Laboratorio de Fisica Juan Carlos Giraldo

LABORATORIO DE FISICA

PRESENTADO POR:

Juan Carlos Giraldo Ríos

Cód. 1.093.222.479

PRESENTADO A:

Oscar Jhonny Gómez Tutor de Física

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS PECUARIAS Y DE MEDIO AMBIENTE

EJE CAFETERO 2013

OBJETIVOS GENERALES

Que el estudiante consiga una mejor comprensión de los fenómenos físicos y una capacidad operativa experimental.

Que el estudiante presente de manera clara, rigurosa y concisa informes de

laboratorio y reportes de trabajo en los cuales utilice la física como herramienta.

PRÁCTICA 1: PROPORCIONALIDAD DIRECTA Y MEDICIÓN Parte 1 medición de masas

OBJETIVOS

Comprobar Las relaciones de proporcionalidad 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

MATERIALES

Una probeta graduada de 100 ml Un vaso plástico Balanza Agua Papel milimetrado. Balanza: Instrumento de medición que se utiliza para pesar o medir masas.

PROCEDIMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS. 1) Calibrar la balanza en cero y determine la masa de la probeta y tome este

valor como como m0.

Masa de la probeta (M0) M0 = 108,6

2) 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 .

3) Registre estos resultados en la siguiente tabla:

V (ml): Volumen en ml MT (g): Masa de la probeta más el líquido en gramos ML (g): Masa del líquido sin la probeta

V (ml)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

MT (g)

116,8

126,3

136,5

146,9

156,9

167

177

186.8

197.0

207,2

ML (g)

8,2

17,7

27,9

38,3

48,3

58,4

68,4

78,2

88,4

98,6

a. Determine correctamente cuál es la variable independiente. La variable independiente es el volumen. b. Determine la variable dependiente Es la masa

Volumen ml

Masa de la probeta en g (MT)

10 116,8 20 126,3 30 136,5 40 146,9 50 156,9 60 167 70 177 80 186.8 90 197.0

100 207,2

. 4) Trace una gráfica masa-líquido Vs Volumen.

5) Calcule la constante de proporcionalidad. Pendiente: Y2 – Y1 X2 –X1 Y2= 48,3 g Y1= 38, 3 g X2= 50 ml X1= 40 ml Desarrollo: P= 48,3 g – 38,3 g 50 ml – 40 ml P= (10 g) / (10 ml) P= 1 g/ml correspondiente a la constante de proporcionalidad.

PRÁCTICA 1: PROPORCIONALIDAD DIRECTA Y MEDICIÓN Parte 2 mediciones con el calibrador

1) OBJETOS UTILIZADOS EN LA PRÁCTICA. Calibrador pie de rey Tornillo micrométrico Materiales para medir su espesor: moneda de $200 pesos colombianos y una

canica. 2) PROCEDIMIENTO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

1. Determine y registre cual es la precisión del aparato.

Se determinó que el instrumento de medición más preciso fue el tornillo micrométrico, al presentar las medidas más pequeñas de la canica y la moneda.

Medición de diámetro moneda de $200.

Medición del diámetro de Canica.

2) Complete las siguientes tablas:

MEDICIÓN CON EL CALIBRADOR PIE DE REY

Medidas

1

2

3

4

5

Promedio

Pieza 1 (Moneda)

24.5 mm

25.0 mm

24.2 mm

24.2 mm

24.2 mm

24.42 mm

Pieza 2 (Canica)

15.45 mm

15.40 mm

15.40 mm

15.6 mm

15.4 mm

15.45 mm

MEDICIÓN CON EL TORNILLO MICRÓMETRICO

Medidas

1

2

3

4

5

Promedio

Pieza 1 (Moneda)

24.38 mm

24.40 mm

24.38 mm

24.36 mm

24.41 mm

24.38 mm

Pieza 2 (Canica)

15.34 mm

15.29 mm

15.17 mm

15.34 mm

15.48 mm

15.26 mm

CONCLUSIONES

La masa de la probeta y el volumen son directamente proporcionales, ya que si aumenta el volumen, aumenta la masa. El calibrador llamado tornillo micrométrico es más preciso que el calibrador pie de rey.

