida:a. Haga dicha comprobacin de acuerdo a lo establecido en la introduccin de

esta prctica.b. Cuntos cuadritos hay en un cuadrado donde:

b.1 L = 3 cmb.2 L = 7 cmb.3 L = 11 cm

c. Est seguro que estos resultados corresponden a la realidad?. Cmo loverifica?.

III PARTE:

A partir de las tablas de datos que se dan a continuacin realice las siguientesactividades:

1. Construya la grfica correspondiente a cada tabla, tomando en cuenta la normativa

establecida para ello.

2. Haga una descripcin detallada de la misma identificando cada una de las variables,el nombre de la grfica, la forma de la curva, etc.

3. De ser necesario aplique el proceso de linealizacin para obtener la ecuacincorrespondiente.

4. Establezca cul es la relacin entre las variables.

5. Haga la comprobacin de cada una de las ecuaciones obtenidas.

NOTA: Para la Tabla N 1 grafique D vs. TPara la Tabla N 2 grafique h vs. T

28


29/71

Para la Tabla N 3 grafique Y vs. X

Tabla N 1

D (cm) -2 -3 0 7 18

T (C) -2 -1 0 1 2

Tabla N 2

t (s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

H (m) 10 11,7 15,4 18,4 24,7 29 37,5 44 55 63 76

Tabla N 3

X(seg

)

-3 -2 -1 0 1 2 3 4

Y(m) 6 0 -4 -6 -6 -4 0 6

29


30/71

PRACTICA N 3MOVIMIENTO RECTILINEO

I. INTRODUCCION:

Debido a que este tema est contemplado dentro del contexto terico de laasignatura, en el presente marco terico slo aparecer la informacin bsicanecesaria para el desarrollo de esta prctica.

En la prctica anterior, se desarrollaron los aspectos fundamentales paraenfrentar con mayor provecho las sesiones de Laboratorio restantes y es a partir desta prctica que se podr apreciar la real importancia que tienen las grficas en elestudio experimental de la Fsica.

Para hacer el anlisis de una grfica utilizamos bsicamente la observacin yaque con su ayuda se puede describir detalladamente LA CURVA obtenida.

Al evaluar una grfica referente al movimiento de un mvil se debe observarprimero que nada cuales son las variables que aparecen en cada eje. Con estainformacin y tomando en cuenta la forma de la grfica obtenida, se puede establecerel tipo de movimiento que est ejecutando el mvil sometido a estudio.

La siguiente informacin puede servir de orientacin para que el alumno llegue a

distinguir los tipos de MOVIMIENTO RECTILINEO que se van a considerar.

La ecuacin que rige el MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME (M.R.U), vienedada por: X = V*t + Xodonde: V= velocidad constante

t= tiempo X= distancia (posicin) recorrida por el mvil Xo = es el punto donde la recta corta al eje vertical.

Si la grficaX = f(t) da como resultado una lnea recta el movimiento es M.R.U.,

pero si la grfica es una parbola el movimiento se denomina MOVIMIENTORECTILINEO UNIFORMEMENTE VARIADO (M.R.U.V.). Para este ltimo casoexisten dos alternativas:

30


31/71

a) Si la parbola presenta concavidad positiva (simulando la posicin de una "U"), elmovimiento se denomina MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE ACELERADO(M.U.A.).

b) Si la parbola presenta concavidad negativa ( "U" invertida), el movimiento sedenomina: MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE RETARDADO (M.U.R.).

En la prctica, es sencillo obtener la grfica V = f(t) a partir de la informacin quenos suministra una grfica X = f(t). Si el movimiento es M.R.U., basta con calcular lapendiente de la recta. Este valor representa la VELOCIDAD, la cual se mantieneconstante a lo largo del tiempo. Con estos valores se construye la grfica V = f(t)obtenindose una lnea recta paralela al eje del tiempo, lo cual se interpreta fsicamenteindicando que la aceleracin es nula, puesto que al hacer el clculo de la pendiente se

obtiene el valor de cero (0).

Por otra parte, si el movimiento es M.R.U.V., la grficaV = f(t) se obtiene directamente al linealizarla grfica X = f(t).

Para el M.R.U.V., siempre que se construya una grfica V = f(t) se obtiene unalnea recta que puede ser:

a) Ascendente: Si el movimiento es M.U.A. En esta, la pendiente es positiva yrepresenta el valor de la ACELERACION.

b) Descendente: Si el movimiento es M.U.R. En esta, la pendiente es negativa ytambin representa a la ACELERACION.

En una grfica V = f(t), al calcular el rea de la figura que se forma bajo laCURVA, se obtiene la DISTANCIA RECORRIDA POR EL MOVIL

Al graficar aceleracin en funcin del tiempo a = f(t), se obtienen rectas paralelasal eje del tiempo, las cuales estarn ubicadas por encima de ste si el movimiento esM.U.A. o por debajo si el movimiento es M.U.R.

NOTA: La variable tiempo (t) por ser una variable independiente siempre se representasobre el eje horizontal.

31


32/71

A continuacin se presenta un ejemplo con las grficas que representan elM.R.U y el M.R.U.A

32


33/71

33GRAFICAS

a = f(t)

V = f(t)

X = f(t)

10

5

00 0,5 1,0 1,5

10

5

00 0,5 1,0 1,5

10

5

0

10

5

0

5

4

3

2

1

0

5

4

3

2

1

0

0 0,5 1,0 1,5 0 0,5 1,0 1,5

0 0,5 1,0 1,5 0 0,5 1,0 1,5

2

v2

a = + 9,8 m/ seg

v

h V = + 2,00 m/ seg

X=

(+2,00m/

seg)t

t (seg) t (seg)

t (seg) t (seg)

t (seg) t (seg)

a=(m/se

v

2

a

=

(m/

seg

)

V

=

(m/

seg)

h

V

=

(m/

seg)

X

=

(m)

X

=

(m)

V

=(+9,8m/

seg

)t

2

Y=+

(9

,8

m

/seg

)

t

2

2


34/71

II. PRE - LABORATORIO:El alumno debe consultar detalladamente todo lo referente a la terminologa y las

ecuaciones del Movimiento Rectilneo( M.R.U. y M.R.U.V.)

