UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE PANAMCENTTRO REGIONAL DE CHIRIQUI

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

Carrera: Licenciatura en Ingeniera Civil

Grupo: 2IC112

Proyecto de Laboratorio de Fsica I (Mecanica)

Nombre del proyecto:AL-KAEDA

Realizado por los estudiantes:Carmen Arauz 4-774-1862Chris Arauz 4-770-1973Jessica Caballero 4-776-216Nelson Elizondo 4-793-38Yolma Gonzales 4-791-1214

Profesor: Hctor Miranda

II Semestre

2013

OBJETIVO

Aplicar los conceptos de Mecnica relacionados con Fsica I (Cinemtica y Dinmica) a travs del diseo, construccin y sustentacin de un dispositivo mvil dotado de un sistema de lanzamiento-captura que proyecte una esfera verticalmente, capturndola, mientras se desplaza a velocidad constante.

1. MARCO TEORICO

Cinemtica

La cinemtica (del griego , kineo, movimiento) es la rama de la fsica que estudia las leyes del movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que lo originan (las fuerzas) y se limita, esencialmente, al estudio de la trayectoria en funcin del tiempo. La aceleracin es el ritmo con el que cambia la velocidad. La velocidad y la aceleracin son las dos principales magnitudes que describen cmo cambia la posicin en funcin del tiempo.

Movimiento rectilneo

Movimiento rectilneo uniformeEn este movimiento la velocidad permanece constante y no hay una variacin de la aceleracin (a) en el transcurso del tiempo. Esto corresponde al movimiento de un objeto lanzado en el espacio fuera de toda interaccin, o al movimiento de un objeto que se desliza sin friccin. Siendo la velocidad v constante, la posicin variar linealmente respecto del tiempo, segn la ecuacin:

donde x0 es la posicin inicial del mvil respecto al centro de coordenadas, es decir para t=0.Si x0=0 la ecuacin anterior corresponde a una recta que pasa por el origen, en una representacin grfica de la funcin x(t).

Cada libre

En fsica, se denomina cada libre al movimiento de un cuerpo bajo la accin exclusiva de un campo gravitatorio. Esta definicin formal excluye a todas las cadas reales influenciadas en mayor o menor medida por la resistencia aerodinmica del aire, as como a cualquier otra que tenga lugar en el seno de un fluido; sin embargo es frecuente tambin referirse coloquialmente a stas como cadas libres, aunque los efectos de la viscosidad del medio no sean por lo general despreciables.El concepto es aplicable tambin a objetos en movimiento vertical ascendente sometidos a la accin desaceleradora de la gravedad, como un disparo vertical; o a satlites en rbita alrededor de la Tierra o de cualquier otro cuerpo celeste. Otros sucesos referidos tambin como cada libre lo constituyen las trayectorias geodsicas en el espacio-tiempo descritas en la teora de la relatividad generalEjemplos de cada libre deportiva los encontramos en actividades basadas en dejarse caer una persona a travs de la atmsfera sin sustentacin alar ni de paracadas durante un cierto trayecto.Casos de cada libre:

En la primera imagen se muestra cuando un cuerpo es soltaso, y la segunda es cuando un cuerpo es lanzado hacia abajo.

Movimiento parablico

Se denomina movimiento parablico al realizado por un objeto cuya trayectoria describe una parbola. Se corresponde con la trayectoria ideal de un proyectil que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que est sujeto a un campo gravitatorio uniforme.Puede ser analizado como la composicin de dos movimientos rectilneos: un movimiento rectilneo uniforme horizontal y un movimiento rectilneo uniformemente acelerado vertical.

Movimiento parablico (completo)El movimiento parablico completo se puede considerar como la composicin de un avance horizontal rectilneo uniforme y un lanzamiento vertical hacia arriba, que es un movimiento rectilneo uniformemente acelerado hacia abajo (MRUA) por la accin de la gravedad.En condiciones ideales de resistencia al avance nulo y campo gravitatorio uniforme, lo anterior implica que:1. Un cuerpo que se deja caer libremente y otro que es lanzado horizontalmente desde la misma altura tardan lo mismo en llegar al suelo.2. La independencia de la masa en la cada libre y el lanzamiento vertical es igual de vlida en los movimientos parablicos.3. Un cuerpo lanzado verticalmente hacia arriba y otro parablicamente completo que alcance la misma altura tarda lo mismo en caer.

