CURSO ACADEMICO: FISICA GENERAL TRABAJO COLABORATIVO No.1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ECUELA D CIENCIAS AGRARIAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE LA DORADA CALDAS 2011 Introducción Con el presente trabajo se busca realizar las diferentes prácticas de laboratorio y poner en práctica los conceptos aprendidos durante el curso, buscando entender por medio de experimentos concretos las diferentes formas en que actúan la física en cada situación, comprobando las fuerzas, vectores, propiedades de la cinemática, sistemas de equilibrio. Objetivos * Entender la proporcionalidad directa entre diferentes magnitudes. * Aprender a manejar los instrumentos de medición que se utilizan en el laboratorio y en algunas empresas para la medida de longitudes. * Aprender a manejar los instrumentos de medición que se utilizan en el laboratorio y en algunas empresas para la medida de longitudes. * Comprobar algunas de las leyes de la cinemática. * Verificar la equivalencia entre trabajo y energía. * Aplicar los conceptos de descomposición de un vector y sumatoria de fuerzas. PRIMERA PRÁCTICA: Proporcionalidad directa. TITULO: Proporcionalidad Directa e Inversa OBJETIVO: Comprobar la relación de proporcionalidad entre diferentes magnitudes. PROBLEMA: En los estudios que usted ha tenido sobre proporcionalidad, se encuentra con una variable dependiente y otras independientes. En la medición de un líquido ¿Cuáles serían éstas? ¿Cuál sería la constante de proporcionalidad? 20 ml. Rta/ m0: 118g 4) Vierta 10 ml. PROCEDIMIENTO: 1) Identifique los objetos que usará en la práctica. papel milimetrado. Determine la variable dependiente Rta/: Masa del liquido = Masa total – Masa de la probeta 5) Calcule la masa del líquido ML sin la probeta para cada medición. Rta/. la cual utilizamos para medir el pesode varios elementos. como lo son: probeta. Registre estos resultados en la siguiente tabla REGISTRO DE DATOS DE EXPERIENCIA V(ml) | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | MT(g) | 126 | 136 | 146 | 156 | 166 | 176 | 186 | 196 | 206 | 216 | ML(g) | 18 | 28 | 38 | 48 | 58 | 68 | 78 | 88 | 98 | 108 | . vaso. hasta llegar a 100 ml. balanza. 2) Calibre el cero de la balanza. Determine correctamente cuál es la variable independiente Rta/ volumen de liquido b. 30 ml. de líquido en la probeta y determine en cada caso la masa de la probeta más el líquido MT 10 ml 118 + 18 g = 126g 20 ml 118 + 28 g = 136g 30ml 118 + 38 g = 146g 40 ml 118 + 48 g = 156g 50 ml 118 + 58 g = 166g 60 ml 118 + 68 g = 176g 70 ml 118 + 78 g = 186g 80 ml 118 + 88 g = 196g 90 ml 118 + 98 g = 206g 100 ml 118 + 108 g = 216g a. la balanza es sensible a cualquier mínimo peso.MATERIALES: * Una probeta graduada de 100 ml * Un vaso plástico * Balanza * Agua * Papel milimetrado. Se hizo el reconocimiento de cada uno de los materiales ha utilizar en la práctica. Que es una balanza? Es una herramienta de laboratorio. Defina que es una balanza. 3) Determine la masa de la probeta y tome este valor como m0. agua. por lo cual nos arroja resultados precisos y su objetivo es determinar la masa de una sustancia o pesar una cierta cantidad de la misma. 08 INFORME 1) Analice las causas ambientales que pueden influir en la densidad de un líquido (Ejemplo: temperatura.1 D = 98 / 90 = 1. Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura. sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). etc. un gas hipotético formado por partículas puntuales.4 D = 38 / 30 = 1. Empíricamente.16 D = 68 / 60 = 1.08 D = 108 / 100 = 1. la presión y el volumen que dan lugar a la ley de los gases ideales.8 D = 28 / 20 = 1.13 D = 78 / 70 = 1. deducida por primera vez por Émile Clapeyron en 1834. LEY DE LOS GASES IDEALES La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal. LA LEY DE OHM Establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo". La densidad de una sustancia varía cuando cambian la presión o la temperatura. 2) Describa otras tres leyes de la naturaleza en las cuales la relación entre las magnitudes sea de proporcionalidad directa. 