III. LABORATORIO:

EXPERIMENTO N 1MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME

Material: Una tabla para mecnica Un carro dinmico Un cronmetro

Una regla Un bloque de madera Un trozo de tiza

Procedimiento:

1. Observacin del Movimiento : En esta parte slo se observaran cuantitativamentediferentes clases de movimiento para que usted los identifique.

a) Coloque la tabla inclinada y haga que el carro descienda por ella. (Ver figura anexa).b) Incline ms la tabla y repita el procedimiento. Hay diferencias en los

movimientos?. Hay semejanzas, cules?. Describa con sus propias palabras elmovimiento del carro.

c) Incline la tabla en sentido opuesto e impulse el carro para que suba. Ocurri algncambio en el movimiento?. Describa el movimiento observado.

d) Repita con la tabla en posicin horizontal. A qu caso de los anteriores seasemeja?. Por qu?.

e) Busque la posicin de la tabla para la cual el movimiento del carro sea uniforme aldarle un pequeo impulso, es decir que no haya variaciones en su movimiento.

2. Identifique las variables de cada movimiento que puedan ser medidas (variables

fsicas) con algn instrumento. Cules son?

3. Planificacin del experimento : Usted dispone de un cronmetro y una regla.a) Cules de las variables anotadas en 2., pueden ser medidas con estos aparatos?.

34


35/71

Cmo?.b) Qu elementos grficos y/o matemticos usara usted para estudiar la relacin

matemtica entre la posicin y el tiempo?. Es decir, X = f(t).c) Disee detalladamente un experimento para estudiar uno de los movimientos

observados en 1. Slo describa que va a hacer, pero no realice el experimento.Vamos a estudiar el ms simple de los movimientos estudiados. Coloque la tabla

en la posicin 1.e.

4. Desarrollo del experimento: Con el trozo de tiza marque sobre la tabla paramecnica segmentos de igual longitud (por ejemplo los segmentos pueden medir 25centmetros). Una vez que haya establecido los segmentos debe medir el tiempoque emplea el carrito en recorrer cada uno de los segmentos construidos, siguiendopara ello los siguientes pasos:

a) Obtenga una tabla de datos para determinar la posicin (X) y el tiempo (t) en el

movimiento del carro, al impulsarlo con un golpe suave pero seco. La estructura dela tabla de datos la puede disear usted mismo.

b) Obtenga una segunda tabla dando un golpe seco pero ms intenso.c) Elabore los grficos correspondientes en una misma hoja de papel milimetrado.

5. Del grfico obtenido deduzca:a) Para los dos movimientos, Qu relacin observa entre las variables?.b) Del grfico, Puede determinar las ecuaciones que representen la relacin X = f(t)

para los dos movimientos?. Hgalo.

c) Qu unidades tienen las constantes en estas ecuaciones?.d) En qu caso el carro recorre ms distancia durante los primeros 20 tics del

movimiento graficado?.e) Tiene este hecho alguna relacin con las constantes de las ecuaciones halladas?.

Por qu?.f) Observando las grficas, podra afirmar por simple inspeccin, en qu caso el carro

se movi ms rpido?.

35


36/71

36

T a b l a P a r a

e n t i d o D e l M o v i m i e n t o


37/71

EXPERIMENTO N 2MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE ACELERADO

Materiales:

Riel de aluminio de 150 cm de largo Baln o esferita de acero Regla de 1 m. Taco de madera Cronmetro.

Procedimiento:

1. Observacin del fenmeno: Coloque un extremo del riel sobre un taco de madera (4- 8 cm de alto), o sobre un libro grueso, para formar un plano levemente inclinado,

esta posicin no deber ser modificada en todo el experimento.Observe cmo rueda el baln por el riel.

a) Describa cualitativamente el movimiento del baln.b) Qu variables fsicas descubre? . Cmo las mide?

2. Qu tiempo tarda el baln para recorrer los primeros 25 cm?. Para facilitar lamedicin coloque all la punta de un lpiz u otro objeto para ver cuando llegue elbaln a ese punto. Bastar una sola medida, o ser necesario hacer varias.Asegrese de soltar el baln siempre del mismo punto. Repita la medicin por lomenos tres veces y halle el promedio.

3. Intentemos predecir algunos resultados:a) Qu tiempo estima usted que tardar el baln en recorrer una distancia doble, triple,

cudruple,... ? Proponga valores y de razones para dar estos valores. Es fcilhacer las predicciones?

b) Verifique experimentalmente los valores para todos los casos propuestos.Recolecte ordenadamente su informacin en una tabla de datos.

4. Anlisis del experimento: Mediante el anlisis grfico, halle la relacin matemticaentre la distancia X y el tiempo t (ecuacin). Haga la linealizacin del grfico y

escriba la ecuacin obtenida.5. Por qu eran difciles prever los resultados en 3. a.?6. Si el riel tuviera 10 metros de largo, cunto tiempo tardara el baln en recorrer:

a. La mitad del riel

37


38/71

b. El riel entero. NOTA: Use la ecuacin obtenida para responder lo anterior.c. Qu posicin tendra el baln en el instante que hubiera transcurrido la mitad del

tiempo total necesario para recorrer los diez metros.EXPERIMENTO N 3

MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE VARIADO

El resultado de una observacin sistemtica sobre un movimiento, que incluyamediciones y anlisis, puede conducir a una ecuacin matemtica que sintetice lascaractersticas del movimiento y permita predecir la posicin y velocidad del objeto enun instante dado. En particular, Cmo es el movimiento de un carro que desciendepor un plano inclinado?. Y Si el carro sube por el plano, solamente a merced de unimpulso dado por un golpe seco, cmo es su movimiento mientras sube?

Materiales: Los mismos de la experiencia N 1

Procedimiento:

1. Planeemos el experimento:a) Cul es el propsito de este experimento?b) Qu variables deber medir en su experimento?. Cmo?c) Qu pasos importantes tendr que dar en el desarrollo de su experimento?.

2. Desarrollo del experimento:a) Obtenga dos tabla de datos siguiendo los mismos pasos del experimento N 1 (Una

para el movimiento cuando baja y otra cuando sube el carro). Necesarias paraanalizar la informacin adecuada. Utilice un ngulo de inclinacin grande en cadacaso.

b) Disee las tablas de forma que en una columna aparezca la distancia recorrida y enla otra el tiempo empleado por el carro en recorrer cada distancia. No olvide usarlas unidades correspondientes.

c) Construya los grficos distancia en funcin del tiempo. Qu tipo de curva obtuvopara estos movimientos?

