Lic Fisica 20-02-15 Adscripción MaterialExperimentalDeLosLaboratoriosDeFisicaBasicaI II...

MU S S

Universidad Mayor de San SimonFacultad de Ciencias y Tecnologa

Carreras de Fsica

Material experimental de los

laboratorios de fsica basica I, II y III

del equipamiento adquirido el 2013

Trabajo de Adscripcion Para Optar al Diploma Academicode

Licenciado en Fsica.

POSTULANTE: Callisaya Choque Cynthia Esther

Asesor: Msc. Freddy Flores

Cochabamba, Bolivia

Enero 2015

DEDICATORIA

Dedico este trabajo, a mis padres FELIPE CALLISAYA y SOFIA

CHOQUE; quienes fueron mi unica motivacion para culminar mi carrera.

Y obviamente este trabajo va dirigido a MI CARRERA, que me ha dado

los conocimientos suficientes para realizar este trabajo.

ii

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Dios, por habernos mostrado y ensenado el amor, que

sinceramente esa es la energa mas vital que he conocido en la vida,

y la mas curiosa porque no tiene fuente, sino depende del momento y

del estado, de cada uno. Dios es amor y todo lo desconocido que no

podemos estudiar.

Agradezco enormemente a mi asesor Msc. Freddy Flores, por su apoyo

incondicional, su orientacion y por su generosa gua, durante la realizacion

de mi trabajo, y a todos los docentes del Departamento de Fsica que

me colaboraron durante el desarrollo de la experimentacion, redaccion

y por el aporte de nuevas ideas, del presente trabajo.

Agradezco a mis padres por la educacion y los valores que me inculcaron,

a mis hermanos por los momentos agradables, a mi carrera por ser mi

segunda familia, a mi enamorado por su apoyo constante en el presente

trabajo y a Magaly Beltran por acompanarme y ayudarme a superar mis

peores momentos.

Gracias.....

iii

RESUMEN

El presente trabajo se realizo con el proposito de elaborar el material experimental

para los laboratorios de Fsica Basica I, II y III a partir del EQUIPAMIENTO DEL

LABORATORIO DE FISICA BASICA DE LA FCyT adquirido el 2013, a objeto

de implementar estos experimentos a las guas de Laboratorio del Departamento de

Fsica, de esta manera mejorar el Proceso de Ensenanza-Aprendizaje (PEA) de la

Fsica.

El trabajo contiene un manual de laboratorio docente y en los anexos una gua de

laboratorio estudiante. La gua de laboratorio estudiante se realizo a partir del formato

de la gua de Laboratorio del Departamento de Fsica FCyT, y al manual docente se

le anade una descripcion tecnica de los equipos y los analisis de los resultados para

cada practica de los equipos.

El manual docente comprende ocho captulos, uno para cada equipo. Los equipos

para el Laboratorio de Fsica Basica I son: movimiento unidimensional sobre el carril

con colchon de aire y la maquina de lanzamiento parabolico. Para Fsica Basica II

son: pendulo de Pohl, aparato de dilatacion lineal, dilatometro para la dilatacion de

lquidos y el termometro de gas para ley de los gases. Los equipos para Fsica Basica

III son: ley de Coulomb y el condensador de placas paralelas. Cada equipo permite

realizar varias practicas, en este trabajo se realizaron diecisiete practicas que estan

reflejadas en la gua de laboratorio estudiante.

Los resultados experimentales que muestran los equipos, en general concuerdan

con lo esperado teoricamente, lo que significa que los equipos permiten validar los

principios fsicos y tener datos confiables en la experimentacion.

Finalmente, mencionar que el material experimental responde a las necesidades

del Departamento de Fsica y de la Carrera de Fsica para la mejora academica de la

FCyT.

iv

INDICE DEL CONTENIDO

DEDICATORIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii

AGRADECIMIENTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii

RESUMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv

INDICE DEL CONTENIDO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v

INDICE DE FIGURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiv

INDICE DE TABLAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xviii

1. INTRODUCCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1. Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2.1. Objetivos Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2.2. Objetivos Especficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3. Metodologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3.1. Manual de laboratorio docente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3.2. Gua de laboratorio estudiante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.4. Alcances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.5. Estructura del informe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.2. Justificacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3. MOVIMIENTO UNIDIMENSIONAL SOBRE EL CARRIL CON COLCHONDE AIRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.1.1. Descripcion tecnica del carril con colchon de aire . . . . . . 14

3.1.2. Datos tecnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.2. Accesorios complementarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.3. Movimiento rectilneo uniforme (MRU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.3.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.3.2. Fundamento teorico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.3.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.3.4. Procedimiento experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.3.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.4. Movimiento rectilneo uniformemente variado (MRUV) . . . . . . . . 24

3.4.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

v


3.4.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26


3.4.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.5. Segunda ley de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.5.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31


3.5.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32


3.5.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.6. Conservacion de la energa mecanica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.6.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.6.2. Fundamento teorico [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.6.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.6.4. Procedimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.6.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.7. Cantidad de momento lineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.7.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40


3.7.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.7.4. Procedimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.7.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4. MAQUINA DE LANZAMIENTO PARABOLICO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.1.1. Descripcion de las partes de la maquina de lanzamientoparabolico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4.1.2. Datos tecnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47


4.3. Movimiento parabolico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.3.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50


4.3.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53


4.3.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5. PENDULO DE POHL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

5.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

vi

5.1.1. Descripcion de las partes del Pendulo de Pohl . . . . . . . . 63

5.1.2. Datos tecnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64


5.3. Movimiento armonico amortiguado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

5.3.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

5.3.2. Fundamento teorico [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

5.3.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68


5.3.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

5.4. Oscilaciones forzadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

5.4.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74


5.4.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76


5.4.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

6. APARATO DE DILATACION LINEAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

6.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

6.1.1. Descripcion de las partes de aparato de dilatacion lineal 83

6.1.2. Datos tecnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83


6.3. Dilatacion termica en cuerpos solidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

6.3.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87


6.3.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88


6.3.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

7. DILATOMETRO PARA LA DILATACION DE LIQUIDOS . . . . . . . . . . 95

7.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

7.1.1. Descripcion de las partes del dilatometro . . . . . . . . . . . . . 96

7.1.2. Datos tecnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96


7.3. Dilatacion termica de lquidos (Agua) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

7.3.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98


7.3.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

vii


7.3.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

7.4. Dilatacion termica de lquidos (Etanol) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

7.4.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105


7.4.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106


7.4.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

8. TERMOMETRO DE GAS: LEY DE LOS GASES . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

8.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

8.1.1. Descripcion de las partes del termometro de gas . . . . . . . 111

8.1.2. Datos tecnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112


8.3. Ley de Boyle-Mariotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

8.3.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114


8.3.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116


8.3.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

8.4. Ley de Charles y Gay-Lussac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

8.4.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120


8.4.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121


8.4.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

8.5. Ley de los gases a volumen constante y la escala de la temperaturaKelvin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