7.26 D = 48 / 40 = 1. Calcule la constante de proporcionalidad. por otro parte cuando la presión aumenta la densidad del material también aumenta. Trace una gráfica masa-líquido Vs Volumen.6.11 D = 88 / 80 = 1. se observan una serie de relaciones entre la temperatura. Rta/ La densidad de una sustancia está dada por la cantidad de masa contenida en cierto volumen. se puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación: V = i • R. Cuando afectan causas ambientales como la temperatura la densidad del objeto se ve afectada inversamente proporcional. LA ECUACIÓN DE ESTADO . al aumentar la temperatura la densidad disminuye (solo si la presión permanece constante).).2 D = 58 / 50 = 1. presión. D=m/v D = 18 / 10 = 1. Realice un análisis de la prueba y sus resultados. y volumen. Los cuales son afectados por las leyes físicas como la fuerza de gravedad y otras leyes fijas que están presentes en todo el universo. esta realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo. a menos que actúe sobre él una fuerza que le obligue a cambiar dicho estado. cambiando la velocidad en módulo o dirección. Es muy importante poner toda la atención posible en cada instrucción y hacer específicamente lo que dicta el procedimiento para que las mediciones sean correctas. En este caso. 3. La tercera ley expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo. Se realizó un ejercicio sencillo. en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. Segunda Ley de Newton o Ley de Fuerza El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. T = Temperatura absoluta LAS LEYES DE NEWTON Las leyes de Newton son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de de los problemas planteados por la dinámica. Fnet = d (mv) Dt Tercera Ley de Newton o Ley de acción y reacción Toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea. Tales mediciones y la utilización correcta de las magnitudes y unidades de medida logrando el resultado esperado. masa. . La segunda ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento actúa una fuerza. Primera Ley de Newton o Principio de Inercia Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser en tanto que sea obligado por fuerzas impresas a cambiar su estado. En él se vieron implicadas medidas de longitud. el volumen. la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es: Donde: P = Presión V = Volumen n= Moles de Gas. La primera ley específica que todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme. Se pretendió lograr probar la aplicación práctica de dicho conocimiento y además aprender a medir los efectos físicos en los elementos de la naturaleza.La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión. la fuera modificará el movimiento. En este primer laboratorio se observó cómo se presenta la proporcionalidad directa e inversa en la naturaleza. las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en direcciones opuestas. R = Constante universal de los gases ideales. lentes. 5) Complete la siguiente tabla: En nuestra práctica comenzaremos usando una arandela o tuerca para medir su longitud por dentro y por fuera. etc. con todas sus cifras.16cm por dentro 3. PROBLEMA En todos los laboratorios de física se utilizan instrumentos para realizar mediciones.02cm | 3. etc.) e indique sobre el dibujo los resultados de las medidas de sus dimensiones (cada medida debe realizarse al menos tres veces y se tomará el valor medio de todas ellas). lámina. 2) Determine y registre cual es la precisión del aparato.16cm | 1.01cm | |||| Promedio: 1.02cm por fuera. | MEDIDA 1 | MEDIDA 2 | MEDIDA 3 | POR DENTRO | 1. En que consiste la medición de longitudes?. .16cm | 1. 3) Haga un dibujo de la pieza problema (prisma.02cm | 3.16cm | POR FUERA | 3.SEGUNDA PRÁCTICA: Instrumentos De Medición TITULO: Instrumentos de Medición: Calibrador y tornillo micrométrico OBJETIVO: Aprender a manejar los instrumentos de medición que se utilizan en el laboratorio y en algunas empresas para la medida de longitudes. ¿Qué grado de precisión tienen estos instrumentos? ¿En qué área se utilizan? MATERIALES * Calibrador * Tornillo micrométrico * Materiales para medir su espesor: láminas. PROCEDIMIENTO CON CALIBRADOR 1) Identifique los objetos que usará en la práctica. 