3. Anlisis de los resultados:

a) Puede hallar las ecuaciones que describen los movimientos?. Qu otros grficoses necesario hacer para ello?.

b) Cunto valen las pendientes? Qu unidades tienen?c) Observa alguna relacin entre el comportamiento cualitativo del movimiento al

38


39/71

descender y al subir con respecto a los signos de las pendientes?d) Podra determinar la aceleracin de cada movimiento?. Cmo?e) Cul era la velocidad inicial al comienzo de la parte analizada en cada

movimiento?. Est representada de alguna manera en su grfica?

4. Si el plano se prolongara indefinidamente. Podra predecir la distancia mxima quesube el carro por el plano inclinado?. Hgalo.

39


40/71

PRACTICA N 4MOVIMIENTO PARABOLICO

(Lanzamiento de Proyectiles)

I. INTRODUCCION:

Por la misma razn expuesta en la prctica anterior, la informacin que acontinuacin se presenta, solo pretende aportar lo necesario para que el alumnodesarrolle la prctica, teniendo una ligera nocin de lo que significa el movimientoobjeto de estudio.

El Movimiento Parablico (Lanzamiento de Proyectiles como tambin se le

conoce), est regido por el principio de superposicin del movimiento, el cual establece:"Si el movimiento de un cuerpo es el resultado de otros dos movimientossimultneos, la posicin que ocupa al cabo de un tiempo (t) es la mismaque ocupara si ambos movimientos se hubiesen cumplido sucesiva eindependientemente uno de otro y cada uno de ellos durante el mismotiempo (t)".

Por otra parte las ecuaciones que rigen el Movimiento Parablico (Horizontal)son:

Vx= Vo (clculo de la velocidad horizontal)

Vy= g * t (clculo de la velocidad vertical)

V = Vx + Vy(clculo de la velocidad resultante)

X = Vo * t (clculo de la posicin horizontal)

2

*2tg

hy = (clculo de la posicin vertical)

Vx

Vytagarc= (clculo de la direccin de V)

40


41/71

II. PRE - LABORATORIO:El alumno debe repasar lo referente a las normas para la construccin de grficas

y linealizacin de las mismas.

III. LABORATORIO:

EXPERIMENTO N 1MOVIMIENTO PARABOLICO - 1

No todos los cuerpos describen trayectorias rectas al moverse. Qu clase decurva describe una pelota cuando se lanza oblicuamente?. Describir un arco decircunferencia? De elipse? De parbola? De hiprbola?. Slo podremos dilucidaresta pregunta cuando conozcamos la ecuacin de la trayectoria de un movimiento

similar.

Material: Rampa inclinada Baln de acero Tablero con parachoques Pinza de madera Cinta de papel carbn Cinta de papel blanco Regla de un metro

Plomada

Procedimiento:

1. Observacin del fenmeno:Ensamble el tablero con la rampa y el parachoques de modo que el baln ruede

libremente y golpee el parachoques (ver figura anexa). Verifique la verticalidad delparachoques con la plomada, o si no haga el ajuste necesario al tablero.a) Deje rodar libremente el baln desde diferentes alturas y observe su trayectoria

desde el instante en que abandona la rampa.

b) Suelte uno de los tornillos de sujecin e incline un poco la rampa hacia atrs, demanera que el baln al abandonarla, salga oblicuamente hacia arriba. Observe latrayectoria del baln en el aire desde que abandona la rampa.

c) Dibuje un esquema mostrando la forma de las trayectorias que observ.

41


42/71

d) Nombre algunos movimientos que haya observado, que describan trayectoriassimilares a las del baln.

2. Planificacin del experimento:

a) Cul es el propsito de este experimento?b) Qu variables fsicas identifica en cualquiera de las trayectorias observadas?c) Si desea conocer la ecuacin de la curva que describe el baln en el plano vertical,

qu variables debe medir?d) Qu elementos grficos o matemticos requiere para ello?e) Explique claramente el procedimiento experimental que le permite alcanzar el

propsito de su experimento.

3. Desarrollo del experimento:Disponga de la rampa y el parachoques sin cinta como se indica en la figura

anexa. Use la pinza de tope para soltar el baln desde la misma altura.a) Cmo puede soltar el baln siempre desde la misma altura?b) Cmo puede medir X?. Cmo puede medir Y?. Qu representa la pareja de

puntos (X,Y)?.NOTA: Supuestamente tratamos de hallar la trayectoria que describe el centro de masadel baln. Si X se mide a partir del borde del riel, hay que restar un valor igual al radiodel baln. Para la medicin de Y no es necesario esto. Por qu?.c) Coloque las cintas de papel blanco y de carbn para registrar los impactos del baln

en el parachoques. Para valores de X = 0 y cada 5 cm obtenga unos 5 impactos delbaln en el parachoques. Cul ser el valor de Y a elegir?. Dnde escoge el

origen?. Recolecte en una tabla un nmero suficiente de puntos (X,Y).d) Seale algunos factores que expliquen la dispersin de los impactos en el

parachoques.

4. Anlisis del experimento:a) Mediante la elaboracin de los grficos pertinentes, determine la ecuacin

experimental de la trayectoria del baln.b) Basndose en la clase de ecuacin que obtuvo, podra afirmar con seguridad que

clase de curva describe el baln?

42


43/71

43


44/71

EXPERIMENTO N 2MOVIMIENTO PARABOLICO - 2

Los objetos lanzados horizontalmente, describen parbolas:

Y = b*X, con aberturas pequeas o grandes, segn se les lance con poca o muchavelocidad inicial (Vo). Investigaremos este hecho que tiene relacin con la magnitud de

la constante b de la ecuacin mencionada. Donde 20

2V

gb =

Material: El mismo utilizado en la experiencia anterior.

Procedimiento:

1. Observacin del fenmeno:a) Para una posicin fija del parachoques X = 20 cm, suelte el baln desde diferentes

altura h sobre la rampa y observe los impactos en el parachoques (ver figura anexa).NOTA: Recuerde que la posicin X se mide a partir del extremo desde donde elbaln abandona la rampa.

b) Dibuje un grfico esquemtico mostrando las trayectorias del baln.c) Qu sucede con "Y" cuando aumenta la altura "h" de la cual se suelta el baln?.d) Qu relacin parece existir entre las variables Y y h?

2. Desarrollo del experimento:a) Obtenga un conjunto conveniente de parejas (h, Y) para analizar la relacin entre

estas variables. Y elabore un grfico de Y vs. Hb) Qu le sugiere el grfico sobre la variacin de "Y" cuando "h" aumenta? Y cuando

"h" disminuye?