8.5.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124


8.5.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

8.5.4. Procedimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

8.5.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

9. LA LEY DE COULOMB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

9.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

9.1.1. Descripcion tecnica de los elementos del equipo . . . . . . . 130


viii

9.3. Ley de Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

9.3.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135


9.3.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137


9.3.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

10. CONDENSADOR DE PLACAS PARALELAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

10.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

10.1.1. Descripcion tecnica de los elementos del equipo . . . . . . 147

10.2. Accesorios complementarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

10.3. Campo electrico en placas paralelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

10.3.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

10.3.2. Fundamento teorico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

10.3.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

10.3.4. Procedimiento experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

10.3.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

10.4. Campo electrico uniforme en medios dielectricos . . . . . . . . . . . . . 157

10.4.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

10.4.2. Fundamento teorico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

10.4.3. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

10.4.4. Procedimiento experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

10.4.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

11.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

11.2. Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

ANEXO A. GUIA DE LABORATORIO DE FISICA BASICA I . . . . . . . . . 168

A.1. Movimiento rectilneo uniforme (MRU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

A.1.1. Evaluacion previa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

A.1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

A.1.3. Fundamento teorico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

A.1.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

A.1.5. Procedimiento experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

A.1.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

A.2. Movimiento rectilneo uniformemente variado (MRUV) . . . . . . . . 175


ix

A.2.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175


A.2.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177


A.2.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

A.3. Segunda ley de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

A.3.1. Evaluacion Previa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

A.3.2. Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184


A.3.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186


A.3.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

A.4. Conservacion de la energa mecanica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195


A.4.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

A.4.3. Fundamento teorico[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

A.4.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198


A.4.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

A.5. Cantidad de movimiento lineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203


A.5.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203


A.5.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204


A.5.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

A.6. Movimiento parabolico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208


A.6.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209


A.6.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210


A.6.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

ANEXO B. GUIA DE LABORATORIO DE FISICA BASICA II . . . . . . . . 219

B.1. Movimiento armonico amortiguado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

x

B.1.1. Evaluacion previa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

B.1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

B.1.3. Fundamento teorico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

B.1.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

B.1.5. Procedimiento experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

B.1.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

B.2. Oscilaciones forzadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231


B.2.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231


B.2.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233B.2.5. Procedimiento experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

B.2.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

B.3. Dilatacion termica en cuerpos solidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239


B.3.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239


B.3.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241


B.3.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

B.4. Dilatacion termica de lquidos (Agua) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251


B.4.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251


B.4.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254


B.4.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

B.5. Dilatacion termica de lquidos (Etanol) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260


B.5.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260


B.5.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262


B.5.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

B.6. Ley de Boyle-Mariotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

B.6.1. Evaluacion Previa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

B.6.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

xi


B.6.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269


B.6.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

B.7. Ley de Charles y Gay - Lussac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275


B.7.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275


B.7.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277


B.7.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

B.8. Ley de los gases a volumen constante y la escala de la temperaturaKelvin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282


B.8.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282


B.8.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284


B.8.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

ANEXO C. GUIA DE LABORATORIO DE FISICA BASICA III . . . . . . . 291

C.1. Ley de Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

C.1.1. Evaluacion previa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

C.1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

C.1.3. Fundamento teorico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

C.1.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

C.1.5. Procedimiento experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

C.1.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

C.2. Campo electrico en placas paralelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304


C.2.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304


C.2.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305


C.2.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

C.3. Campo electrico uniforme en medios dielectricos . . . . . . . . . . . . . . 311


xii

CONTENIDO

C.3.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311


C.3.4. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313


C.3.6. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

ANEXO D. SENSOR CASSY-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317

D.1. Instrucciones de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317

D.2. Datos tecnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318

xiii

CONTENIDO

Indice de figuras

Figura Pagina

3.1. Carril con soporte[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.2. (a)movil con sus partes y (b) los elementos principales del carril [2] . . . . 153.3. Montaje experimental del carril . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.4. Curva de posicion en funcion del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.5. Curva de velocidad en funcion del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.6. Curva del teorema de valor medio de Lagrange[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.7. Montaje experimental del carril . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.8. Curva de posicion en funcion del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.9. Curva de velocidad en funcion del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.10. Sistema de dos bloques unidos por una polea ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.11. Fuerza en funcion de la aceleracion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.12. Aceleracion en funcion de la masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.13. Sistema de dos bloques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.14. Energa funcion de la altura h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.15. moviles para choque elastico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.16. Montaje experimental del experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444.1. Maquina de lanzamiento parabolico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454.2. Partcula experimentando movimiento parabolico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.3. Cada libre y movimiento parabolico, de dos objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . 534.4. Montaje experimental del experimento movimiento parabolico . . . . . . . . 554.5. Montaje experimental para la superposicion de dos movimientos . . . . . . 564.6. Posicion horizontal maxima en funcion del angulo de lanzamiento . . . . . 574.7. Curvas de altura maxima en funcion del angulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605.1. Descripcion de las partes del Pendulo de Pohl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625.2. Angulo de desviacion y amplitud maxima en funcion del tiempo. . . . . . . 685.3. Montaje experimental de la practica de movimiento amortiguado . . . . . . 705.4. Datos y curva experimental del mov. amortiguado con corriente de 0,3

[A] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 715.5. Datos y curva experimental de la amplitud maxima en funcion del tiempo 725.6. Datos y curva experimental del movimiento amortiguado con una corriente

de I=1,5 [A] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735.7. Montaje experimental de la practica de oscilaciones forzadas . . . . . . . . . 765.8. Ventanas de visualizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 785.9. Datos experimentales y curva experimental de las oscilaciones forzadas . 816.1. Aparato de dilatacion lineal con su respectiva descripcion tecnica . . . . . 826.2. Armado previo del circulador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 856.3. Montaje experimental del experimento de dilatacion lineal . . . . . . . . . . . 896.4. Montaje experimental del experimento de dilatacion lineal con el termostato

de circulacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

xiv

CONTENIDO

6.5. Dilatacion en funcion de la longitud inicial para tres materiales . . . . . . . 916.6. Dilatacion en funcion de la diferencia de temperatura para tres materiales 937.1. Dilatometro con sus partes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 957.2. Montaje Experimental de dilatacion termica de lquidos . . . . . . . . . . . . . . 1027.3. Grafica de variacion de volumen en funcion de la diferencia de la

temperatura del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1047.4. Grafica de la variacion en el volumen en funcion de la diferencia de

temperatura del etanol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1088.1. Termometro de gas y sus partes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1108.2. Calibracion del volumen inicial del gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1178.3. Montaje experimental de la ley de Boyle-Mariotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1178.4. Grafica de la presion en la funcion de la temperatura de la ley de la