2. DESCRIPCION EXPERIMENTAL

2.1 Diseo del sistema mvil- plataforma- esfera

Dimensiones y masa del mvil

Sistema mvil- lanzadorAlto (cm)Ancho (cm)Largo (cm)

352128

CanastaDimetro (cm)Alto (cm)

147

MvilAlto (cm)Ancho (cm)Largo (cm)

10.51226

Dispositivo de lanzamientoDimetro (cm)Alto (cm)

14.817.5

Materiales de elaboracin del proyecto Mvil parte inferior de camin de juguete Caterpillar de bateras (eliminamos el vagn del dispositivo). Base de plataforma de dispositivo de tiro Lmina de aluminio corrugada atornillada al camin (28cm x 21cm). Dispositivo disparador tubo de PVC de 2, calibre 40. Soporte interno del dispositivo disparador 3 pernos sujetados con dos arandelas, una en la parte inferior y otra en la superior. Accionador del disparador cierre central del seguro de autos de 12V Soporte de accionador de disparador lamina de aluminio calibre 16 (doblada formando un ngulo recto) Mecanismo disparador resorte (9 cm de alto; 1 cm de dimetro) Canasta embudo (15 cm de dimetro) Gatillo de disparador alambre de acero Botn disparador pulsador y batera de 9V Adhesivos varios tape para ductos y tape elctrico Varios cables; tornillos y tuercas de distintos tamaos; sunchos. Herramientas destornilladores (estrellas y plano), llave ajustable, pinza, peladora de cable, soldadora de estao, estao, nivel, segueta, taladro, lima, brocas.2.2 Procedimiento seguido para la construccin del mvil

Los pasos para realizar este proyecto fueron los siguientes:

Dispositivo mvil Luego de encontrar un carrito que tuviera un velocidad baja, para facilitarnos las pruebas en las diversas etapas. Cabe destacar que no cambiamos el sistema del carrito, este mantuvo la misma velocidad que trajo de fbrica. Pasamos a desarmarlo de tal manera que no tuviera el vagn. Procedimos a cortar una lmina de aluminio corrugada con las medidas anteriormente dadas. Perforamos con un taladro el carro para poder introducir los tornillos para sujetar la lmina de aluminio corrugado. A la vez tambin perforamos la lmina para poder colocar el soporte central en el cual se encuentra el resorte, y tambin colocar los tres pernos. Despus de tener la plataforma armada procedimos a nivelarla.

Disparador Introducimos el soporte central junto a los tres pernos y los ajustamos con arandelas de manera que quedaran sujetados a la lmina. Introducimos dos arandelas una en la parte inferior de este soporte armado y otra en la parte superior. Cada una de ellas con tuercas. Procedimos a cortar el tubo de PVC 21 cm de alto, y a la vez tambin le perforamos una rajadura vertical de un alto de 12 cm, el mismo tendr dos aberturas horizontales en el cual reposa el gatillo del disparador del dispositivo. Estas aberturas son paralelas. Colocamos el resorte principal dentro del tubo central de soporte, este es el que brinda la fuerza principal de impulsar la bolita. Introducimos un pequeo tubo que es el cual soportara la bolita, el mismo tiene un borde ms grande en su parte inferior. En este tubo colocamos el cable que funciona como gatillo del disparador, este cable lo doblamos de manera En el exterior de este tubo colocamos otro resorte de manera que cuando el tubo va impulsado con el resorte no golpee fuertemente la arandela superior, y as no afecte el correcto funcionamiento del dispositivo.