3. Anlisis del experimento :a) En su tabla de datos calcule 1/h y elabore un nuevo grfico de Y vs. 1/h. Qu clase

de anlisis nos sugiri que hiciramos este grfico?b) Escriba una ecuacin emprica entre "Y" y "h"c) Observemos lo que nos dice la teora: La ecuacin terica de la parbola es:

2

0

2

2

*

V

XgY =

Existe alguna relacin de proporcionalidad entre Vo y "h"? O entre Vo y "h" ?.Justifique su respuesta.d) Concuerda cualitativamente teora y experimento?. Cul es el anlisis que nos

lleva a dicha conclusin?.

44


45/71

e) Determine el valor de la V0 del experimento.f) Calcule el tiempo que emple el baln en efectuar el movimiento.g) Calcule la velocidad resultante y su direccin.

45


46/71

46

h

1

h

2

h

3

X

X

E

S

C

O

N

S

T

A

N

T

E

D

U

R

A

N

T

E

T

O

D

O

E

L

E

X

P

E

R

IM

E

N

T

O


47/71

PRACTICA N 5SISTEMAS DE FUERZAS COPLANARES. SEGUNDA LEY DE NEWTON

I. INTRODUCCION:

1. Sistema de Fuerzas Coplanares: Si al extremo de una cuerda amarramos uncuerpo y tensionamos la misma, a lo largo de ella se produce una fuerza que tiene ladireccin de la misma (originada por las fuerzas internas de cohesin de las partculasque constituyen la cuerda), llamada TENSION de la cuerda. Por lo tanto en un sistemade varios cuerpos en equilibrio se conoce la direccin y sentido de las fuerzas detensin.

La determinacin del carcter vectorial de una fuerza solo puede hacerse

experimentalmente.

2. Segunda Ley de Newton o Ley de la Masa: Esta ley se enuncia de la siguienteforma: " La aceleracin que adquiere un cuerpo por la accin de una fuerza esdirectamente proporcional a la fuerza aplicada e inversamente proporcional a lamasa de dicho cuerpo.

La Segunda Ley de Newton se conoce tambin como la ley fundamental de laDinmica que se encarga de estudiar el movimiento de los cuerpos tomando en cuentalas causas que lo originan.

El concepto de Fuerza es bsico en el anlisis dinmico del movimiento ya que

es considerada como la causa que puede modificar o producir el estado de reposo omovimiento de los cuerpos.

Un elemento grfico auxiliar que facilita el estudio de cuerpos sometidos a laaccin de una o varias fuerzas es el denominado DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE,que consiste en representar todas las fuerzas que influyen sobre un cuerpo utilizandoun sistema de coordenadas.

Generalmente las fuerzas prefijadas sobre un cuerpo son las siguientes: Fuerzade Roce, Fuerza Normal, Fuerza de Tensin, Peso del cuerpo y Fuerza Aplicada.

El alumno no debe confundir los conceptos de MASA y PESO de un cuerpo.Vale la pena recordar que mientras que la MASA es una magnitud escalar, invariable,propia de cada cuerpo y determinada mediante la balanza; el PESO es una magnitudvectorial, que cambia su valor de acuerdo a la gravedad del lugar, calculada mediantela ecuacin P = m * g, y determinada experimentalmente mediante el dinammetro.

Cualquier fuerza puede ser medida mediante el uso de un instrumento

47


48/71

denominado DINAMOMETRO, el cual puede estar graduado en cualquiera de lassiguientes unidades: Newton, dinas, kilogramos, gramos, pondios, kilopondios.

48


49/71

II. PRE-LABORATORIO:El alumno investigar lo referente a: lnea de accin de una fuerza, los conceptos

de cada una de las fuerzas mencionadas en la introduccin, la expresin matemticade la Segunda Ley de Newton, el principio de funcionamiento del dinammetro, y las

normas para la construccin de diagramas de cuerpo libre y los mtodos utilizados parala Composicin de Fuerzas Concurrentes.III. LABORATORIO:

EXPERIMENTO N 1COMPOSICION DE FUERZAS

En muchas ocasiones no es posible aplicar una sola fuerza para realizar algunalabor. En esta prctica se investigar el caso de Fuerzas Coplanares cuando las lneasde accin de todas las fuerzas pasan por un punto (Fuerzas Concurrentes).

Material: Dinammetros Transportador Tablero Regla Clavitos Cuerda o hilo fuerte

Procedimiento:

1. Observacin del fenmeno:a) Una dos dinammetros con una cuerda de unos 20 a 25 cm de largo. Con su mano

tensione los dinammetros sobre el tablero horizontal. Cul es la lectura de cadadinammetro?. Qu representa esta lectura en relacin con la tensin de lacuerda?. Ilustre su respuesta en un DIAGRAMA.

b) Pase una segunda cuerda alrededor de la primera sin hacer nudo y ate susextremos a un tercer dinammetro. Arme sobre el tablero horizontal el conjuntocomo sugiere la figura anexa, fijando con clavos los extremos de los dinammetros(1) y (2) por donde no pasan las cuerdas.

c) Con ayuda de un compaero y para una posicin fija de las cuerdas, tensione el

dinammetro N 3. Qu sucede con las fuerzas que miden los otrosdinammetros? Utilice el mtodo del paralelogramo para demostrar que la fuerzaque producen los dinammetros 1 y 2 es capaz de anular la del N 3.

d) Suelte el clavo del dinammetro N 2 Qu pasa si se acercan los dinammetros 1

49


50/71

y2? Y cuando se alejan? Cundo tienden a ser iguales las fuerzas en losdinammetros 1 y 2? Cundo la diferencia entre sus lecturas es mayor?.Cundo la suma de los valores de los dinammetros 1 y 2 se aproxima al valor deldinammetro 3?.