Boyle - Mariotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1198.5. Montaje experimental de la ley Gay-Lussac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1228.6. Grafica de presion en funcion de la temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1238.7. Presion en funcion de la temperatura para tres gases distintos . . . . . . . . 1258.8. Montaje experimental de la ley Amontons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1268.9. Presion en funcion de la temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1279.1. Equipo de ley de Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1299.2. Comportamiento del campo electrico entre cargas puntuales . . . . . . . . . . 1369.3. Montaje experimental del procedimiento 1 de la ley de Coulomb . . . . . . 1399.4. Montaje experimental del procedimiento 2 de la ley de Coulomb . . . . . . 1409.5. Montaje experimental para la medicion de carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1419.6. Fuerza electrica en funcion de la distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1439.7. Fuerza electrica en funcion de la distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14410.1. Equipo para el estudio de campo electrico[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14610.2. Comportamiento del campo electrico ente dos placas paralelas . . . . . . . . 15110.3. Montaje experimental de campo electrico uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . 15310.4. Campo electrico en funcion del voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15410.5. Fuerza electrica en funcion de la distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15610.6. Campo electrico en un dielectrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15810.7. Montaje experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16010.8. Campo electrico en funcion del voltaje para el medio aire, plastico y

vidrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161A.1. Montaje experimental del carril . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170A.2. Posicion en funcion del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171A.3. Velocidad en funcion del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173A.4. Curva del teorema de valor medio de Lagrange [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176A.5. Montaje experimental del carril . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178A.6. Posicion en funcion del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179A.7. Velocidad media en funcion del tiempo para el MRUV . . . . . . . . . . . . . . . 182A.8. Velocidad instantanea en funcion del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183A.9. Sistema de dos bloques unidos por una polea ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

xv

CONTENIDO

A.10.Montaje experimental del carril . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188A.11.Aceleracion en funcion a la masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191A.12.Fuerza en funcion de la aceleracion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194A.13.Sistema de dos bloques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198A.14.Montaje experimental del Carril de un MRUV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200A.15.Energa cinetica, potencial y mecanica en funcion de la altura . . . . . . . . 201A.16.Montaje experimental del experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206A.17.Moviles para choque elastico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206A.18.Partcula experimentando movimiento parabolico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210A.19.Montaje experimental del experimento de movimiento parabolico . . . . . . 212A.20.Grafica de alcance en funcion del angulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214A.21.Grafica de altura maxima en funcion del angulo de lanzamiento . . . . . . . 216B.1. Amplitud en funcion del tiempo para un movimiento armonico amortiguado221B.2. Montaje experimental de la practica de movimiento amortiguado . . . . . . 223B.3. Angulo de desviacion en funcion del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226B.4. Amplitud maxima en funcion del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227B.5. Angulo de desviacion en funcion del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230B.6. Ventanas de visualizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234B.7. Montaje experimental de la practica de oscilaciones forzadas . . . . . . . . . 235B.8. Datos experimentales y curva experimental de las oscilaciones forzadas . 237B.9. Datos experimentales y curva experimental de las oscilaciones forzadas . 238B.10.Datos experimentales y curvas experimentales de las oscilaciones forzadas

con diferentes amortiguamientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239B.11.Montaje experimental del experimento de dilatacion lineal con el generador

de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242B.12.Montaje experimental del experimento de dilatacion lineal con el termostato

de circulacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243B.13.Deformacion longitudinal en funcion de la longitud inicial . . . . . . . . . . . . 244B.14.Deformacion longitudinal en funcion del cambio de la temperatura . . . . 248B.15.Dilatometro: Botella de vidrio(1), Abertura esmerilada(1a), Tubo de

ascension (2), Esmerilado macho(2a), Escala en mm (2b) y Capilares(2c).253B.16.Montaje experimental de dilatacion termica de lquidos . . . . . . . . . . . . . . 256B.17.Cambio del volumen en funcion de la diferencia de temperatura . . . . . . . 259B.18.Montaje experimental de dilatacion termica de lquidos . . . . . . . . . . . . . . 263B.19.Cambio del volumen en funcion de la diferencia de temperatura . . . . . . . 266B.20.Calibracion del volumen inicial del gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270B.21.Montaje experimental de la ley de Boyle-Mariotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271B.22.Presion en funcion del volumen del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274B.23.Calibracion del volumen inicial del gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278B.24.Montaje experimental de la ley Gay - Lussac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278B.25.El volumen en funcion de la termperatura del gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280B.26.Presion en funcion de la temperatura para tres gases distintos . . . . . . . . 283B.27.Calibracion del volumen inicial del gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285

xvi

INDICE DE FIGURAS

B.28.Montaje experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286B.29.La presion en funcion de la temperatura del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288C.1. Comportamiento del campo electrico E entre cargas puntuales donde

F=qE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292C.2. Montaje experimental del procedimiento 1 de la ley de Coulomb . . . . . . 295C.3. Montaje experimental del procedimiento 2 de la ley de Coulomb . . . . . . 296C.4. Montaje experimental para la medicion de carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297C.5. Fuerza electrica en funcion de la distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299C.6. Fuerza electrica en funcion de la distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302C.7. Comportamiento del campo electrico ente dos placas paralelas . . . . . . . . 305C.8. Montaje experimental de campo electrico uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . 307C.9. Campo electrico en funcion del voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308C.10.Fuerza electrica en funcion de la distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310C.11.Campo electrico en un dielectrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312C.12.Montaje experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314C.13.Campo electrico en funcion del voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315D.1. Sensor cassy-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317

xvii

INDICE DE FIGURAS

INDICE DE TABLAS

Tabla Pagina

1.1. Lista de las practicas de los ocho nuevos equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.1. Numero de estudiantes matriculados en la FCyT [9] . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.1. Figuras de los accesorios complementarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.2. Datos de posiciones y tiempos para MRU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.3. Datos de posiciones y tiempos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.4. Datos de la aceleracion y de la fuerza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.5. Datos de la aceleracion y de la masa del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.6. Datos calculados de energas potencial, cinetica y mecanica . . . . . . . . . . . 394.1. Figuras de los accesorios complementarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.2. Datos de los angulos y alcances para las tres fases de tension . . . . . . . . . 574.3. Altura maxima para las tres velocidades de lanzamiento en funcion del

angulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595.1. Figuras de los accesorios complementarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665.2. Datos de amplitudes maximas y tiempos del movimiento amortiguado . 725.3. Datos amplitudes y frecuencias angulares de excitacion . . . . . . . . . . . . . . 795.4. Datos amplitudes y frecuencias angulares de excitacion . . . . . . . . . . . . . . 806.1. Figuras de los accesorios complementarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 866.2. Datos de las dilataciones para diferentes longitudes iniciales . . . . . . . . . . 916.3. Coeficiente de dilatacion teoricos y experimentales con . . . . . . . . . . . . . . . 926.4. Datos las deformaciones para diferentes intervalos de temperatura . . . . . 936.5. Coeficiente de dilatacion lineal en tablas y experimentales con el termostato

de circulacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 947.1. Figuras de los accesorios complementarios al dilatometro . . . . . . . . . . . . . 987.2. Valores de la densidad del agua en funcion de la temperatura . . . . . . . . . 997.3. Datos de las variaciones en el volumen para diferentes intervalos de

temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1037.4. Datos de las variaciones en el volumen para diferentes intervalos de

temperatura del etanol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1088.1. Figuras de los accesorios del termometro de gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1138.2. Datos de altura, P , de presiones y de volumenes del gas . . . . . . . . . . . . 1188.3. Datos de volumen y temperatura del gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1228.4. Datos de presion manometrica, presion del gas y temperatura del gas . . 1279.1. Figuras de los accesorios complementarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1359.2. Datos de distancia y fuerza electrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1429.3. Datos de distancia y fuerza electrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14410.1. Figuras de los accesorios complementarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14910.2. Datos de voltaje y de campo electrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15410.3. Datos de distancia corregida y de campo electrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15510.4. Datos de voltaje y de campo electrico en diferentes dielectricos . . . . . . . 160

xviii

INDICE DE TABLAS

10.5. Determinacion de las constantes dielectricas del aire, del vidrio y delplastico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