APLICACIÓN DE LA TEMATICA A LA REALIDAD La medición de la masa es indispensable para conocer diferentes variables de objetos líquidos ó sólidos, la balanza es el instrumento que se utiliza para medir la masa y las diferentes industrias dependen de ella para conocer valores y así aplicar la física. Como por ejemplo conocer la masa para determinar el volumen de un recipiente. Conocer el calibre de los objetos es importante para determinar la precisión esta y así poder elaborar objetos que encajen y funcionen correctamente, tal es el caso de tornillos en una máquina.

PRACTICA NO. 2 – CINEMÁTICA Y FUERZAS Parte 1 movimiento rectilíneo

OBJETIVOS

Reconocer las gráficas de los movimientos rectilíneos acelerados.

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

MATERIALES

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

PROCEDIMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS

1) Corte un pedazo de cinta aproximadamente de 1 ,50 m de largo.

2) Conecte el registrador de tiempo a la pila y suelte el carrito para que éste se deslice libremente por la superficie de la mesa.

3). Tome como medida de tiempo el que transcurre entre 09 puntos es decir 08 intervalos.

4) Complete la siguiente tabla

ESPACIO RECORRIDO(cm)

0 20 40 60 80 100 120 140 160

TIEMPO (s) 0 0,59 1,09 1,41 1,46 1,84 2,10 2,18 2,69

5) Con base en los datos de la anterior tabla, realicen un gráfico V X t Y determine qué tipo de función es.

Este movimiento se conoce como movimiento rectilíneo acelerado

020406080

100120140160180

0 0.59 1,,09 1,41 1,46 1,84 2,1 2,18 2,69

ESPA

CIO

REC

ORR

IDO

EN

cm

TIEMPO EN s

Relacion Tiempo-Espacio

espacio cm

6) De acuerdo con los datos anteriores se calcula la velocidad con la siguiente formula.

푣

푣 =.

=,

=33,89푐푚 푠 = 0,338푚 푠⁄

푣, , , , ⁄⁄

푣, , , , ⁄⁄

푣, , , ⁄⁄

푣, , , . ⁄⁄

푣, , , . ⁄⁄

푣, , , . ⁄⁄

푣, , , . ⁄⁄

Datos de la velocidad en cada intervalo.

Distancia

(m)

0

20

40

60

60

100

120

140

160

TIEMPO (s)

0

0,59

1,09

1,41

1,46

1,84

2,10

2,18

2,69

VELOCIDAD m/s

0

0,33 0,4 0,62 4,0 0,52 O,76 0,25 0,39

Gráfico de la relación del tiempo con la velocidad

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

푎 = , 푎

푎 , ⁄ , ⁄,

,, , ⁄

푎 , ⁄ , ⁄, ,

,, , ⁄

푎 , ⁄ , ⁄, ,

,, , ⁄

푎 . ⁄ , ⁄, ,

,, ⁄

푎 , ⁄ ⁄, ,

,, , ⁄

푎 , ⁄ , ⁄, ,

., , ⁄

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 0,59 1,09 1,41 1,46 1,84 2,1 2,18 2,69

velo

cida

d

tiempo

Relacion Tiempo-Velocidad

tiempo

푎 , ⁄ , ⁄, ,

,, , ⁄

푎 , ⁄ , ⁄, ,

,, , ⁄

Y se registran los resultados en la siguiente tabla.