50


51/71

51

( 1 )( 2 )

( 3 )


52/71

2. Realizacin del experimento:Coloque una hoja de papel blanco sobre el tablero. Para dos valores del ngulo ,

siendo el ngulo que forma la cuerda que une los dinammetros 1 y 2, mida las

tensiones en las cuerdas y dibuje sobre la hoja de papel sus direcciones, indicando elpunto de concurrencia. Con el transportador mida cuidadosamente los ngulos.3. Anlisis del experimento:a) Es la suma de las magnitudes de las fuerzas en las cuerdas 1 y 2 igual a la

magnitud de las fuerzas en la cuerda 3?b) Haga un diagrama de fuerzas para uno de los casos medidos en 3 y obtenga por el

mtodo grfico la resultante de las tres fuerzas.c) Para cada caso de los medidos en 3, calcule, por el mtodo del paralelogramo la

resultante de las fuerzas en las cuerdas 1 y 2 en magnitud y direccin.

d) Compare la resultante obtenida en cada caso con la magnitud de la fuerza en lacuerda 3. Cmo es la direccin de esta fuerza con la resultante?

e) Qu puede concluir acerca de la naturaleza vectorial de la fuerza? D lasprincipales razones que sustenten su afirmacin.

EXPERIMENTO N 2SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY DE LA MASA

En experimentos anteriores se han estudiado las leyes de la cinemtica,incluyendo movimientos acelerados. Ahora nos preguntamos cules son las causasque producen tales movimientos. Qu sucede cuando sobre un cuerpo acta unafuerza neta. En esta experiencia investigaremos las causas de un movimientouniformemente acelerado y determinaremos la relacin entre la fuerza aplicada a uncuerpo y la aceleracin alcanzada por ste. Nos apoyaremos en el anlisis demovimientos hechos en experiencias anteriores.

-Materiales: Tabla para mecnica

52


53/71

Carro dinmico Ticgrafo Cuerda y cinta de papel Balanza

Polea fija Juego de pesas Prensa en C

Procedimiento:1. Efecto de la fuerza de roce :a) Coloque la tabla horizontalmente y d un pequeo impulso al carro. Cmo es su

movimiento? Por qu se detiene despus de recorrer alguna distancia?.b) Trate de producir un movimiento uniforme. Busque alguna posicin inclinada de la

tabla, tal que el carro mantenga su velocidad constante cuando descienda. Use un

cuaderno, libro o taco de madera. Haga un diagrama de fuerzas y explique por quse logra el movimiento uniforme. NOTA: Para minimizar el efecto del rozamiento,mantenga esta posicin durante su experimento.

2. Montaje del experimento: Use la cuerda para halar el carro, coloque la polea en el

extremo inferior de la tabla colocada en el borde de la mesa y a una altura tal que lacuerda sea paralela a la tabla. En el otro extremo instale el ticgrafo. Cuelgue de lacuerda una pesa de 100 grs. y observe el movimiento del carro, este debe rodarlibremente por el centro de la tabla. (Ver figura anexa).

3. Fundamentacin terica del experimento:a) Haga un diagrama de fuerzas para el carro y para las pesas que cuelga. Designe

porT la tensin en la cuerda.b) En una situacin ideal, ignorando la fuerza de rozamiento (compensada por la

pequea inclinacin), cules seran las ecuaciones resultantes al aplicar la SegundaLey de Newton al carro y a la pesa que cuelga?

c) Resuelva las ecuaciones para demostrar que la tensin en la cuerda es:

aMT *= mM

gmMT

+

=**

4. Planeacin del experimento:

a) Cul es el objetivo de su experimento?b) Si se usa el ticgrafo para registrar el movimiento del carro que procedimiento

hara para hallar la aceleracin del sistema?c) Qu datos necesita conocer para hallar la tensin T en la cuerda?. Cmo los

53


54/71

puede obtener?54


55/71

55


56/71

5. Realizacin del experimento:a) Determine la masa Mdel carro y de las pesas a utilizar.b) Para un valor de m cercano a los 100 gr, determine la aceleracin del sistema

mediante el anlisis grfico de sus datos experimentales.c) Cul es la tensin T(en dinas) en la cuerda?.

d) Cunto vale la relacin aT para este experimento? En qu unidades expresa

esta relacin?.e) Repita los pasos 5.b; 5.c; y 5.d para una masa m de valor aproximado a 200 gr. (y

150 gramos, si tiene tiempo)

f) Compare los valores de la relacin aT obtenidos en cada caso. Tericamente,

que representa este cociente? Cul es el porcentaje de error relativo obtenido en

su experimento?. Se logr el objetivo propuesto?

NOTA: En caso de que el tiempo lo permita se debe hacer un experimentocomplementario basado en el MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME.

56


57/71

PRACTICA N 6MASA GRAVITACIONAL. PENDULO SIMPLE.

DETERMINACION DE LA ACELERACION DE LA GRAVEDAD (g)

I. INTRODUCCION:

1. Masa Gravitacional: La fuerza gravitacional que acta sobre un cuerpo a la que sele llama "peso del cuerpo", es proporcional a la aceleracin que ste adquiere alcaer dentro del campo gravitacional, la cual es constante en un mismo punto sobrela superficie terrestre, y se denota por"g" . La constante de proporcionalidad entreel peso del cuerpo y g es la masa gravitacional del mismo.

2. Movimiento Armnico Simple: (M.A.S.). Un cuerpo se mueve con Movimiento

Armnico Simple (M.A.S.) cuando su aceleracin est siempre dirigida hacia unpunto fijo y es proporcional a la distancia del punto al cuerpo.

Si se llama "x" la distancia del cuerpo al punto fijo, su aceleracin "a" ser igual ala segunda derivada de xcon respecto al tiempo y por lo tanto la ecuacin que rige elM.A.S de un cuerpo ser de la forma:

( )0

*

2

2

=+m

xK

dt

xd

La solucin de la anterior ecuacin diferencial ser de la forma

( )

+

=

T

tB

T

tAtx

2cos*

2sen*

dondeA y B son constantes. Se puede asumir, sin restar generalidad, que B = 0, por

lo que ( )

=

T

tAtx

2sen* ; A ser el valor mximo de x, y T es el perodo de la

oscilacin. Este movimiento se caracteriza porque el cuerpo se desplaza hasta unaposicin +A, lmite, regresa al punto fijo (0) y se va a otra posicin lmite -A, repitiendoeste ciclo, si no actuasen otros factores, indefinidamente.

El nmero de veces que el cuerpo efecta un ciclo en la unidad de tiempo sedenomina frecuencia de la oscilacin (f) y el tiempo que tarda el cuerpo en efectuar unciclo se conoce como Perodo (T) de la oscilacin.

Pndulo Simple: Al considerarse el pndulo (Ver figura anexa), se observa queel peso "m.g" de la esfera tiene una componente ( )sen. gm perpendicular al hilo, ypor lo tanto tangente a la trayectoria del desplazamiento.