A.1. Datos de posiciones y tiempos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171A.2. Tiempo, posicion y velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173A.3. Tiempos y posiciones para el MRUV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179A.4. Velocidad media para el MRUV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181A.5. Velocidad instantanea para los tiempos t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182A.6. Datos de tiempos y posiciones, fuerza constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189A.7. Datos de tiempos y posiciones, fuerza constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189A.8. Valores de masa con sus aceleraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190A.9. Datos de tiempos y posiciones, fuerza variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193A.10.Datos de tiempos y posiciones, fuerza variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193A.11.Valores de aceleraciones y fuerzas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194A.12.Datos de tiempos y posiciones para un MRUV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200A.13.Energas potencial, cinetica y mecanica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201A.14.Datos de los angulos y alcances para las tres fases de tension . . . . . . . . . 213A.15.Datos de los angulos y alturas maximas para las tres fases de tension . . 215B.1. Datos de angulos de desviacion para diferentes tiempos . . . . . . . . . . . . . . 225B.2. Datos de amplitudes y tiempos del movimiento amortiguado . . . . . . . . . . 227B.3. Datos de periodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228B.4. Datos de angulos de desviacion para diferentes tiempos . . . . . . . . . . . . . . 229B.5. Datos de amplitudes y de frecuencias angulares de excitacion . . . . . . . . . 236B.6. Datos amplitudes y frecuencias angulares de excitacion . . . . . . . . . . . . . . 238B.7. Datos de deformacion longitudinal y de longitud inicial . . . . . . . . . . . . . . 244B.8. Datos las deformaciones longitudinales y de variaciones de temperatura 248B.9. Valores de la densidad del agua en funcion de la temperatura . . . . . . . . . 252B.10.Datos de altura y temperatura del dilatometro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257B.11.Datos calculados de cambio de altura, de temperatura y de volumen . . . 258B.12.Datos de altura y temperatura del dilatometro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264B.13.Datos calculados de cambio de altura, de temperatura y de volumen . . . 265B.14.Datos de altura y P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272B.15.Datos calculados de presion P y volmen del gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273B.16.Datos de temperatura y de altura h0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279B.17.Datos calculados del volumen del gas con su respectiva temperatura . . . 280B.18.Datos de temperatura y de presion manometrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287B.19.Datos calculados de la presion y la temperatura del gas . . . . . . . . . . . . . . 288C.1. Datos de distancia y fuerza electrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298C.2. Datos de distancia y fuerza electrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301C.3. Datos de voltaje y de campo electrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307C.4. Datos de distancia corregida y de campo electrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309C.5. Datos de voltaje y de campo electrico en diferentes dielectricos . . . . . . . 314C.6. Determinacion de las constantes dielectricas del aire, del vidrio y del

plastico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

xix

INTRODUCCION

Captulo 1.

Introduccion

La Fsica es una ciencia que estudia la naturaleza, y el hombre es capaz de

comprenderla mediante la experimentacion, lo que hace de la Fsica una ciencia expe-

rimental. Por tanto, en general las universidades en las areas de ciencias y tecnologa

anaden a la materia de Fsica Teorica la experimentacion mediante laboratorios de

Fsica.

En ese sentido, la Facultad de Ciencias y Tecnologa (FCyT) de la UMSS, forma

profesionales en las areas de ciencias y tecnologa en diferentes carreras, y que tienen

como materia basica la Fsica con su respectivo laboratorio. El Departamento de

Fsica de la FCyT es encargado de prestar servicios con laboratorios de Fsica a

las diferentes carreras, de esta manera contribuye con la formacion experimental de

los futuros profesionales. Los laboratorios de Fsica Basica estan divididos en cuatro

laboratorios que son:

Laboratorio de Fsica Basica I (Fsica 100), comprende el area de la mecanica

de cuerpos solidos.

Laboratorio de Fsica Basica II (Fsica 102), comprende el area de la mecanica

1

INTRODUCCION

de fluidos, movimiento periodico (ondas) y termodinamica.

Laboratorio de Fsica Basica III (Fsica 200), comprende el area del electricidad

y magnetismo.

Laboratorio de Fsica moderna, comprende el area de la naturaleza ondulatoria

y corpuscular de la luz.

Para seguir mejorando la calidad academica en la parte de la experimenta-

cion, es necesario tener un mayor equipamiento que ofrezca resultados confiables y

actualizados, segun el avance de la tecnologa. En este sentido el Departamento de

Fsica ejecuto en el 2013 el proyecto EQUIPAMIENTO DEL LABORATORIO DE

Fsica Basica DE LA FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA, con Recursos

Directos de los Hidrocarburos (IDH) [1].

El proyecto equipo con 10 nuevos equipos a los laboratorios de Fsica Basica de

la FCyT y los cuales son:

1. Movimiento unidimensional sobre el carril con colchon de aire

2. Maquina de lanzamiento parabolico

3. Pendulo de Pohl

4. Aparato de dilatacion lineal

5. Dilatometro para la dilatacion de lquidos

6. Termometro de gas para ley de los gases

7. La ley de Coulomb

8. Condensador de placas paralelas

9. Equipo para las series de Balmer

10. Equipo de rayos X

2

INTRODUCCION

1.1. Planteamiento del problema

Despues de la adquisicion de los nuevos equipos es necesaria la implementacion

de estos en las materias de laboratorio en las areas de Fsica Basica I, II y III 1,

que corresponde a los ocho primeros equipos del nuevo equipamiento. Para este fin se

debe capacitar a los docentes y a los auxiliares, en el adecuado manejo y los cuidados

que deben tener con cada equipo, por este motivo se debe elaborar un manual de

laboratorio docente donde puedan consultar las dudas que tengan. Cabe mencionar

tambien que en los laboratorios se requiere una constante experimentacion para su

mejor manipulacion.

Para finalizar la implementacion se debe elaborar una gua de laboratorio para

los estudiantes, donde puedan anotar los datos y analizar los resultados de forma

ordenada. Para su mejor comprension se presenta un arbol de problemas a continua-

cion:

Efectos

Problema

Causas

Elaboracin del material experimental para los docentes y los estudiantes de los Laboratorios de Fsica Bsica I, II y III de la FCyT - UMSS, a partir del EQUIPAMIENTO DEL LABORATORIO DE FSICA BSICA DE LA FCyT adquirido el 2013.

Se implementar el nuevo equipamiento a los laboratorios de Fsica Bsica I, II y III, del proyecto: EQUIPAMIENTO DEL LABORATORIO DE FSICA BSICA DE LA FCyT

Implementacin de la adquisicin de nuevos equipos del proyecto: EQUIPAMIENTO DEL LABORATORIO DE FSICA BSICA DE LA FCyT.

