INFORME LABORATORIO FISICA.

(1)

PRACTICAS DE LABORATORIO PARA EL CURSO DE FÍSICA GENERAL

– –

SESION 2

Martha Salazar- COD 1.030.576.905 email,

Martha Salazar- COD 1.030.576.905 email, marmis.56@hotmail.commarmis.56@hotmail.com LuisLuis Alfredo Cano-COD 13.927.447 email,

Alfredo Cano-COD 13.927.447 email, chamoth32@hotmail.comchamoth32@hotmail.com DianaDiana Carolina Beltrán-COD 52.769.294 email,

Carolina Beltrán-COD 52.769.294 email, dcarito1980@hotmail.comdcarito1980@hotmail.com TomasTomas Rodríguez-COD. 79.703.365 email,

Rodríguez-COD. 79.703.365 email, thomaseulises@hotmail.comthomaseulises@hotmail.com

Abstract

In this document we present the procedures, gathered In this document we present the procedures, gathered information, analysis and conclusions of the practices information, analysis and conclusions of the practices realized in the meeting 2. There were included topics realized in the meeting 2. There were included topics of proportionality, measurement, harmonic movement of proportionality, measurement, harmonic movement and free fall between others.

and free fall between others.

1. Introducción

Este informe tiene como objeto el estudio de: Este informe tiene como objeto el estudio de:

•Comprobar la validez de la ley de Hooke utilizando

varios resortes helicoidales en su práctica, También varios resortes helicoidales en su práctica, También se aplicaran los conceptos de descomposición de un se aplicaran los conceptos de descomposición de un vector y la sumatoria de fuerzas. vector y la sumatoria de fuerzas.

•Se ira a comprobar mediante el laboratorio las leyes

del movimiento armónico simple de la misma forma del movimiento armónico simple de la misma forma se verificaran en sistema masa resorte. Se se verificaran en sistema masa resorte. Se comprobara la segunda ley de Newton.

comprobara la segunda ley de Newton.

• Adquirir una metodología de trabajo en el

laboratorio. laboratorio.

• Usar los métodos estadísticos de análisis para

discutir los resultados. discutir los resultados.

1. 1. Objetivo

Objetivo principal

principal

El objetivo de este laboratorio es relacionar la fuerza El objetivo de este laboratorio es relacionar la fuerza de la gravedad con el tiempo la forma en que varea, de la gravedad con el tiempo la forma en que varea, de la misma forma se comprueba las leyes del de la misma forma se comprueba las leyes del movimiento simple.

movimiento simple.

Y mediante la medición y la observación, y el eficiente Y mediante la medición y la observación, y el eficiente y responsable empleo de los materiales del y responsable empleo de los materiales del laboratorio, determinar la gravedad, el tiempo, la laboratorio, determinar la gravedad, el tiempo, la aceleración, la fuerza, el péndulo simple entre otros. aceleración, la fuerza, el péndulo simple entre otros.

3. Marco Teórico

La dinámica del Movimiento pendular y del La dinámica del Movimiento pendular y del Movimiento armónico simple, nos llevan a Movimiento armónico simple, nos llevan a

Concluir las dependencias funcionales entre la Concluir las dependencias funcionales entre la frecuencia o el periodo de oscilación de

frecuencia o el periodo de oscilación de

dichos sistemas en función de los parámetros del dichos sistemas en función de los parámetros del sistema. La energía es una función matemática que sistema. La energía es una función matemática que se utiliza para resolver una gran variedad de

se utiliza para resolver una gran variedad de

Problemas que por otro camino serían muy difíciles Problemas que por otro camino serían muy difíciles de resolver

de resolver

PRÁCTICA NO. 6:

PRÁCTICA NO. 6: ““

LEY DE HOOKE”LEY DE HOOKE”

Cuando se suspende de un resorte un peso (mg), la Cuando se suspende de un resorte un peso (mg), la deformación x

deformación x que sufre que sufre el resorte el resorte es directamentees directamente proporcional al valor del peso (m.g) (fuerza)

proporcional al valor del peso (m.g) (fuerza)

m .g = k. x

Donde la constante de proporcionalidad k es Donde la constante de proporcionalidad k es

k =

k = ((m. g)

((m. g) / x) (N/m

/ x) (N/m))

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

resorte en una magnitud x es:

Trabajo

Trabajo =

=

F

F dx

dx

Entonces: Entonces:

Trabajo

Trabajo = (m

= (m .g. x)

.g. x) /2

/2

Procedimiento

Materiales utilizados. Materiales utilizados.