TIEMPO (s)

0

0,59

1,09

1,41

1,46

1,84

2,10

2,18

2,69

ACELERACIÓN

M/S2

0

0,55

0,14

0,68

67

-

9,15

0,93

-

6,37

0,27

PRACTICA NO. 2 – CINEMÁTICA Y FUERZAS Parte 2 Sumatoria de fuerzas

MATERIALES

Dos soportes universales Dos poleas Juego de pesitas Dos cuerdas Un transportador

PROCEDIMIENTO Y ANALISIS DE DATOS Monte los soportes y las poleas como se indica

1. Tome varias pesitas y asígneles el valor.

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 Dónde:

M1: 130 g (0,13 Kg) masa 1

M2: 100 g (0,1 Kg) masa 2

M3: 140 g (0,14 Kg) masa 3

휔: peso (Expresado en Newton - N)

휗: Gravedad (9.8 m/s2)

휔1 = 푚.휗

휔1= (0, 13 Kg) (9.8 m/s2)

흎1= 1,274 N

휔2= (0, 1 Kg) (9.8 m/s2)

흎2= 0, 98 N

휔3 = (0, 14 Kg) (9.8 m/s2)

흎3= 1,372 N

∑F = 0 (la Sumatoria de fuerzas de be ser igual a cero)

∑Fy = 0 (La sumatoria de fuerzas en el eje x debe ser igual a cero)

∑ FX= 0 (la sumatoria de fuerzas en el eje y debe ser igual a cero)

α = 13° (angulo alfa)

β = 29° (ángulo beta)

sin 29° = T4y / T4

T4y = (퐬퐢퐧ퟐퟗ°) (T4)

cos 29° = T4x / T4

T4x= ( 퐜퐨퐬 ퟐퟗ°) (T4)

Sin 13° = T5y / T5

T5y = (Sin 13°) (T5)

Cos 13° = T5x / T5

T5x = (Cos 13°) (T5)

∑Fx = T4x – T5x = 0

T4y – T5y – T2 = 0

Ángulo β = 29°

Ángulo α = 13°

Fórmula 1

∑Fy= -ω1 + T1 –ω2 + T2 – ω3 + T3 + T4Y + T5y –T2 = 0

∑Fy= T4Y + T5y –T2 = 0

Reemplazando la fórmula 1

Cos 29 * T4 – Cos 13° * T5 = 0


Sen 29° * T4 + Sen 13° * T5 – T2 = 0

T2 = ω2 = 0.98 N

Sen 29° * T4 + Sen 13° * T5 – 0.98 N = 0


0.874 * T4 – 0.974 * T5 = 0


0.484 * T4 + 0.224 * T5 = 0.98 N


T4 = 1.114 * T5

Reemplazando (7) en (6)

0.484 * 1.114 + 0.224 * T5 = 0.98 N

0.539 + 0.24 * T5 = 0.98 N

Fórmula 2

Fórmula 3

Fórmula 4

Fórmula 5

Fórmula 6

Fórmula 7

0.763 * T5 = 0.98 N

T5= 0.98 N / 0.763

T5= 1.284 N (Tension 5)

T 4= 1.114 * 1.284 N

T4 = 1.430 N (Tension 4)

Para encontrar T4x reemplazamos T4.

T4x = (Cos 29°) (T4) = 0,874 * 1.430 N = 1.250 N

Para encontrar T4y reemplazamos T4.

T4y = (Sin 29°) (T4) = 0.484 * 1.430 N = 0.692 N

Para encontrar T5x reemplazamos T5.

T5x = (Cos 13°) (T5) = 0,974 * 1.284 N = 1.250N

Para encontrar T5y reemplazamos T5.

T5y = (Sin 13°) (T5) = 0.224 * 1.284 N = 0.287 N

∑Fx= 0

T4x – T5x = 0

1.250 N - 1.250N = 0

0 = 0 (Sumatoria de fuerzas en el eje X)

∑Fy= 0

T4y + T5y – T2 = 0

0.692 N + 0.287 N – 0.98 N = 0

0 = 0 (Sumatoria de fuerzas en el eje Y)

CONCLUSIONES

Movimiento rectilíneo uniforme, es aquel en el cual el cuerpo que lo describe se mueve en línea recta y su aceleración es constante, el espacio es directamente proporcional al tiempo

El diagrama de fuerzas, se mantiene en equilibrio cuando la sumatoria de sus fuerzas es igual a cero (∑ f = 0).