Equipos guardados Estudiantes, trabajando con equipos poco actualizados y trabajando con equipos poco confiables al momento de experimentar y analizar los datos

Manual de laboratorio docente, con todas las prcticas del nuevo equipamiento y con su respectivo

anlisis de resultados.

Gua de laboratorio estudiante, material importante para los estudiantes, para anotar los datos obtenidos y analizar los resultados de forma ordenada.

Material experimental, para una capacitacin docente para tener el adecuado manejo y los cuidados correspondientes con cada equipo.

1Del equipamiento mencionado se utilizaran los ocho primeros equipos, ya que solo estoscorresponde del area de Fsica Basica I, II y III.

3

INTRODUCCION

Efectos

Problema

Causas

Elaboracin del material experimental para los docentes y los estudiantes de los Laboratorios de Fsica Bsica I, II y III de la FCyT - UMSS, a partir del EQUIPAMIENTO DEL LABORATORIO DE FSICA BSICA DE LA FCyT adquirido el 2013.

Se implementar el nuevo equipamiento a los laboratorios de Fsica Bsica I, II y III, del proyecto: EQUIPAMIENTO DEL LABORATORIO DE FSICA BSICA DE LA FCyT

Implementacin de la adquisicin de nuevos equipos del proyecto: EQUIPAMIENTO DEL LABORATORIO DE FSICA BSICA DE LA FCyT.

Equipos guardados Estudiantes, trabajando con equipos poco actualizados y trabajando con equipos poco confiables al momento de experimentar y analizar los datos

Manual de laboratorio docente, con todas las prcticas del nuevo equipamiento y con su respectivo

anlisis de resultados.

Gua de laboratorio estudiante, material importante para los estudiantes, para anotar los datos obtenidos y analizar los resultados de forma ordenada.

Material experimental, para una capacitacin docente para tener el adecuado manejo y los cuidados correspondientes con cada equipo.

1.2. Objetivos

1.2.1. Objetivos Generales

Elaborar material experimental para los docentes y los estudiantes de los Labo-

ratorios de Fsica Basica I, II y III de la FCyT - UMSS, a partir del EQUIPA-

MIENTO DEL LABORATORIO DE Fsica Basica DE LA FCyT adquirido el

2013.

1.2.2. Objetivos Especficos

Realizar el armado, la experimentacion de cada practica de los ocho equipos y

verificar su buen funcionamiento de los mismos.

Analizar los resultados de la experimentacion de cada practica de los ocho

equipos.

Elaborar el manual de laboratorio docente y la gua de laboratorio estudiante,

de los ocho equipos.

4

INTRODUCCION

1.3. Metodologa

En el presente trabajo se elabora el material experimental para docentes y

estudiantes de los Laboratorios de Fsica Basica I, II y III de la FCyT - UMSS,

donde el material experimental consta del manual de laboratorio docente y de la gua

de laboratorio estudiante.

Para ello, primeramente se definio el contenido del manual de laboratorio,

sabiendo que, se pueden realizar diferentes practicas con cada equipo. Tomando en

cuenta las referencias de Leybold Didactic LD[2], se estructuro el material experimen-

tal de la siguiente manera:

EQUIPO PRACTICA TEMA/PRINCIPIO FISICO

1. Movimiento rectilneo unifor-

me (MRU)

Cinematica en una dimension con

velocidad constante.

2. Movimiento rectilneo unifor-

memente variado (MRUV)

Cinematica en una dimension con

aceleracion constante.

Movimiento unidimen- 3. Segunda ley de Newton Segunda ley de Newton.

sional sobre el carril con

colchon de aire

4. Conservacion de la energa

mecanica

Principio de conservacion de la

energa mecanica.

5. Cantidad del movimiento li-

neal

Cantidad del movimiento lineal.

Maquina de lanzamiento

parabolico

6. Movimiento parabolico Cinematica en dos dimensiones, lan-

zamiento parabolico.

7. Movimiento armonico amorti-

guado

Movimiento periodico, oscilaciones

amortiguadas.

Pendulo de Pohl 8. Oscilaciones forzadas Movimiento periodico, oscilaciones

forzadas y resonancia.

5

INTRODUCCION

Aparato de dilatacion

lineal

9. Dilatacion lineal termica en

cuerpos solidos

Expansion termica de solidos.

Dilatometro

10. Dilatacion termica de lqui-

dos (Agua)

Expansion termica de lquidos.

11. Dilatacion termica de lqui-

dos (Etanol)

Expansion termica de lquidos.

12. Ley de Boyle - Mariotte Ley de los gases a temperatura cons-

tante.

Termometro de gas:

Ley de los gases

13. Ley de Charles y Gay - Lus-

sac

Ley de los gases a presion constante.

14. Ley de los gases a volumen

constante y la escala de la tem-

peratura absoluta

Ley de los gases a volumen constante

y la escala de la temperatura abso-

luta.

La ley de Coulomb 15. Ley de Coulomb Ley de Coulomb.

Condensador de placas

paralelas

16. Campo electrico en placas pa-

ralelas

Campo electrico uniforme.

17. Campo electrico uniforme en

medios dielectricos

Campo electrico uniforme y

dielectricos.

Tabla 1.1: Lista de las practicas de los ocho nuevos equipos

Finalmente, se realiza el material experimental bajo los siguientes conceptos:

1.3.1. Manual de laboratorio docente

El manual de laboratorio docente consta de ocho captulos correspondientes a

los ocho equipos (vease la Tabla 1.1) y a continuacion se explican las secciones de

cada captulo del manual de laboratorio docente:

Introduccion: Es una pequena explicacion de los alcances del equipo para

poder realizar los objetivos, tambien se escribe un descripcion tecnica y se muestra

6

INTRODUCCION

las partes fundamentales del equipo con su respectiva imagen.

Accesorios complementarios: Son los elementos secundarios que requiere el

equipo para poder realizar los experimentos, los elementos secundarios se describen

con caractersticas relevantes.

Presentacion de las practicas: Se describe un informe para cada practica con

su respectivo analisis de resultados a diferencia de la gua de laboratorio estudiante.

El analisis y discusion de resultados esta en funcion del objetivo propuesto. Es

importante que la discusion considere la calidad de los datos obtenidos y sus intereses,

de modo tal que se pueda evaluar la coherencia de los resultados.

1.3.2. Gua de laboratorio estudiante

La gua de laboratorio estudiante consta de diecisiete practicas (vease la Tabla

1.1) y se realizo tomando como referencia la gua de laboratorio de Fsica del Depar-

tamento de Fsica [3] y guas de laboratorio de Fsica de diferentes universidades [4]

y [5].

A continuacion se explican las sub-secciones de cada practica de la gua de

laboratorio estudiante.

Ttulo: Es el nombre del tema o principio fsico relacionado con el experimento.

Evaluacion previa:Son preguntas relacionados a la practica de forma intro-

ductoria.

Objetivo: Es la definicion clara de la motivacion de la experiencia, con una

extension no superior a tres lneas.