4) Calcule el volumen de la pieza. esferas. Un pequeño desplazamiento lineal del husillo corresponde a un significativo desplazamiento angular del tambor. Exactitud se refiere a cuán cerca del valor real se encuentra el valor medido. Una medida común de la variabilidad es la desviación estándar de las mediciones y la precisión se puede estimar como una función de ella. lo que convierte el movimiento giratorio del tambor en movimiento lineal del husillo. la exactitud está relacionada con el sesgo de una estimación TERCERA PRÁCTICA: Cinemática TITULO: Movimiento Uniformemente Variado OBJETIVO: Comprobar algunas de las leyes de la cinemática PROBLEMA . Cuando el husillo se desplaza una distancia igual al paso de los hilos del tornillo. En términos estadísticos. la precisión con que se puede medir una longitud será de 1/100 de milímetro. las graduaciones sobre el tambor marcan una vuelta completa. y la móvil tiene 50 divisiones. Dispositivo que mide el desplazamiento del husillo cuando este se mueve mediante el giro de un tornillo. las graduaciones alrededor de la circunferencia del tambor del orden de micras permiten leer un cambio pequeño en la posición del husillo. Conclusiones de los elementos que manipulamos Tornillo micrométrico: con este instrumento pudimos medir dimensiones muy pequeñas ya que este es capaz de medir milésimas de milímetros la usamos para longitudes menores de las que puede medir el calibrador Si en un tornillo micrométrico la escala fija esta graduada en medios milímetros. o sea el paso de la rosca es esa distancia.1) Realice las conclusiones respectivas sobre los instrumentos de medición que manipuló. 2) Determine que es exactitud y que precisión. Cuanto menor es la dispersión mayor la precisión. Calibrador: con este instrumento medimos espesores diámetros interiores de algunos elementos EXCTITUD Y PRESICION Precisión se refiere a la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones repetidas de una magnitud. 044 v= 0.0182 = 0.50 m de largo.009 | 0.0444 = m/s .011 | 0.023 v= 0.019 | 0.009 m/s Para t(2) y d= 0. 4) Tome como medida de tiempo el que transcurre entre 11 puntos es decir 10 intervalos.009 m/s Para t(3) y d=0.0145 | 0.01585 | 0.009 | 0. velocidad y tiempo? (Recuerden que esta pregunta se debe responder a partir de la experiencia del laboratorio) MATERIALES * Cinta * Registrador de tiempo * Una polea * Un carrito * Una cuerda * Un juego de pesas PROCEDIMIENTO 1) Pida al tutor instrucciones para utilizar la cinta registradora y el registrador de tiempo. 3) Conecte el registrador de tiempo a la pila y suelte el carrito para que éste se deslice libremente por la superficie de la mesa. (se podría tomar otro valor pero éste es el más aconsejable). Para t(1) y d= 0.018 m v= 0.0091 = 0.0128 | 0.¿Qué tipo de función existe en el movimiento uniformemente variado entre las variables posición y tiempo. 2) Corte un pedazo de cinta aproximadamente de 1 .0207 | Comprobación Para M2 = 50 Kg La velocidad media está definida por t en segundos y d en metros.0175 | 0.0076 | 0.009 m v= 0.0233 = m/s Para t(4) y d=0. 5) Complete la siguiente tabla Orden del intervalo de tiempo | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | Velocidad Media | 0. 009-0.0015 | 0.0145-0.0017 | 8) Complete la siguiente tabla tomando toda la distancia recorrida incluyendo la de anteriores intervalos de tiempo.0034 a5 = 0.0876 = m/s Para t(7) y d=0.00165 | 0.011-0.01281 = 0.20710 = m/s 6) Con base en los datos de la anterior tabla. realicen un grafico V X t Y determine que tipo de función es.207 v= 0.111 v= 0.1117 = m/s Para t(8) y d=0.0017 | 0.0128-0.1729 = m/s Para t(10) y d=0.00135 | 0.0018 a6 = 0.0017 Y registre los resultados en la siguiente tabla Orden del intervalo de tiempo | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | Aceleración | 0.14 v= 0.148 = m/s Para t(9) y d=0.0645 = m/s Para t(6) y d=0.0076-0. Tiempo Transcurrido hasta el n-esimo segundo | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | .009-01 = 0. calcule la aceleración en cada intervalo.0014 | 0.00761 = 0.0091 = 0 a3 = 0.0111 = 0.0018 | 0.0091 = -0.064 v= 0.009 a2 = 0.Para t(5) y d=0.087 v= 0.009 | 0 | 0.0014 a4 = 0.172 v= 0. así: Intervalos: a2 = 0. 7) Con base en los datos de la tabla.0034 | 0. TEORIA: Cuando se suspende de un resorte un peso (mg). Se caracteriza porque su trayectoria es una línea recta y el modulo de la velocidad varia proporcionalmente al tiempo. Esta figura. podemos deducir que hay un movimiento variable por cada escala de tiempo. que el objeto en estudio se mueva más rápidamente o más lentamente con el transcurrir del tiempo. En este caso se llama velocidad media (v ) al cociente que resulta de dividir la distancia recorrida (e) entre el tiempo empleado en recorrerla (t): Por cada uno de los resultados de las diferentes gráficas. Segundo.Un metro * Papel milimetrado * Una balanza PROCEDIMIENTO: 1) Cuelgue el resorte del soporte de tal forma que su extremo superior permanezca completamente fijo y mida su longitud L0. vale decir.Distancia Recorrida (se incluyen las anteriores) | 