APLICACIÓN DE LA TEMATICA A LA REALIDAD

El movimiento rectilíneo se aplica de manera constante en los objetos (automóviles, bicicletas, personas) que se desplazan en una línea recta.

La aplicación de la sumatoria de fuerzas es aplicada con frecuencia en la construcción de puentes, ascensores… entre otros.

PRACTICA NO. 3 – MOVIMIENTO ARMÓNICO Y PENDULAR Parte 1 – Movimiento pendular

OBJETIVO Comprobar la leyes del movimiento pendular y del armónico simple MAS. 1) MATERIALES Un soporte universal Una cuerda Una pesita o una esfera con argolla Un cronómetro 2) PROCEDIMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS 1. Un extremo de la cuerda cuelgue una esfera y el otro extremo sosténgalo del soporte universal.

2. Para una longitud de la cuerda de 40 cm mida el periodo de la oscilación de la siguiente manera: Ponga a oscilar el péndulo teniendo cuidado que el ángulo máximo de la oscilación no sobrepase de 15°. Tome el tiempo de 10 oscilaciones completas, entonces el periodo (tiempo de una oscilación) será el tiempo de 10 oscilaciones dividido por 10. Repita varias veces.

Longitud de la cuerda en los diferentes ejercicios:

L1: 40 cm

L2: 30 cm

L3: 20 cm

2. Varíe la longitud del péndulo gradualmente disminuyendo 10 cm. cada vez y en

cada caso halle el periodo de oscilación.

Longitud de la cuerda en metros (m)

Tiempo (s) de 10 oscilaciones

0.4 m L1 13.07 s T1 0.3 m L2 11.30 s T2 0.2 m L3 9.36 s T3

Es necesario encontrar el periodo (T) de oscilación con la siguiente fórmula: T: t / 10 (Tiempo dividido en el 10 oscilaciones. T1= 13.07 s / 10 T1= 1.307 s (periodo 1) T2= 11.30 s / 10 T2= 1.13 s (periodo 2) T3= 9.36 s / 10 T3= 0.936 s (periodo 3) Teniendo en cuenta la fórmula del perido, despegamos este para encontrar la gravedad.

Despejando T, tenemos:

Reemplazamos la fórmula anterior para encontrar la gravedad en cada ejercicio con las diferentes longitudes. g = (4 * 휋2) (L1) / T2 Reemplazando g = (4 * 9.869) (0.4 m) / 1.708 s2, donde g = 9.24 m/s2 gravedad 1 g = (4 * 휋2) (L2) / T2 Reemplazando g = (4 * 9.869) (0.3 m) / 1.2769 s2, donde g = 9.27 m/s2 gravedad 2 g = (4 * 휋2) (L3) / T2 Reemplazando g = (4 * 9.869) (0.2 m) / 0.876 s2, donde g = 9.01 m/s2 gravedad 3 4. Registro de datos en la tabla Datos / N° experimento

Experimento 1 Experimento 2 Experimento 3

Longitud L(m) 0.4 m 0.3 m 0.3 m Periodo T (s) 1.307 s 1.13 s 0.936 s Gravedad g (m/s2) 9.24 m/s2 9.27 m/s2 9.01 m/s2

PRACTICA NO. 3 – MOVIMIENTO ARMÓNICO Y PENDULAR Parte 2 – Movimiento armónico simple

MATERIALES

Un soporte universal Un resorte Un juego de pesitas Un cronómetro

PROCEDIMIENTO Y ANALISIS DE DATOS.

1. Establezca previamente el valor de la masa de La pesa.

M= 100 g , es decir 0,1 kg 2. Fije el extremo superior del resorte del soporte universal y del extremo inferior

cuelgue una pesita.