1.

Un resorteUn resorte

2.

Un soporte universalUn soporte universal

3.

Un sensorUn sensor

Fig. 1.

Fig. 1. Montaje Práctica 6. Montaje Práctica 6.

Cuelgue el resorte en el sensor (Newton sensor). Cuelgue el resorte en el sensor (Newton sensor). Conecte el otro extremo del resorte y fíjelo a la base Conecte el otro extremo del resorte y fíjelo a la base deslizante, a través del sensor de movimiento deslizante, a través del sensor de movimiento -realice las conexiones eléctricas de acuerdo con la realice las conexiones eléctricas de acuerdo con la figura. Inicie el software Measure, y fije los figura. Inicie el software Measure, y fije los parámetros de medida.

parámetros de medida.

1. 1. Encuentre la

Encuentre la constante de p

constante de proporcionalidad

roporcionalidad de

de

cada resorte e indique sus

cada resorte e indique sus unidades.

unidades.

K = F / X

Constante de Proporcionalidad

Resorte 1 = 0,12/0.2 Resorte 1 = 0,12/0.2

= 0,6

N/m.N/m. Resorte 2 = 1.77/0.2 Resorte 2 = 1.77/0.2

= 8.85

N/m.N/m.

2. 2. Realice las

Realice las gráficas d

gráficas de fuerza

e fuerza en

en función

función del

del

desplazamiento para cada uno de los resortes

desplazamiento para cada uno de los resortes yy

(2)

explique el significado que tiene la pendiente de la

recta obtenida?

La práctica se realizó, obteniendo los siguientes datos:

RESORTE 1

Fuerza (N)

0,00 0,12

S(m)

0,00 0,362

Tabla 1. Datos Obtenidos Resorte 1

Gr áfi c a 1. Datos Obtenidos Resorte 1

RESORTE 2

Fuerza (N)

0,00

1,77

S(m)

0,00

0,655

Tabla 2. Datos Obtenidos Resorte 2.

Gr áfi c a 2. Datos Obtenidos Resorte 2 . Claramente se puede ver en la grafica, que cuya pendiente es una recta constante a mayor desplazamiento mayor fuerza, por lo que se puede concluir que son directamente proporcionales.

3. Determine el valor de la energía potencial

elástica en cada uno de los casos.

Datos para el resorte 1.

( 120 J

Datos para el resorte 2.

( 1.77 J

4. Haga un análisis de la prueba y sus resultados.

Cuando una fuerza externa actúa sobre un material causa un esfuerzo o tensión en el interior del material que provoca la deformación del mismo. Entre ellos los metales y los minerales, la deformación es directamente proporcional al esfuerzo.

Ya que se dan en todo proceso de medición, pude comprender que la longitud alcanzada por el resorte y el peso colocado son magnitudes directamente proporcionales; el gráfico obtenido es una recta en coordenadas cartesianas.

5. Conclusiones.

Esta ley valida solamente cuando los esfuerzos y deformaciones son inferiores a ciertos valores que definen el límite de elasticidad del material, cuando el material llega al límite de elasticidad el cuerpo se deforma, y si no se devuelve a su forma inicial su deformación es permanente.

Para deformar un cuerpo es necesario aplicar fuerzas con lo cual se realiza un trabajo durante el proceso de deformación.

2. Práctica 7.Sistemas en equilibrio.

En esta práctica se pretende aplicar los conceptos de descomposición de un vector y sumatoria de fuerzas.

3. Materiales

-Dos soportes universales. - Dos poleas.

- Juego de pesas. - Una cuerda. - Un transportador.