Marco teorico: Son los antecedentes previos relacionados con el experimento,

7

INTRODUCCION

incluyendo posible teora o hipotesis que se quiere someter a verificacion experimental,

y descripcion simple del experimento a realizar, definiendo las variables a medir.

Materiales y procedimiento experimental: Es la descripcion de los instru-

mentos de medicion usados durante la experimento y su explicacion del procedimiento

para el montaje experimental. Se establece claramente la precision con que se realizan

las mediciones de las distintas variables involucradas. La extension de esta seccion

depende de la complejidad del montaje usado. En todo caso, se inserta las image-

nes necesarias del montaje experimental debido; es importante notar que un dibujo

esquematico simple aporta gran informacion y puede reemplazar muchas lneas de

texto.

Resultados: Es la presentacion de los resultados obtenidos, en la forma de

figuras, tablas y/o graficos. Las tablas y los graficos deben ser enumerados secuen-

cialmente, con un numero de figura en el caso de los graficos. Ademas, se debe

identificar claramente las variables contenidas en el grafico o tabla, con las unidades

correspondientes. Puntos experimentales en los graficos deben ser identificables a

primera vista. Es importante notar que el informe contenga solamente resultados que

contribuyan a la discusion.

1.4. Alcances

Se tiene un manual de laboratorio docente con un analisis de resultados, seccion

importante para el docente, donde se verifica las leyes de la fsica. Estos resultados

permiten dar un analisis profundo para mejorar el experimento, as tambien los

resultados muestran el comportamiento de los datos con sus respectivos valores que

dan una idea de como debe ser las mediciones, que valores se deben esperar al

8

INTRODUCCION

momento de que el alumno presente su respectiva gua.

1.5. Estructura del informe

En los captulos 3 y 4, se presentan las unidades del manual de laboratorio

docente correspondientes al area de Fsica Basica I, en los captulos 5, 6, 7 y 8, se

presentan las unidades del manual de laboratorio docente correspondientes al area de

Fsica Basica II y en los captulos 9 y 10, se presentan las unidades del manual de

laboratorio docente correspondientes al area de Fsica Basica III.

Finalmente en los anexos se presenta la gua de laboratorio estudiante en tres

partes para cada area de la Fsica Basica de los laboratorios.

9

ANTECEDENTES Y JUSTIFICACION

Captulo 2.

Antecedentes y justificacion

2.1. Antecedentes

El trabajo de adscripcion es una de las modalidades de titulacion de la Univer-

sidad Mayor de San Simon UMSS, aprobada por R.C.U. No. 29/99 de 6 de julio de

1999 y en detalle en acuerdo de Comite Academico CA No 40/99 de 15 de octubre de

1999. El reglamento de la adscripcion ha sido elaborado en concordancia al Estatuto

Organico de la Universidad Boliviana con el Regimen Estudiantil de la Universidad

Boliviana en el IX Congreso de Universidades [6].

El trabajo de adscripcion tambien forma parte de las modalidades de titulacion

del Departamento de Fsica, y en consecuencia, hasta el da de hoy se tienen estu-

diantes titulados en el Departamento de Fsica por esta modalidad, Miranda L. [7] y

Granados M. y Calizaya R. [8].

Por otra parte, existen antecedentes referentes a la elaboracion de la gua de

laboratorio. La primera gua de laboratorio de Fsica Basica, de forma paralela a

la creacion de la Facultad de Ciencias Puras y Naturales (1972) de la UMSS fue

elaborada por los docentes del area de Fsica.

10


A partir del ano 2006 hasta el presente, el proyecto de Laboratorio Asistido por

Computador (LAC), tiene como tarea principal la constante actualizacion de la gua

de laboratorio. El proyecto LAC surge por la necesidad de implementar sensores de

medicion para realizar algunas practicas de Laboratorio.

2.2. Justificacion

El presente trabajo, cumple con los requisitos de la modalidad de titulacion

por adscripcion, la elaboracion del material didactico del equipamiento para los

laboratorios basicos es un requerimiento del Departamento de Fsica de la FCyT,

en consecuencia es un requerimiento de la UMSS, y como producto se tiene una gua

estudiante y un manual docente.

Por otro lado, el Departamento de Fsica inicia sus actividades de forma paralela

a la creacion de la Facultad de Ciencias Puras y Naturales (1972) y su tarea principal

es prestar servicios academicos a las diferentes carreras. A partir del 21 de septiembre

de 1979, la Facultad pasa a ser una Facultad de Ciencias y Tecnologa (FCyT).

La FCyT desde su creacion ha incrementado el numero de estudiantes y hasta

el da de hoy existen alrededor de 15000 estudiantes en las diferentes carreras (vease

la Tabla 2.1), motivo por el cual el Departamento de Fsica amerita una inmediata

actualizacion en los Laboratorios de Fsica Basica I, II y III con los nuevos experimen-

tos del proyecto EQUIPAMIENTO DEL LABORATORIO DE FISICA BASICA DE

LA FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA ejecutado en el 2013, del cual

surge la necesidad de manuales y guas que expliquen el correcto funcionamiento de

los elementos de cada equipo.

11


Gestion Numero de estudiantes

I/2009 13825

II/2009 13250

I/2010 14203

II/2010 13688

I/2011 14830

II/2011 14514

I/2012 14984

II/2012 14546

I/2013 15570

II/2013 15180

Tabla 2.1: Numero de estudiantes matriculados en la FCyT [9]

Finalmente, con el proposito de avanzar en la tecnologa, el nuevo equipamiento

tiene la implementacion de sensores en la mayora de los experimentos.

12

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA

CARRERA DE LICENCIATURA EN FISICA

MU S S

MANUAL DOCENTE DE LOS

LABORATORIOS DE FISICA

BASICA I, II Y III

Cochabamba, 2014.

13

MOVIMIENTO UNIDIMENSIONALSOBRE EL CARRIL CON COLCHON DE AIRE

Captulo 3.

Movimiento unidimensional sobreel carril con colchon de aire

3.1. Introduccion

El carril con colchon de aire permite la verificacion de las leyes fundamentales

de la cinematica y dinamica mediante el movimiento de traslacion unidimensional de

un movil que se mueve sobre un colchon de aire con friccion mnima.

3.1.1. Descripcion tecnica del carril con colchon de aire

1. Carril con soporte (vease la Figura 3.1)

a. Entrada de aire

b. Carril

c. Tornillo de fijacion.

d. Hembrilla para soporte de la rueda de radios multiuso.

e. Soporte del carril.

f. Hembrillas roscadas para atornillar el armazon del carril.