L1 = 0.035 m Resorte sin

estirar

L2 = 0.325 m Resorte Estirado

M= 0,1 Kg Masa de la pesa

Es necesario encontrar la elongación (X), correspondiente a la resta del resorte sin estirar L1, con el resorte estirado L2. Entonces: X= L2 – L1 Reemplazando: X= 0.325 m – 0.035 m X= 0.28 m Correspondiente a la elongación 1) Aplicamos la siguiente fórmula para encontrar la constante K Dónde: F: Fuerza; masa = 0.1 Kg - gravedad = 9.8 m/s2 K: Constante X: Elongación: 0.28 m F = K * X, Reemplazamos la fuerza: m * g = K * X Despejamos K: K = (m * g) / X Reemplazamos: K = (0.1 Kg * 9.8 m/s2) / 0.29 m K=( 0.98 Kg m/s2) / 0.28 m K = 3.5 N/m (Newton / metro)

CONCLUSIONES

Con la realización de esta práctica aprendimos que al reducir el tamaño de la cuerda que sostiene la pesita, el periodo de oscilación disminuye, lo que quiere decir la longitud y el periodo de oscilación son directamente proporcionales.

El movimiento armónico simple es un movimiento periódico, en el que un cuerpo oscila a un lado y a otro de su posición de equilibrio


El movimiento pendular es aplicado en los relojes con péndulo.

Un cuerpo colgado de un muelle oscilando arriba y abajo es un ejemplo del movimiento armónico simple (MAS).

PRACTICA NO. 4 – DENSIDADES Parte 1 – Densidades de líquidos

OBJETIVOS

Medir las densidades de diferentes líquidos. Aplicando el principio de Arquímedes medir la densidad de diferentes cuerpos.

MATERIALES

Balanza Picnómetro Agua Alcohol Leche


1. Agregue agua al picnómetro hasta que este se encuentre lleno registre la masa del agua.

Picnómetro vacío: 13 g

Picnómetro lleno: 23 g

Calcular la densidad del agua Masa del picnometro vacio: 13 g

Masa del picnometro con agua: 23 g

Volumen del picnometro: 10 ml

Aplicamos la fórmula de densidad (Ꮷ) del agua:

Ꮷ= m / v

Reemplazamos la masa y el volumen

Ꮷ = (23 g – 13 g) / 10 ml

Ꮷ= 10 g / 10 ml

Ꮷ = 1 g/ml Correspondiente a la densidad del agua.

Calcular la densidad del alcohol Masa del picnometro vacio: 11.6 g

Masa del picnometro con alcohol: 20.3 g


Aplicamos la fórmula de densidad (Ꮷ):

Ꮷ= m / v


Ꮷ = (20.3 g – 11.6 g) / 10 ml

Ꮷ= 8.7 g / 10 ml

Ꮷ = 0.87 g/ml Correspondiente a la densidad del alcohol.

Calcular la densidad de la leche Masa del picnometro vacio: 11.6 g

Masa del picnometro con leche: 21.8 g



Ꮷ= m / v


Ꮷ = (21.8 g – 11.6 g) / 10 ml

Ꮷ= 10.2 g / 10 ml

Ꮷ = 1.02 g/ml Correspondiente a la densidad de la leche.

PRACTICA NO. 4 – DENSIDADES Parte 2 – Densidad de sólidos

Masa de la pesa: 10 g

Masa del picnometro más la pesa: 341 g

Masa del picnometro vacío: 339.7 g


Ꮷ= m / v


Ꮷ = 10 g / (341g – 339.7 g) * 1 g/ml

Ꮷ= 10.2 g / 1.3 g * 1 g/ml

Ꮷ= 10.2 g / 1.3 g/ml

Ꮷ = 7.69 g/ml Correspondiente a la densidad de la pesa.

CONCLUSIONES

En densidad de los líquidos el alcohol obtuvo la menor densidad con 0,87 g/ ml, seguida del agua con 1 g/ml, y la leche es la sustancia más densa con 1.02 g /ml.

La densidad es la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo, y por ello para conocer la densidad de los sólidos y es necesario aplicar la fórmula, Ꮷ = m / v.


Los objetos o materiales menos densos flotan en el agua, y los más densos se sumergen en ella, tal es el caso de la madera que es menos densa que el agua y por ello flota.

Los buzos en su cinturón, ponen plomo que es mucho más denso que el agua para sumergirse en el agua.