Procedimiento

(3)

1. Tome varias pesas y asígneles el valor

M3

2. Como se indica en el dibujo, encuentre dos masas

M1

y

M2

que equilibren el sistema. El equilibrio del sistema está determinado por

los ángulos de las cuerdas con la horizontal α

y β Tome dos posiciones diferentes para la

misma masa

M3

y dibuje los diagramas de fuerzas; escriba los datos obtenidos en la tabla 2, sistema 1.

3. Repita los pasos 1 y 2 con diferentes

valores para

M1, M2 y M3

y complete la tabla 2, sistemas 2 y 3. Tenga en cuenta que en EL

sistema 3, el valor de α es diferente al de β

M1

M2 M3

β α

SISTEMA1

25g 50g 30g 122° 66°

SISTEMA2

50g 70g 30g 113° 56°

SISTEMA3

35g 75g 50g 116° 70° 1. Realice el diagrama de cuerpo libre para las fuerzas en cada sistema.

2. Realice el análisis matemático y encuentre el valor de F1, F2 y F3

Sistema1, Sistema 2, Sistema 3 M1=25g, 30g, 50g

M2=30g, 50g, 70g M3=35g, 50g, 75g

Beta grados=

113°,116°,122°

Alfa grados=

56°,66°,70°

Se remplazan valores para ambas ecuaciones, haciendo la descomposición de T1.

∑F=T1x

-T3=0

∑F=T1y

-T2=0

Se remplazan valores para ambas ecuaciones haciendo la descomposición de T1 en cada uno de los ejes:

T1Cos 122°-T3=0

T1Sen122°-100N=0

Despejando la ecuación (2) se obtiene el valor de T1

T1= =250 T1=250N

T1= =-111 T1=-111N

T1= =500 T1=500N

Se remplaza T1en la ecuación (1) para determinar el valor de T2 T3=T1Cos122° T3=T1Cos113° T3=250N Cos122° T3=-111NCos113° T3=250N (0.8) T3=-111N (0.9) T3=50N T3=-99N T3=T1Cos116° T3=500N Cos116° T3=500N (-0,9) T3=-450N T2=T1Cos122° T2=T1Cos122° T2=100N Cos122° T2=100NCos122° T2=100N (0.8) T2=100N (0.9) T2=80N T2=90N T2=T1Cos122° T2=100N Cos122° T2=100N (-0.9) T2=-90N

3. Demuestre que el sistema está en equilibrio Sistema1:

T2 cos113° -T1 cos122º

0.9N (-0.8) -0.9 (-0.8) =0.72

–

0.72=0 T1 Sen122°+T2 Sen113° - T3Sen116= 0.4 (-0.09) + 0.2 (-0.9) (0.4) +0,2

0.236+0.236=0

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

necesaria una sola de estas condiciones?

*U n a p a r t í c u l a o u n s ó l i d o r í g i d o e s t á e n e q u i l i b r i o d e traslación cuando: la suma de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo es cero.

L(M) 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 T(s) 19,71 19,60 18,36 17,06 15,86 14,38 12,53 11,01 9,03

(4)

* un solido rígido esta en equilibrio de rotación si la suma de momentos sobre el cuerpo es 0

5. realice las conclusiones respectivas sobre la

práctica.

*

un sistema mecánico esta en equilibrio cuando las fuerzas netas se anulan, manteniéndose en una condición estática y de reposo.

Un sistema se mantiene en equilibrio si las fuerzas que actúan sobre el tienen la misma magnitud y están en sentido contrario.

Practica. 8 Movimiento Armónico Simple

Un péndulo consta de una esfera de masa m sujeta a una cuerda ligera de longitud l. Comunicando al péndulo la energía adecuada se produce un movimiento de carácter periódico.

1. Un soporte universal 2. Una cuerda

3. Una masa 4. Un cronómetro

1. ¿Por qué se debe poner a oscilar el péndulo teniendo cuidado que el ángulo máximo de la oscilación no sobrepase los 25°?

El problema del péndulo pesado, simple o compuesto, sólo es asimilable a un oscilador armónico a

condición de que su amplitud angular sea “pequeña”.