Si es pequeo el sen es aproximadamente = y =l

s donde s es el arco

57


58/71

del desplazamiento y l la longitud del pndulo y por lo tanto la fuerza restauradoraser:

m.g.= m.g.l

s Como (m.l

g ) es constante, la fuerza

restauradora es proporcional al desplazamiento, lo que conlleva a afirmar que elmovimiento es armnico simple (Recuerde que se estn suponiendo pequeosngulos).

A partir de un anlisis de la dinmica de un pndulo simple de largo l, se puedeobtener que el Perodo To viene dado por la siguiente expresin:

glT 2

0=

Si se miden ly To con exactitud, se puede obtener una buena medida de g.La ecuacin anterior es slo aproximada. Si el ngulo no es lo suficientemente

pequeo, una mejor aproximacin del valor del Perodo viene dada por la siguienterelacin:

161

2+=

oTT

donde el ngulo que forma la cuerda con la vertical, se expresa en radianes. Si elradio de la masa esfrica no es lo suficientemente pequeo con respecto al largo de lacuerda, una mejor aproximacin al valor del perodo es:

+=

2

5

21

l

rTT o

donde res el radio de la esfera de masa m.Las dos ltimas ecuaciones permiten una escogencia adecuada de algunas de

las condiciones experimentales, para obtener un valor de g, con un margen de erroraceptable.

3. Determinacin de g: En la presente prctica, se determinar el valor de ga travsde dos mtodos:a) Determinando experimentalmente el perodo de oscilacin del pndulo y su longitud.

b) Utilizando el aparato de cada libre.Para esta parte, el alumno debe tener en cuenta la siguiente ecuacin:

2

*2tg

Y =

58


59/71

II. PRE - LABORATORIO: El alumno debe consultar cul es el valor de la gravedaden San Cristbal, la equivalencia entre radianes y grados, y explicar detalladamentePor qu oscila un pndulo? (Utilice diagrama de cuerpo libre)

59


60/71

III. LABORATORIO:

EXPERIMENTO N 1FACTORES DE LOS QUE DEPENDE EL PERIODO DE UN PENDULO

Comenzaremos con estudiar el pndulo simple que, en su forma idealizadaconsiste en una masa puntual suspendida en un soporte mediante un hilo sin masa einextensible. En la realidad estas condiciones nunca se cumplen, pero es posibleacercarse a ellas utilizando materiales adecuados. Este sistema puede OSCILAR y esentonces interesante ver de qu factores depende el perodo de oscilacin.

Materiales: Pndulo simple Cronmetro Regla, transportador y papel milimetrado.

Procedimiento:I PARTE: Efecto de la masa: Para observar si el perodo del pndulo depende de lamasa suspendida habr que hacer ensayos. Por ejemplos: con objetos de la mismaforma y magnitud pero de diferentes materiales. Al hacer esto, se mantendrnconstantes todos los otros factores, como la longitud del arco de oscilacin y la longituddel hilo de suspensin. Se dispondr, como masas a suspender, de dos cuerpos de lamisma forma, pero de materiales diferentes. Eljase algn cuerpo en particular, yusando una longitud de 100 cm y un arco aproximadamente 10 mdase el tiempo 5veces para 10 oscilaciones completas. Repita la operacin con lo otros cuerpos

cuidando que el arco de oscilacin y la longitud del hilo de suspensin sean siempre losmismos.NOTA: Determine la apreciacin de la regla y del cronmetro.

Registre sus datos en tablas que tengan la forma sugerida a continuacin:MODELO DE TABLA

Materialde lamasa

Amplitudangular

(grados)()

Tiempototal(seg)

Longitud (cm)

Perodo(seg)

n

tT=

1

2

60


61/71

3

4

5

Qu conclusiones saca de sus resultados?

61


62/71

62

m

.

g

.

s

e

n

m

.

g

.


63/71

II PARTE: Efecto de la Amplitud AngularPara estudiar el efecto de la amplitud angular, del movimiento, conviene elegir el

objeto ms pesado de que se dispone y una longitud del orden de 100 cm. Mida eltiempo dos veces para 10 oscilaciones completas con amplitudes angulares del ordende: 10, 15, 20, 30. Para amplitudes ms grandes, por ejemplo, 40, 50 y 60; midael tiempo correspondiente a unas 20 oscilaciones.

Recopile sus datos en una tabla.Discuta los efectos de la amplitud angular sobre el valor de T. Piensa que los

resultados son reales o accidentales? Por qu?

III PARTE: Efecto de la Longitud:Mdase el tiempo 5 veces para 10 oscilaciones completas con las longitudes

siguientes: l= 25, 35, 50, 65, 80 cmEscriba los datos en una tabla. Establezca las conclusiones pertinentes.

IV PARTE: Construccin y anlisis de grficas:Los efectos de los cambios en T, se observan mejor graficndolos. Proceda a

elaborar las siguientes grficas:a) T vs. mb) T vs. c) T vs. l

Deduzca la relacin que existe entre cada una de los pares de variable

mencionados.

EXPERIMENTO N 2DETERMINACION DE LA GRAVEDAD (g)

Materiales: Aparato de cada libre.

Procedimiento:I Parte: Utilizando los datos necesarios, obtenidos en el experimento anterior y la

siguiente ecuacin T = 2 gl

determine por clculo el valor de la aceleracin de la gravedad g en San Cristbal.Determine la pendiente de la grfica T vs. l(de ser necesario linealice el grfico).

63


64/71

Recuerde que este valor puede servir para hallar el valor de g.Compare este valor con el consultado por usted. En caso de existir diferencias

justifquelas. Calcule el error porcentual.

II. PARTE:Luego de la explicacin, por parte del Profesor, respecto al funcionamiento del

aparato de cada libre, el alumno realizar las siguientes actividades:

1. A partir de una altura de 2 metros, deje caer el baln de 13 mm de dimetro y mida eltiempo 5 veces. Calcule el promedio de dichas medidas.

2. Modifique la altura de acuerdo a los siguientes valores: 1,75m; 1,5 m; 1,25 m; 1,0m;0,75m y 0,50 m. Repita el paso anterior para cada uno de estos valores. Seapreciso en la toma de las medidas tanto del tiempo como de la altura.