Canasta Cortamos la parte inferior del embudo de plstico de tal maneja que este quedara justo en el adaptador de PVC de 2, Con una correa metlica sujetamos el embudo al adaptador de manera que no queden fijos. Dentro del embudo colocamos tape de ductos de manera que cuando la esfera caiga la cinta adhesiva amortige el golpe y esta no rebote.

Accionador del disparador Con una lmina de aluminio calibre 16 la doblamos de tal manera que formo un ngulo recto, y este nos sirvi como soporte del accionador del disparador. A esta la perforamos de manera que se pueda atornillar el accionador. Un cierre central de seguro de autos el cual tiene un mecanismo que empuja hacia o hacia atrs, utilizamos este como accionador con el mecanismo que empuja. Una vez atornillado al soporte le colocamos cables a los lados positivo y negativo de manera que fueran ms largo y fcil para encenderlo. Soldamos con estao loso cables a los polos positivo y negativo de una batera alcalina de 9V. En otro extremo del cable lo conectamos al pulsador, el cual es un botn que permite que el dispositivo se accione al presionarlo. Todos estos cables fueron unidos con cinta adhesiva elctrica.

3. RESULTADOS Y ANALISIS

3.1 Graficas

Utilizando el programa Tracker analizamos la primera etapa y obtuvimos los siguientes resultados.

txyVxVy

0.133.105.48

0.203.2213.461.79108.99

0.273.3420.014.47117.03

0.333.8129.064.47100.05

0.403.9333.352.6863.43

0.474.1737.522.6852.71

0.534.2940.380.8933.95

0.604.2942.051.7912.51

0.674.5342.052.68-25.91

0.734.6538.591.79-45.56

0.804.7635.973.57-52.71

0.875.1231.561.79-92.91

0.935.0023.580.00-119.71

1.005.1215.600.00-97.37

1.075.0010.60-7.15-88.44

1.134.173.81

De ambas grficas de velocidad para este primer tiro, podemos deducir que se comporta como un tiro parablico a pesar del hecho que el tiro se hace a 90. Una de las razones para que se de este fenmeno es que el aire o algunas fuerzas exgenas al sistema lo afecta directa o indirectamente.Tambin podemos apreciar que las grficas no son exactas esto se debe a que al analizar el video la bolita es pequea y al programa le cuesta ms analizarla.

Nuevamente utilizando Tracker analizamos la segunda etapa del proyecto y obtuvimos los siguientes datos.

txyVxVy

0.004.841.14

0.047.404.7064.0794.32

0.089.978.6865.8588.98

0.1212.6711.8262.2972.96

0.1614.9514.5244.4951.61

0.2016.2315.9553.3944.49

0.2419.2218.0876.5255.17

0.2822.3520.3658.7333.81

0.3223.9220.7946.2710.68

0.3626.0521.2153.39-10.68

0.4028.1919.9339.15-33.81

0.4429.1918.5139.15-40.93

0.4831.3216.6642.71-42.71

0.5232.6015.0942.71-48.05

0.5634.7412.8135.59-64.07

0.6035.459.9740.93-96.10

0.6438.015.1344.49-110.34

0.6839.011.14

y = 50.259x + 6.5848R = 0.9899

Esta grafica nos indica la posicin vs tiempo de el del carrito, mediante esta tambin podemos ver que existe una relacin directamente proporcional esto se debe a que el carrito viaja a velocidad constante.

Este grafico nos muestra la posicin de la bolita a lo largo del eje y, nos muestra una parbola ya que a pesar de ser lanzado en lnea recta hacia arriba l se mueve a velocidad constante y esto hace que experimente un movimiento parablico.3.2 Resultados de la competencia

En la competencia nuestro grupo logro pasar con xito las dos primeras etapas del proyecto. Clasificamos a la tercera etapa pero debido a que las reglas fueron modificadas en el momento solo tuvimos la oportunidad de hacer un lanzamiento, y en ella debido a que l tuvo de pvc se alz al accionar el sistema el cierre central de seguro de automvil no llego al gatillo y por este motivo no pudimos hacer el lanzamiento.