14


Figura 3.1: Carril con soporte[2]

2. Dos moviles, cada uno con las siguientes partes ( vease la Figura 3.2 (a)):

a. Sujetador de hilo

b. Hembrilla

c. Portamasa para masa de 1 [g]

d. Portamasa para masa de 100 [g]

e. Perfil con escala

f. Banderas de interrupcion

g. Masas de 100 [g]

h. Masas de 1[g]

i. Placa de rebote con clavija

j. Muelle con clavija, para la experimentacion de choques.

j

j

Figura 3.2: (a)movil con sus partes y (b) los elementos principales del carril [2]

15


3. Un juego equipado con (vease la Figura 3.2 (b)):

a. Manguito con clavija

b. Aguja con clavija

c. Frenos

d. Rueda de radios multiuso (polea) con soporte

e. Plato colector

f. Hilo

g. Adaptador para alimentacion neumatica

h. Iman de retencion de 0..16V

i. Placa de retencion con clavija

j. Armazon del carril

Nota: las cantidades se especifican en la Figura 3.2

3.1.2. Datos tecnicos

- Carril tiene una longitud de 1.5 m.

- Movil con una masa de aprox. 88 g.

- Placa de rebote, muelle, manguito, aguja y placa de retencion, cada uno, con

una masa de 4 g.

- Banderas de interrupcion con una masa de 0.5 [g]y ancho de 5 mm.

- Iman de retencion de 0 a 16 [V] CC, regulable.

Nota: El equipo garantiza una buena adquisicion de datos durante 5 anos

(tiempo estimado), pero para mantener su buen funcionamiento el carril debe ser

protegido de danos mecanicos, polvo y suciedad. Por lo que se debe considerar los

siguientes aspectos:

Para trasladar el equipo se debe evitar tocar el carril de aire.

Despues de terminado el experimento, cubrir el carril con la cubierta de plastico.

16


3.2. Accesorios complementarios

Alimentacion neumatica o bomba de aire.- Es un generador de aire con

el fin de crear un colchon de aire sobre el carril.

Regulador de potencia.- Regula el nivel de aire mediante un potenciometro

(con el cual tambien se enciende), la potencia debe regularse de acuerdo a la

masa del movil.

Datos tecnicos: Controla la tension de salida mediante el procedimiento de

corte de onda. Rango de control: tpico de 10 [V] hasta 230 [V]. Tension de

conesxion a la red 230 [V], 50/60 [Hz]. Fusible primario: F 10 [A].

Barrera luminosa de horquilla.- Controla de manera individual o en pares

conjunto a otra barrera luminosa la medicion de tiempo y conteo, durante las

medidas del tiempo y de la frecuencia de cuerpos en movimiento.

Datos tecnicos: Tension de alimentacion: de 9 [V] hasta 25 [V]. Longitud de

onde de la luz infrarrojo: 950 nm. Resolucion local: 0,1 [mm]. Frecuencia de

conmutacion: max. 5kHz.

Timer S.- Se utiliza para transferir los datos del sensor al sistema de medicion

asistido por ordenador Cassy Lab-2 y permite la utilizacion de las entradas de

tiempo, como entrada E y entrada F, mediante los cuales transfieren las senales

de la medicion, ademas sirve como alimentacion para el sensor conectado.

Datos tecnicos: Conexion: dos hembrillas de 6 polos. Alimentacion para el

sensor: 12 [V]. Es compatible con el software Cassy Lab desde la version 1.40.

Barrera luminosa multiuso.- Es una barrera de luz infrarroja. Este puede

ser usado para la medicion de intervalos de tiempo de forma individual, tiempos

de iluminacion como tiempos de oscurecimiento de la luz infrarrojo.

17


Datos tecnicos: Combinado con otra barrera luminosa multiuso, el movimiento

es medido con una resolucion de 1 [cm], sin direccion de movimiento. Con la

rueda de radios multiuso el movimiento es medido con una resolucion de 1 [mm],

con direccion de movimiento.

Cable de conexion, 6 polos.- Conecta la barrera luminosa de horquilla o

multiuso (sensores) al timer S.

Cables.- 2 cables de conexion para el uso del iman de retencion.

Mordaza multiple.- Para sujetar el plato recolector con la varilla en el carril.

Sensor-cassy y Cassy Lab-2.- El dispositivo sensor-cassy es una interfaz para

el registro de datos y se denomina sensor debido a que tambien mide voltaje y

corriente a partir de dos entradas analogicas, respectivamente. Cassy Lab-2 es

el software correspondiente al sensor cassy (para mas detalles ver Anexo D).

En la Tabla 3.1 se muestran los accesorios complementarios:

Bomba de aire Regulador de potencia Cable de conexion

Codigo LD: 337501 Codigo LD: 667823 Codigo LD:50116

Cantidad: 1 Cantidad: 1 Cantidad: 2

Barrera luminosa Timer S Barrera luminosa multiuso

Codigo LD: 33746 Codigo LD: 524074 Codigo LD: 337462

Cantidad: 2 Cantidad: 1 Cantidad: 1

18


Cables Mordaza multiple Sensor cassy y Cassy Lab-2

Codigo LD: 50146 Codigo LD: 30101 Sensor cassy-2

Cantidad: 1 Cantidad: 1 Cantidad: 1INPUT B

INPUT A

Tabla 3.1: Figuras de los accesorios complementarios

3.3. Movimiento rectilneo uniforme (MRU)

3.3.1. Objetivos

Verificar la relacion teorica de la posicion en funcion del tiempo.

Verificar la relacion teorica de la velocidad en funcion del tiempo.

3.3.2. Fundamento teorico

El movimiento rectilneo uniforme es el movimiento mas simple de una partcula

que viaja en lnea recta. Para describir el movimiento de esta partcula se define la

19


velocidad instantanea y en una direccion esta dado por:

v =dx

dt, (3.1)

donde, x es la posicion y t es el tiempo.

Para una partcula que experimenta un movimiento rectilneo uniforme se cum-

ple la primera ley de Newton donde la fuerza neta sobre la partcula es cero, es decir

la aceleracion es cero (ax = 0) y la ecuacion 3.1 permanece constante.

x = x0 + v(t t0), (3.2)

Por tanto, a partir de la ecuacion 3.2, la relacion entre la posicion y el tiempo de

un movil que se mueve sobre una superficie horizontal, libre de rozamiento, con

condiciones iniciales x0 = 0 para t0 = 0, es:

x = vt. (3.3)

Como la velocidad permanece constante, la ecuacion 3.1 es igual a la velocidad

media para intervalos de tiempo t y de posicion x, la velocidad es:

v =x

t, (3.4)

donde x es el cambio de posicion en un intervalo de tiempo t.

3.3.3. Materiales

Carril

Movil con 8 banderas de interrupcion

Bomba de aire

20


Regulador de Potencia

Barrera luminosa

Cable de union de 6 polos

Timer S

Sensor cassy 2

Nivel de burbuja

Computadora con el programa Cassy Lab-2

3.3.4. Procedimiento experimental

1. Armar el equipo segun el esquema de la Figura 3.3.

2. Nivelar el carril horizontalmente.

3. Colocar las 8 banderas de interrupcion al movil dando un separacion uniforme

de 2 [cm] y el movil sobre el carril.

4. Colocar la barrera luminosa al centro del carril y el freno al final del carril.

5. Conectar la barrera luminosa con el cable de union de 6 polos al timer S, y el

timer al sensor-cassy.