9 | 27 | 50 | 94 | 158 | 245 | 356 | 496 | 668 | 875 | INFORME En este experimento de cinemática evidenciamos el Movimiento Uniformemente Variado. la aceleración normal es nula porque la velocidad varía uniformemente con el tiempo. la deformación x que sufre el resorte es directamente proporcional al valor del peso (m. lo cual puede ir o no acompañado de una variación en la intensidad de la velocidad. Por tanto.g) (fuerza). el cual es aquel cuya rapidez varía (aumenta o disminuye) en una cantidad constante en cada unidad de tiempo. representa el movimiento de un cuerpo que recorre espacios diferentes en tiempos iguales. unas veces se mueve más rápidamente y posiblemente otras veces va más despacio. CUARTA PARTE: Fuerzas TITULO: Trabajo y Energía Mecánica OBJETIVO: Verificar la equivalencia entre trabajo y energía. la aceleración representa la variación (aumento o disminución) de la rapidez un cada unidad de tiempo. .Un juego de pesitas . que varíe la dirección de la velocidad. Por consiguiente. Donde la constante de proporcionalidad k es: El trabajo que realiza una fuerza F para deformar un resorte en una magnitud x es: Entonces MATERIALES * Un resorte * Un soporte universal . Conforme varia el intervalo de tiempo. varía la intensidad de la velocidad. ....324 | 0.. entendiéndose como demanda el suministro........... se emplean: * kilográmetro/segundo.......2) Halle el valor de la masa m de cada pesita con ayuda de una balanza..........493 | 1. Como unidad secundaria de trabajo existe también el kilográmetro o sea el trabajo realizado por la fuerza de un kilogramo a lo largo de un metro de distancia........88 | 0..............71 | 0.72 | 9...S.....66 | 0.......76 | 0.......71 | 9.......g (N) | 0............... consumo o acumulación de energía.... Podemos decir que trabajo es todo proceso que implique demanda de energía...298 | 2...........................K.....695 | 0...78 | 10................. cuando el punto material a que se le aplica..548 | 0....027 | 1..Julio/seg = watio Como unidades secundarias de potencia.51 | 0...G.499 | 0..551 | 2............... se desplaza un metro.55 | 10.. se tendrán como sus unidades...... 8) Con ayuda de la gráfica calcule el trabajo realizado por cada masa m para deformar el resorte y defina a qué tipo de energía mecánica es equivalente este trabajo.......842 | 0........... Julio Ergio: es el trabajo efectuado por la fuerza de una DINA..........862 | 0.... Se aclara que el kilogramo no es la unidad que corresponda a ninguno de los sistemas de unidades que hemos venido empleando y que más bien es la unidad industrial de trabajo.... De la misma manera se denomina energía a la capacidad que tienen los cuerpos o partículas para realizar un trabajo.........41 | 9.32 | 10......... 75 kgm/seg * El kilo-watt.... 4) Calcule el valor de la deformación x = L – L0. Ergio/seg Sistema M..... el cual al estar comprimido contiene la energía suministrada para comprimirlo........90 | Trabajo (j) | 0.. Refiérase especialmente a las unidades de trabajo y energía... cuando el punto material a que se le aplica. 6) Anote los datos en la tabla 1...744 | 0............882 | x(m) | 8..........94 | TABLA 1 Registro de datos de deformación del resorte Masa (kg) | 0.. 10) Haga un breve análisis de la prueba y de sus resultados.... se desplaza un metro......94 | 10.......313 | 1.................. Ergio Sistema M.. Siendo la potencia.86 | 0.......... 1000 watios REGISTRO DE DATOS DE EXPERIENCIA m....... el trabajo realizado en la unidad de tiempo..982 | 2..... Sistema C...K.S...646 | 0...577 | 1....751 | TABLA 2 Trabajo realizado en la deformación del resorte INFORME ....... 7) En una hoja de papel milimetrado realice la gráfica F contra x..81 | 0....... 3) Suspenda una pesita del extremo superior del resorte y mida la longitud del resorte L.... Como se puede observar el trabajo y la energía se encuentran relacionados.........G.S.....S...........56 | 0....... Julio: es el trabajo efectuado por la fuerza de un Newton......... 5) Repita los pasos 3 y 4 con 9 pesitas. El caso de de acumulación de energía ocurre cuando se comprime un resorte.........47 | 8.......... kmg/seg * El HP ........793 | 0.... UNIDADES DE TRABAJO Sistema C......... 9) Complete la tabla 2............. 