3. Repita los pasos anteriores usando el baln de 16 mm.

4. Calcule el promedio del tiempo medido en cada una de las posiciones.5. Eleve dichos valores al cuadrado.6. Registre sus datos en una tabla como la siguiente:

TABLA DE DATOS

Y(m) t1 t2 t3 t4 t5 tp ( )2pt

2,00

1,75

1,50

1,25

1,00

0,75

0,50

7. Construya para cada baln una grfica Y vs. t . Qu forma tiene la grfica? Fue

la aceleracin constante para cada baln (Para esto determine la pendiente).

8. Utilizando la siguiente ecuacin2

*2tg

Y = determine el valor de g para cada

altura utilizando como dato de tiempo el tiempo promedio al cuadrado.9. Halle el promedio de los clculos del paso anterior. Qu representa este valor?.

64


65/71

10. Responda las siguientes cuestiones:a) Es la aceleracin causada por la gravedad una constante?b) Es la aceleracin causada por la gravedad la misma para todos losobjetos?

c) Cules son las condiciones ideales para las cuales se obtendra un valorexperimental de g similar al valor terico?

PRACTICA N 7O P T I C A

I. INTRODUCCION:La Optica es la parte de la Fsica que estudia la naturaleza y el comportamiento

de la luz. A travs de los aos la Optica ha logrado un gran desarrollo tecnolgico deaplicaciones directamente relacionadas con el sentido de la vista: fotografa, cine,televisin, telescopios, microscopios, etc, que contribuyen a un mejoramiento en las

condiciones de vida de la humanidad.Actualmente la Optica tiene gran potencialidad de seguir avanzando basndose

en el descubrimiento y desarrollo del lser, la holografa, las comunicaciones con fibraspticas, dispositivos electrnicos sensibles a la luz, colectores de energa solar, etc.Por todo lo anterior es importante que el estudiante en su curso de Fsica comprendalos fenmenos y leyes fundamentales de la Optica.

En esta prctica se desarrollar una serie de experimentos que permitirn alestudiante observar directamente los fenmenos, efectuar mediciones, analizarsituaciones y sacar conclusiones respecto a las principales propiedades de la luz. Losfenmenos de ptica ms importantes son los siguientes: propagacin de la luz,

reflexin, refraccin, dispersin, interferencia, difraccin y polarizacin de la luz.Esta prctica se ha estructurado de tal manera que el estudiante mantenga el

inters a lo largo de la misma, a travs de constantes preguntas que invitan a lareflexin y a la confrontacin de conocimientos. Si los experimentos se realizancuidadosamente se pueden obtener resultados bastante aceptables.

II. PRE-LABORATORIO: El alumno debe consultar los conceptos de los fenmenosmencionados en la introduccin, los rayos principales que facilitan la formacin deimgenes en espejos y las leyes de la reflexin de la luz

III. LABORATORIO:

EXPERIMENTO N 1PROPAGACION DE LA LUZ

65


66/71

El estudio del comportamiento de la luz es fundamental para comprender losfenmenos que observamos a travs del sentido de la vista, que puede ir desde laformacin de la imagen de un espejo hasta la explicacin de la formacin del arco iris.

Una definicin muy simple de rayo es la siguiente: El rayo es una lnea muy finaque resulta de ir estrechando un haz de luz. Otra ms completa establece: el rayo esuna lnea en el espacio que corresponde a la direccin del flujo de la energa radiante.

Cuando la luz incide sobre una superficie pulida observamos que despus deincidir cambia de direccin regresando al mismo medio. Este fenmeno se conocecomo Reflexin de la luz.

Materiales: Fuente luminosa con ranura

Lmina y lentes cilndricas Vela Espejo plano Cmara oscura Cubeta pequea.

Procedimiento:1. Observacin del fenmeno:a) Encienda la fuente luminosa, coloque una rendija vertical sobre ella, coloque la

fuente sobre un papel blanco y observe la trayectoria del rayo. Qu observa

respecto a la forma de propagacin del rayo?.b) Coloque enfrente de la rendija un espejo plano sobre el papel y observe el

comportamiento del rayo para varias posiciones del espejo. Indique mediante undiagrama el comportamiento del rayo.

c) Coloque enfrente de la rendija una lmina de acrlico transparente. Puede observarla trayectoria del rayo dentro del material?. Gire la lmina y observe elcomportamiento del rayo en varias posiciones. Describa cualitativamente elcomportamiento del rayo dentro del acrlico. Cmo es la propagacin de la luz eneste medio?.

d) Repita el procedimiento con las lentes de acrlico y con la cubeta pequea llena de

agua. Se mantiene su respuesta?NOTA: Cuando la luz incide oblicuamente sobre la lmina de acrlico la lente y lacubeta pequea se observa un cambio en la direccin del rayo. Este fenmeno seconoce como REFRACCION de la luz.

66


67/71

2. Formacin de sombra y penumbra:a) Utilizando una fuente de luz intensa como un bombillo distante o la luz proveniente

de una ventana y usando una hoja de papel blanco como la pantalla observe el

comportamiento de la sombra de un lpiz cuando ste se mueve de la hoja hacia lafuente luminosa.

b) Qu sucede si el lpiz est muy cerca del papel?c) Cmo se puede explicar la formacin de dos zonas de distinta iluminacin?d) Haga un diagrama de la marcha de los rayos luminosos.e) Cmo explica el fenmeno natural de los eclipses?

3. Cmara oscura: La cmara oscura es una caja con una abertura pequea de 1 a 2mm en el frente y un papel de calcar (o un vidrio esmerilado) en la parte posterior.Debe estar bien sellada para que no entre luz excepto por el orificio.

a) Observe la imagen de una vela prendida y la de un objeto distante. Qu aspectotiene la imagen en cada caso?. Cmo puede explicar la formacin de la imagen enla cmara oscura?.

b) Cambie el tamao del agujero. Influye esto en la formacin de la imagen. Puededar una explicacin?.

c) Por qu cree que se pinta el interior de la cmara oscura de negro?d) Sabe cmo funciona una cmara fotogrfica?. Investguelo. Hay alguna analoga

con la cmara oscura?

EXPERIMENTO N 2LEYES DE LA REFLEXION

Hemos aprendido que la propagacin de la luz es en lnea recta. Qu ocurriral haz de luz cuando encuentra un obstculo? En qu direccin se propagar el rayoreflejado?