Péndulo pesado simple :

Em = Ep + Ec = m.g.h + m.V²/2 = cste > m.g.L.(1 - Cos

θ

) + m.L².(d

θ

/dt)²/2 = cste > g.(d

θ

/dt).sin

θ

+ L.(d

θ

/dt).(d²

θ

/dt²) = 0

θ

<< 1 rad ----> sin

θ

≃

θ

d

θ

/dt ≢₀ > g.

θ

+ L.(d²

θ

/dt²) = 0

De la ecuación diferencial del oscilador armónico que se escribe

d²X/dt² +

ω

².X = 0

se extrae naturalmente la pulsación

ω

² = g/L y el período

T = 2

π

/

ω

= 2

π.√(L/g)

2

. ¿Por qué no es conveniente medir directamente el tiempo de una oscilación en vez de medir el tiempo de 10 oscilaciones?

Si mides sólo una oscilación, el error de medida afectará la única medida que tienes.

Si mides 10 y haces un promedio, es como si aguzaras la medida.

Si mides 100, y haces el promedio del tiempo, es aún menor el peso del error de medida.

3.

Realice una gráfica del periodo en función de la longitud e indique qué tipo de función se obtiene. Realice el análisis respectivo de la misma.

Porque la función es lineal y el tiempo directamente proporcional a la longitud.

4. Calcule la constante de proporcionalidad e indique sus unidades.

Se identificó la proporcionalidad directa y Aprendizaje de este al poder observar las Pruebas en el

laboratorio, según la gráfica es

directamente proporcional a la longitud

5.

_{¿Qué se puede concluir acerca de la dependencia}

del periodo de un péndulo con respecto a la masa?

Que cuando los cuerpos son de masa pequeña las oscilaciones son rápidas, lo contrario ocurre con cuerpos de masa grande.

6. conclusiones

*

se comprobó que el movimiento de un péndulo es armónico simple, viendo el vaivén de un cuerpo que oscila de un lado a otro, en una dirección

determinada y en intervalo de tiempo iguales.

Practica .9 Sistema de Resorte y Masa

TITULO: Sistema Masa_– Resorte

M (kg)

100 150 170 200 240

T (s) 0.7 0.9 1 1.1 1.2

(5)

INFORME

1. Establezca la k promediando los valores obtenidos.

2. Determine las unidades de k

La constante k se expresa por la fuerza que produce la deformación del cuerpo entre la elongación que sufre el mismo por la actuación de esta fuerza.

3. Grafique m vs T y realice el análisis respectivo.

Fig.1 practica 9

Analisis: a medida que la masa aumenta el periodo T aumenta

Se puede concluir que la relación masa periodo es directamente proporcional.

4. Analice el efecto producido al sistema masa-resorte por una fuerza externa. Explique.

Se aplica una fuerza externa para contrarrestar la fuerza del resorte y con esta generar las oscilaciones para calcular el periodo.

5. Analice los factores de los que depende la constante de elasticidad de un resorte.

La constante de elasticidad K depende de la longitud del muelle y su constitución, principalmente de la naturaleza del material, de su resistencia a la deformación y del debilitamiento del material al ser alargado.

6. Realice el análisis de la práctica y de sus resultados.

Cada vez que se le colocaba peso al resorte el periodo aumentaba como se puede ver en la tabla y en la grafica.

7. Conclusiones

Se verifican las leyes de m.a.s Comprobamos las leyes de Hooke

Evidenciamos que el periodo aumenta si la masa aumenta.

Conclusiones.

 Al recopilar los datos en el laboratorio y luego de ello con ayuda de lo referenciado anteriormente en la parte teórica se propende presentar un informe de una buena calidad y adjunto a éste poder afirmar que se comprendió a cabalidad el tema y que podemos así aplicar los conocimientos en nuestra vida profesional.

 Al realizar la práctica podemos concluir que para el equilibrio de fuerzas hay que entender la descomposición de un vector en sus componentes mostrar todas las fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo y demostrar que el sistema implementado en la practica se encuentra en equilibrio.

 Con este laboratorio podemos evidenciar de una forma práctica lo aprendido en clase y así poder comprenderlo mejor.

8. Agradecimientos

Por último agradecer a la Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD permitir usar sus guías