1.S). de sistemas de palancas o poleas. La k en esta ecuación es una constante de proporcionalidad y comúnmente se llama la constante del resorte o de la fuerza restauradora. la maquina ni crea ni reemplaza la fuerza que recibe. de un cambio en el sentido de la fuerza. simplemente. F = kX | Como se puede ver la fuerza varía con X. las más pretéritas de todas las maquinas que conoce la civilización humana. transforma la magnitud o particularidades (en tanto dirección y sentido) de una determinada fuerza. O sea. Esto se expresa diciendo que la fuerza es una función de la posición. en realidad. en realidad. Conforme el resorte está estirado (o comprimido) cada vez más. será de absoluta importancia llegar a entender que se habla. La polea constituye. OBJETIVO: Aplicar los conceptos de descomposición de un vector y sumatoria de fuerzas. la magnitud se mantiene igual QUINTA PARTE SISTEMAS EN EQUILIBRIO TITULO: Equilibrio de Fuerzas. Sujetamos una rueda a un plano elevado e instalamos sobre ella. para hacerlo más fácil: una determinada fuerza entra en contacto con una “Maquina simple”. Hablamos. mediante el estricto cumplimiento de las leyes físicas de la transformación de la energía. La magnitud de la fuerza ejercida por un resorte que se ha estirado desde su posición de reposo (X 0) a una posición X. nada se crea o se pierde. las X con frecuencia se reemplazan por Y. Realice un análisis de la prueba y sus resultados. La energía entrante es igual a la energía saliente. la fuerza de restauración del resorte se hace más grande y es necesario aplicar una fuerza mayor. solo es capaz de alterar su magnitud. Mientras mayor sea el valor de k. Con este dispositivo solo conseguimos que la aplicación de una fuerza descendente se transforme en fuerza ascendente. Se encuentra que la fuerza aplicada F es directamente proporcional al desplazamiento o al cambio de longitud del resorte. nada más. otro tipo paradigmático de maquina simple. Se trata. luego. La magnitud importante es la diferencia del desplazamiento el cambio neto en la longitud del resorte. PROBLEMA En ciertas ocasiones necesitamos encontrar las condiciones de equilibrio para encontrar valores para determinados problemas. O con X 0 = 0 . de cualquier tipo de dispositivo que. además de entender la descomposición de un vector en sus componentes. por ejemplo. 2.A. La posición de referencia X 0 para el cambio en la longitud de un resorte es arbitraria. más rígido o fuerte será el resorte. es solo una cuestión de transformación. Enuncie las maquinas que se encargan de las diferentes formas de transformación de la energía. Los resortes dan lugar al Movimiento Armónico Simple (M. Esto se puede expresar en forma de una ecuación. una cuerda que pueda hacerla girar. tal cual su nombre permite adivinarlo. su dirección o su sentido. Las maquinas simples son. Las Maquinas simples Cuando se refieres a la expresión “Maquinas simples”. También dado que el desplazamiento tiene posición vertical. asimismo. MATERIALES * Dos soportes universales . puesto que en la presente práctica solo ubicamos un momento y por tal razón no debemos realizar ninguna suma algebraica . solo es necesaria una sola de estas condiciones? A continuación se enuncian las dos condiciones necesarias para que un sistema físico se encuentre en equilibrio mecánico: * Que es la suma de las fuerzas aplicadas al cuerpo es cero. Repita los pasos 2 y 3 con diferentes valores para M1. encuentre dos masas M1 y M2 que equilibren el sistema. 3. Enuncie y explique las dos condiciones necesarias para que un sistema físico se encuentre en equilibrio mecánico. ¿Por qué. M2 y M3 INFORME 3) Realice las conclusiones respectivas sobre la practica Luego de realizar la práctica se llego a la conclusión que de acuerdo con la guía del laboratorio.* Dos poleas * Juego de pesitas * Dos cuerdas * Un transportador PROCEDIMIENTO Monte los soportes y las poleas como se indica 1. Tome varias pesitas y asígneles el valor M3 2. en esta práctica. Tome tres posiciones diferentes para la misma masa M3 y dibuje los diagramas de fuerzas sobre papel milimetrado. Como se indica en el dibujo. 4. siempre y cuando no se alteren los valores a las masas que se encuentran ubicadas en los extremos del sistema. El equilibrio del sistema está determinado por los ángulos de las cuerdas con la horizontal y la vertical. En nuestro caso solo es necesario aplicar la condición No 1. esta siempre va a volver al lugar en que se debe ubicar para lograr que el sistema quede en equilibrio. si se quiere cambiar de posición a m3 a otro lugar de la cuerda. * Es la suma algebraica de los momentos con respecto a un punto de las fuerzas aplicadas es igual a cero.