Materiales: Lmpara o fuente luminosa Espejo plano Transportador

67


68/71

Hojas blancas

Procedimiento:

1. Observacin del fenmeno:a) Observe el comportamiento del haz al hacerlo incidir sobre diferentes objetos: El

cuaderno, la mesa, la pared, etc. Qu ocurre cuando la luz choca contra cada unode estos objetos? Cmo es el haz reflejado?. Brillante o difuso?. Repita laobservacin para objetos como lminas metlicas, vidrios, plsticos, etc. Cmo esel haz reflejado?

b) Vamos a observar el comportamiento del haz frente a una superficie pulida (espejoplano). Sobre la mesa coloque una hoja de papel blanco, sobre ella coloqueperpendicularmente el espejo marcando su posicin con un lpiz. Haga incidir elhaz de luz en forma oblicua sobre el espejo. Qu observa?. NOTA: En este caso

se dice que hay reflexin especular. Por qu?

c) Qu sucede si se inclina el espejo de modo que deje de ser perpendicular alpapel? Ensaye dos o tres posiciones y describa lo que ocurre.

d) Por qu vemos los objetos a nuestro alrededor?

2. Desarrollo del experimento:a) Con el espejo perpendicular a la hoja, trace sobre ella la direccin del rayo incidente.

Trace la direccin del rayo reflejado en forma similar y mediante un transportador o

escuadra levante la perpendicular del espejo sobre el papel.b) Est la normal en el mismo plano (hoja de papel) del rayo incidente y el rayo

reflejado? Explique la razn de su respuesta.c) Cul es su conclusin respecto a la ubicacin del rayo incidente, el rayo reflejado y

la normal al espejo?.d) Usando el montaje realizado en 2.a. mida con el transportador el ngulo de

incidencia y el ngulo de reflexin. Repita la medicin de los ngulos para tres cuatro ngulos de incidencia diferentes.

e) Anote los resultados en una tabla y comprelos para hacer la conclusin respectiva.

EXPERIMENTO N 3IMAGENES DE UN ESPEJO PLANO

68


69/71

Todos los das nos miramos frente a un espejo. Has pensado cmo ocurre laformacin de tu imagen?

Materiales:

Espejo plano Alfileres Regla Base icopor (o de corcho) L de madera

Procedimiento:1. Mtodo de no paralaje:a) Observamos los objetos debido a la reflexin difusa de la luz en la superficie de los

mismos. Por ejemplo, la punta de un lpiz puede considerarse como un objeto

puntual del cual salen rayos de luz reflejada en todas las direcciones.b) Para localizar imgenes de un objeto puntual en un espejo plano vamos a

desarrollar el mtodo de no paralaje, que consiste en buscar la coincidencia entredos objetos o un objeto y una imagen desde todos los ngulos de visin. Paraadquirir habilidad en el manejo de este mtodo, tome un lpiz con la punta haciaarriba y extienda el brazo. Con la otra mano, sostenga otro lpiz unos 20 cm mscerca de sus ojos que el primero.

c) Sin mover los lpices, observa mientras mueve la cabeza de un lado a otro. Haciaque lado parece moverse el lpiz ms cercano cuando mueve la cabeza hacia laizquierda?. Cundo mueve la cabeza hacia la derecha?

d) Acerque los lpices y observe nuevamente su desplazamiento relativo. Cmodeben estar colocados los lpices para que no haya movimiento relativo aparentedesde cualquier ngulo de visin?. Cuando se logra esta coincidencia se dice queno hay paralaje entre los dos objetos.

2. Localizacin de la imagen:Vamos a usar el mtodo de no-paralaje para localizar la imagen de un alfiler colocado

frente a un espejo plano.a) Sobre la base de icopor fije una hoja de papel blanco y sobre ella coloque y marque

con una lnea, la posicin del espejo plano. Clave lo ms perpendicularmente

posible un alfiler frente al espejo a una distancia de 5 a 10 cm. Observe la imagendel alfiler, dnde parece estar localizada?

b) Donde crea que est localizada la imagen clave un segundo alfiler lo msperpendicular posible y mueva la cabeza a lado y lado para observar si hay paralaje

69


70/71

entre la imagen y el segundo alfiler, si lo hay es porque no hay coincidencia entreel segundo alfiler y la imagen del primero. La posicin del segundo alfiler donde nohay paralaje es la posicin de la imagen.

c) Para tres posiciones diferentes del primer alfiler (alfiler objeto) localice por el mtodo

de no-paralaje sus respectivas imgenes.d) Mida en cada caso la distancia que hay del espejo al objeto y del espejo a la

imagen. Consigne sus datos en una tabla.e) Grafique la distancia objeto vs. la distancia imagen. Describa la grfica obtenida y

establezca la relacin entre las variables.

3. Tamao de la imagen: Para determinar el tamao de la imagen podemos colocar unalfiler acostado paralelamente a la superficie del espejo, sobre una hoja de papelblanco localice la imagen de la cabeza y de la punta del alfiler. Mida el tamao de laimagen y comprelo con el tamao del alfiler. Qu conclusin puede sacar?

4. Caractersticas de la imagen:a) Reconstruyamos la imagen de un objeto en un espejo plano. Por ejemplo, Cul

sera la imagen de la letra L?b) Cmo es la imagen obtenida en cuanto a: Longitud, direccin (es decir: es derecha

o invertida)?c) Tome la L suministrada con el equipo y colquela frente al espejo plano de modo

que sus dos segmentos sean paralelos al plano del espejo.d) Cmo es la imagen de la L en este caso?. Haga un esquema indicando el objeto,

el espejo, la imagen. Es la L derecha o invertida?. Cmo es el tamao de laimagen?

e) Elabore las conclusiones respectivas.

PRACTICA N 8ONDAS. RESONANCIA ACUSTICA

I. INTRODUCCION

Los fenmenos ondulatorios son de gran importancia, no slo como un tema de

la Fsica, sino tambin en la vida diaria, pues hoy casi todos nuestros sistemas decomunicacin se basan en la transmisin de ondas (electromagnticas). Usamos las

ondas a diario, casi sin darnos cuenta para comunicarnos oralmente, para or msica y

70


71/71

a veces para disfrutar de las olas del mar.

La mayor parte de esta prctica se basa en la cubeta de ondas, dispositivo cuya

construccin y uso es sencillo, pero cuyos fundamentos fsicos son un tanto complejos,

no obstan

Lab Oratorio de Fisica 2010 Labfisicai

Documents

Transcript of Lab Oratorio de Fisica 2010 Labfisicai