3.3 Causas de error del diseo y ejecucin Nuestro dispositivo no presentaba tantos errores a la hora de llevar a cabo su funcionamiento. Solo que muchas veces al realizar los lanzamientos el dispositivo disparador se desnivelaba y esto causaba que la bolita se desviara y no callera en la canasta.Otro problema que encontramos es que el lugar donde se colocaba la bolita era muy pequeo y no le daba tanto soporte a la hora que se realizaban los disparos cuando el carrito estaba en movimientoA la vez tambin a la hora de ajustar el mecanismo para que la bolita subiera a un metro, nuestro mecanismo era subir el tubo y el disparador de manera que el resorte quedara menos tensionado, y as realizar un disparo ms suave. Esto causaba que el tubo de PVC quedara flojo y muchas veces se subiera ms de lo que deba y esto causaba que no se pudiera llevar a cabo el disparo. Este error fue el que nos impidi ganar la competencia de carritos.

4. RECOMENDACIONES

A lo largo de la elaboracin del proyecto nos fuimos encontrando diferentes percances en cada una de sus partes, entre las que podemos resaltar: Alcanzar una velocidad baja y mantenerla constante, estoy fue logrado con la ayuda de resistencias para disminuir la potencia del motor. El lanzador del proyectil debi ser no muy largo, debido a la altura mxima permitida en la competencia. La seleccin del tipo de gatillo que se usara en el lanzador del proyectil. Tomar puntos der referencia en la potencia del lanzador del proyectil ya que el da del competencia los jueces de finirn la altura que el proyectil deber alcanzar. Se debe trabajar en buena coordinacin del grupo para lograr hacer todo dentro del tiempo reglamentario. Cuando se empiece a trabajar la plataforma y la base del dispositivo, procura que vaya todo a nivel, de lo contrario afectara la experiencia. La velocidad de tu carro no debe ser muy rpida, por lo que tu batera o fuente de empuje debe ser un poco lenta, dependiendo el espacio que en que quieras cumplir cada etapa. La superficie donde realices tus pruebas debe ser bien nivelada y muy lisa. Haz uso de pelotas de diferentes pesos, dependiendo el alcance que deseas y la fuerza con que lance tu mvil. No ajustes el spring, sin tener ya las medidas exactas para que tu mvil realice las tres etapas con el alcance necesario. El entorno debe ser calmado, ya que si se presenta mucho viento afectara tu prueba. Si vas a utilizar carriles prueba que tu mvil no tenga roce que lo frene con la superficie sino la velocidad de tu mvil variara, y no conseguirs los objetivos.

5. COLABORADORES DEL PROYECTO

En nuestro proyecto contamos con el asesoramiento del Ing. Nicanor Caballero que fue el que nos ayud a perfeccionar nuestras ideas acerca del mecanismo para hacer que nuestro proyecto cumpliera con los objetivos planteados.

Tambin con tamos con la ayuda del Sr. Edwin Pitty el cual se dedica trabajos de soldadura.