6. Conectar el sensor cassy a la computadora con el cable USB .

7. En la computadora abrir el software Cassy y habilitar la entrada E; ir a ajustes

sensor cassy-2 Entrada A1 (Timer S, 524074) y hacer clic en RecorridoSA1 (E s = 1cm), seguidamente configurar:

Rango: 0,20 m

Registro: Automatico

Intervalo: 50 ms 2

Trigger: SA1 ascendente3

Hacer clic en iniciar medicion que esta en la barra menu.

8. Regular la potencia, y dar un pequeno impulso al movil para iniciar su movi-

miento.

2En este caso el intervalo de tiempo corresponde a la precision del tiempo (ver los datos).3Este senala cuando inicia la medicion

21


9. Registrar los tiempos y las distancias de las banderas.

INPUT B

INPUT A

220 V AC

PC con Cassy Lab-2

220 V AC

Figura 3.3: Montaje experimental del carril

3.3.5. Resultados

En la Tabla 3.2 se presentan los resultados de las posiciones para diferentes

tiempos.

n t[s] x[m]

1 0.00 0.00

2 0.07 0.02

3 0.13 0.04

4 0.20 0.06

5 0.26 0.08

6 0.33 0.10

7 0.39 0.12

8 0.45 0.14

Tabla 3.2: Datos de posiciones y tiempos para MRU

22


En la Figura 3.4 se muestra la curva de posicion en funcion del tiempo del movil

en movimiento rectilneo uniforme.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

x [m

]

t [s]

Datos experimentalesCurva experimental

Figura 3.4: Curva de posicion en funcion del tiempo

La ecuacion experimental de la Figura 3.4, es:

x = 0, 310 t. (3.5)

Comparando con la ecuacion teorica 3.3, la velocidad es entonces la pendiente de la

ecuacion experimental.

v = (0, 310 0, 003)[m/s]; 1 %

El segundo objetivo se puede realizar a partir de la ecuacion 3.4 graficando las

velocidades en funcion del tiempo.

23


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

v [m

/s]

t [s]


Figura 3.5: Curva de velocidad en funcion del tiempo

La ecuacion experimental de la Figura 3.5, es:

v = 0, 29, (3.6)

donde se verifica que la velocidad permanece constante y con el siguiente resultado:

v = (0, 29 0, 02)[m/s]; 7 %

3.4. Movimiento rectilneo uniformemente variado (MRUV)

3.4.1. Objetivos

Verificar la relacion teorica de la posicion en funcion del tiempo.

Verificar la relacion teorica de la velocidad en funcion del tiempo.

Determinar la aceleracion del movil.

3.4.2. Fundamento teorico

El movimiento rectilneo uniformemente variado (MRUV) es el movimiento en

lnea recta con aceleracion constante, donde la aceleracion a lo largo de x esta dada

24


por:

a =dv

dt=d2x

dt2, (3.7)

y a partir de la ecuacion 3.7 pueden obtenerse las ecuaciones de posicion y velocidad

en funcion del tiempo:

x = x0 + v0(t t0) + 12a(t t0)2, (3.8)

v = v0 + a(t t0). (3.9)

Las ecuaciones 3.8 y 3.9, con condiciones iniciales t0 = 0, x0 = 0 y v0 = 0, estan dados

por:

x =1

2at2, (3.10)

v = at. (3.11)

Velocidad media

La velocidad media se define como el cociente entre el cambio en la posicion y

el cambio en el tiempo:

v =x

t, (3.12)

donde x = xi xi1 y t = ti ti1

Velocidad instantanea

La velocidad instantanea se define como la derivada de la funcion posicion con

respecto al tiempo:

v = lmt0

x

t=dx

dt. (3.13)

Si la aceleracion es constante, el valor de la velocidad media dentro un intervalo de

25


tiempo por el teorema del valor medio, es igual al valor de la velocidad instantanea

en el punto medio de dicho intervalo t, geometricamente la recta tangente es igual

a la recta secante como se observa en la Figura 3.6. Se puede demostrar que el punto

medio esta dada por:

ti = ti1 +ti2

= ti1 +ti ti1

2=ti + ti1

2, (3.14)

x=f(t)x

t

ti-1 ti ti

ti

Figura 3.6: Curva del teorema de valor medio de Lagrange[3]

3.4.3. Materiales

Carril

Movil

Bomba de aire

Regulador de potencia

Iman de retencion

Placa de retencion con clavija

Barrera luminosa multiuso con polea

Masas de 1 [g]

Plato colector con soporte

26


Cable de union de 6 polos

Timer S

Sensor Cassy Lab-2

Computadora con el programa Cassy Lab-2

Nivel de burbuja

3.4.4. Procedimiento experimental

1. Armar el carril como el montaje de la Figura 3.7, nivelar y colocar los frenos al

final del carril.

2. Regular la potencia de la bomba de aire.

3. Fijar el iman de retencion a un extremo del carril y conectar a la fuente del

sensor cassy.

4. Colocar la placa de retencion con clavija al movil y este colocar al iman de

retencion.

5. Colocar la barrera luminosa multiuso con polea al otro extremo del carril.

6. Sujetar el hilo en el portahilo del movil y pasar sobre la polea de la barrera

luminosa.

7. Tomar una o varias masas de 1 [g] y suspenderlas en el hilo.

8. Fijar el plato colector con su soporte al tornillo de fijacion del carril.

9. Conectar la barrera luminosa multiuso con el cable de union de 6 polos al timer

S, y el timer al sensor-cassy.

10. Conectar el sensor cassy a la computadora con el cable USB .

11. En la computadora4: abrir el software Cassy y habilitar la entrada E; ir a ajustes

Sensor cassy-2 Entrada A1 (Timer S, 524074) y hacer clic en Fuente S1 = 14Dentro la configuracion del software, en este caso el intervalo es el tiempo de muestra a muestra

que se desea tomar.

27


y en Recorrido SA1 (E s = 1mm), seguidamente configurar para:

Recorrido Fuente

Colocar en cero con 0 Habilitar:Registro: Automatico Conmutar durante el registro automaticoIntervalo: 200 ms

Condicion de parada: SA1 > 0,8

12. Encender la bomba de aire al nivel 3 y hacer clic en iniciar medicion que se

encuentra en la barra menu.

INPUT B

INPUT A

220 V AC

220 V AC

PC con Cassy Lab-2

Figura 3.7: Montaje experimental del carril

3.4.5. Resultados

En la Tabla 3.3 se presentan los resultados de posiciones para diferentes tiempos.

n t[s] x[m]

1 0.0 0.000

2 0.2 0.003

3 0.4 0.015

4 0.6 0.034

5 0.8 0.058

6 1.0 0.092

28


7 1.2 0.134

8 1.4 0.190

9 1.6 0.255

10 1.8 0.305

11 2.0 0.377

12 2.2 0.458

13 2.4 0.558

14 2.6 0.642

15 2.8 0.746

Tabla 3.3: Datos de posiciones y tiempos

En la Figura 3.8 se muestra la grafica de los datos de posicion y tiempo de la

Tabla 3.3, correspondiente al movimiento del movil en MRUV.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

x [m

]

t [s]


Figura 3.8: Curva de posicion en funcion del tiempo

29

MOVIMIENTO UNIDIMENSIONALSOBRE

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