PRACTICA NO. 5 – CALOR

OBJETIVO

Determinar el valor del calor específico de un objeto metálico por el método de mezclas.

MATERIALES

Un calorímetro. Un vaso de precipitados. Una balanza. Un termómetro. Una pesita metálica. Hilo de nylon. Un reverbero.


1. Ponga a calentar el vaso de precipitados.

1) Mida la masa de la pesita; la Masa de la pesita es: 20.2 gr.

2) Introduzca la pesita en el vaso de precipitados, atada al hilo de nylon.

3. Se agregaron 100 g de agua, con una temperatura ambiente de 24 °C.

4. El valor de la temperatura de ebullición es de 95° C del agua en el vaso precipitado.

5. Al depositar el agua caliente en el calorímetro, se esperó durante 10 minutos para

medir la temperatura de equilibrio. Cuya medida fue de 49 °C 6. De acuerdo con el material del que está hecho el calorímetro, determine el calor específico del calorímetro (Por ejemplo, aluminio). Primero se haya la capacidad caloría, para así encontrar el calor específico del cobre. Mediante esta fórmula.

K = Capacidad calórica.

C1= Calor específico del agua: 1 Cal / g °C

M1 = Masa del agua fría: 100 g

M2 = Masa del agua caliente: 102.3 g

T1= Temperatura del agua fría: 24 °C

T2 = Temperatura del agua caliente: 95 °C

T3 = Temperatura de Equilibrio: 49 °C

Reemplazando la fórmula de la capacidad calórica, tenemos:

K = (1 Cal / g °C * 102.3 g) * -- (1 Cal / g °C * 100 g) K = (102.3 Cal / °C) * - (100 Cal / °C) K= (102.3 Cal / °C) * (1.84) - 100 Cal / °C K= 188.232 Cal / °C - 100 Cal / °C K= 88.232 Cal / °C (Capacidad calórica) Entonces hallando la capacidad calórica, se encuentra el calor específico del cobre, mediante esta fórmula:

M1: Masa del agua fría : 100 g

M2: Masa del objeto de cobre: 20.2 g

T1: Temperatura del agua fría: 26 °C

T2: Temperatura del agua caliente: 95°C

T3: Temperatura de equilibrio: 27 °C

C1: Calor específico del agua 1 Cal / g °C

K: Capacidad calórica del calorímetro: 88.232 Cal/°C.

C2: Calor especifico del cobre real: 0.0983 Cal/°C g.

(49 °C - 95 °C) (24 °C – 49 °C)

(-46°C) (-25°C)

Reemplazando la fórmula, tenemos: C2 = - * C2= - *

C2 = 0. 014 °C *

C2 = 0.014 °C * 9.318 Cal/°C g

C2 = 0.130 Cal/°C g Calor específico del cobre o pesita en este caso

Se tiene en cuenta el calor específico del cobre real, y el valor anterior para hallar el porcentaje de error mediante la siguiente fórmula:

% Error = * 100

% Error = * 100

% Error = * 100

% Error = 0.3224 Cal /g °C * 100

% Error = 32.24 Cal /g °C

(27 °C - 26 °C) (27 °C - 95°C)

(88.232 Cal/°C) + (1 Cal / g °C) (100 g) (20.2 g)

1°C - 68°C

(88.232 Cal/°C) + (100 Cal / °C) (20.2 g)

(188.232 Cal/°C) (20.2 g)

Valor experimental – valor teórico Valor teórico

0.130 Cal / g °C - 0.0983 Cal /g°C 0.0983 Cal /g°C

0.0317 Cal /g °C 0.0983 Cal /g °C

CONCLUSIONES

Conocer la capacidad calórica del calorímetro, perime conocer el calor especifico del material u objeto depositado en él.

La temperatura de equilibrio es aquella en la que el agua caliente se estabiliza después de un tiempo determinado.


El calor es una forma de energía la cual no se destruye, sino que se transforma, las calderas generan energía térmica que luego se convierte en otro tipo de energía.

La energía calórica que utilizamos para calentar los alimentos, la calefacción o fundición de materiales.

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