6. CONCLUSIONESEn este proyecto cumplimos con nuestras expectativas porque el trabajo en equipo fue la parte principal de todo, empezando por las ideas que cada uno iba aportando basado en las investigaciones que cada uno hiso por su lado; pero a pesar de que hubo partes difciles y se lleg hasta la ltima etapa.Nelson ElizondoEl movimiento es un cambio de posicin, en la elaboracin de este proyecto mvil logramos que hiciera diferentes tipos de movimientos que hemos visto en clases y la velocidad constante influyo en cada una de las partes de la prueba, apreciamos que un proyectil produce un movimiento en el cual alcanza en un tiempo determinado una altura mxima donde su pendiente y velocidad es igual a cero; en este instante se produce un cambio en la direccin de su movimiento y desciende a la misma velocidad pero negativa debido a la fuerza ejercida por la gravedad sobre dicho cuerpo y su desplazamiento total es dos veces su altura mxima. Chris ArauzPodemos decir que el movimiento vertical se convierte en una simple cada libre de un objeto como ya hemos estudiado en el aula de clasesPor medio de los resultado del trabajo se puede concluir que para que un movimiento parablico se pueda realizar exitosamente, se debe de mantener un ambiente estable para lograr los resultados que realmente se estn buscando, por lo que la ubicacin y el estado de los elementos que se estn utilizando entran a jugar un papel muy importante, y as, de esta forma, podremos obtener el resultado esperado.Carmen ArauzEl desarrollo del mvil fue bueno, pudimos observar como el esfuerzo puesto a la construccin de todo el sistema dio buen resultado, aunque el resorte dio problemas en la segunda etapa ya que no se disparo como lo esperado segn los ensayos, ya que debi haber un roce dentro del sistema de resorte.Cada parte, conllevaba cada ajuste al sistema todo esto llevo tiempo, fue dificultoso cortar cada material, fundir cada cable a la batera, ajustar cada tuerca al sistema, ajustar el resorte en una posicin nivelada con la plataforma y que quedara firme para que no se moviera, ya que caa muchas veces en el mismo lugar de empuje, y provocaba que se moviera un poco, pero cada lanzamiento ensayado y muy practicado nos dio buen resultado.Yolma GonzalezDe este proyecto aprendimos muchas cosas. Es importante reconocer que una vez puesto en prctica los conocimientos adquiridos en clase, es ms fcil comprender cada uno de los movimientos. A pesar de pensar al inicio que el tiro deba llevar ngulo porque solo era un tiro parablico comn, al final terminamos comprendiendo que era un movimiento relativo y que el ngulo de tiro lo estableca la velocidad con la que iba el mvil en la parte de abajo. Tambin aprendimos cmo hacer conexiones elctricas, cmo soldar con estao, ya que varios dentro del grupo no lo habamos hecho nunca, a reconocer que hay varias clases de motores y por supuesto a aplicar por nuestro ingenio los estudios de la fsica.No solo aprendimos de la teora sino tambin de la parte emocional que involucraba nuestro proyecto, la cual se basaba en trabajar como un equipo, en perseverar y creer que si nos esforzamos bastante podemos conseguir las cosas y al final salir con xito.Jessica Caballero

7. REFERENCIAS

Utilizamos nuestros conocimientos y creatividad para la elaboracin de nuestro mvil, y algunos tips para el diseo de un sistema de tiro ideal para efectuar lanzamientos de proyectiles a 90 con respecto a la horizontal y posible forma para darle a nuestro mvil una velocidad constante para disminuir la probabilidad de error en nuestros lanzamientos.

Tambin utilizamos conocimientos aprendidos en clase acerca de el comportamiento de un cuerpo en movimiento que se desplaza a velocidad constante; y el anlisis de movimiento de proyectiles

Utilizamos fuentes informativas como el libro de Fsica Universitaria-Sears-Zemansky-12Ed para analizar mediante frmulas detalles en nuestro proyecto como la altura mxima que debera alcanzar nuestro mvil, el desplazamiento que debera efectuar para poder realizar este movimiento de forma eficaz, en donde deberamos ubicar nuestro aro para que al momento que el mvil pasara y disparara el proyectil este pasara lo ms cercano posible al centro del aro ubicado a la altura especificada en la gua del proyecto. Tambin empleamos el programa TRACKER para analizar experimentalmente los datos ya mencionados y al obtener los datos que este nos proporciono utilizamos Microsoft Office Excel 2007 para el anlisis estadstico de nuestro movimiento mediante las graficas y sus ecuaciones como practicamos anteriormente en el laboratorio de clases.

YOUNG, Hugh; FREEDMAN, Roger; ZEMANSKY. Fsica Universitaria. Volumen 1. 12 edicin. Captulos 2 y 3. PEARSON educacin. Mxico. 2009. 760 pginas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_elasticidad_de_Hooke. 26-10-12. Timoshenko, Stephen; Godier J.N.. McGraw-Hill. ed. Theory of elasticity.

http://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_relativo. 29-08-2012. Resnick, Robert & Halliday, David (2004) (en espaol). Fsica 4. CECSA, Mxico.

http://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_parab%C3%B3lico. 17-10-12.