Experiencias fisica laboratorio

1. Experiencia 1: Medición de densidad.

EQUIPOS NECESARIOS

• Tornillo micrométrico, Vernier, Balanza, Golilla.

1. OBJETIVO

• Aplicar los criterios de cifras significativas en operaciones con números experimentales.
• Reforzar el uso del vernier y del tornillo micrométrico.[pic 1]

TEORÍA:

En esta experiencia se medirán indirectamente el volumen y la densidad de una golilla. La masa de la golilla se medirá directamente mediante una balanza. El volumen de la golilla puede determinarse a partir de mediciones directas de sus diámetros interior di y exterior de y de su espesor e.  Se supone que la golilla es un cuerpo cilíndrico y por lo mismo se aplican las relaciones correspondientes para determinar la expresión de su volumen. Para ello, en función del diámetro exterior de la golilla se expresa el volumen como si ésta no tuviera un orificio central. Luego, a este volumen se le resta el volumen central, el cual se considera cilíndrico con diámetro igual al diámetro interior de la golilla.

Así se tiene el volumen como:         [pic 2]

Y la densidad de la golilla corresponde a su masa por unidad de volumen, es decir: [pic 3]

PROCEDIMIENTO

1.- Utilice el vernier para medir cinco veces el diámetro exterior y cinco veces el diámetro interior.

        Cada medida hágala en una posición diferente de la golilla y anote los valores en las tablas adjuntas, Tabla 1 y Tabla 2.

                Tabla 1.      Diámetro exterior de [cm].

                Tabla 2.     Diámetro interior di [cm].

2.-        Emplee el tornillo micrométrico para medir cinco veces el espesor de la golilla. También hágalo en diferentes posiciones de la golilla. Anote los valores en la Tabla 3.

                Tabla 3.     Espesor e [cm]

3.- Obtenga el valor promedio del diámetro exterior, del diámetro interior y del espesor, aplicando el criterio correspondiente.

4.- Mida la masa de la golilla con una balanza.

5.- Sustituya sus resultados en la expresión del volumen y de la densidad, aplicando los criterios de cifras significativas.

PREGUNTAS:

• ¿Cuál es el objetivo de esta experiencia?
• Escriba la expresión del volumen de la golilla.
• Escriba la expresión de la densidad de la golilla.
• ¿Cuántas veces debe medir el diámetro interno de la golilla?
• ¿Con qué instrumento medirá la masa de la golilla?
• ¿Con que instrumento medirá el espesor de la golilla?

1. Experiencia 2: Movimiento rectilíneo Uniformemente Acelerado

1. EQUIPOS NECESARIOS

• Science WorkshopTM Interfase. Sensor Smart Pulley. Riel de aire, carro y accesorios. Bomba inyectora de aire.

1. OBJETIVO

• Fijar los conceptos y relaciones involucrados en la descripción de un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado.

TEORÍA:

Un movimiento rectilíneo con aceleración constante se denomina movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MUA). De acuerdo a la segunda ley de Newton, un movimiento de este tipo se obtiene aplicando una fuerza constante a una partícula que inicialmente está en reposo. Para lograr esto, el experimento se realiza con un carro que es tirado sobre el riel de aire mediante una cuerda de la cual cuelga una pesa. Se registra y analiza el movimiento. El registro de distancias y tiempos se obtiene haciendo que la cuerda pase por una polea provista de un sensor, denominada Smart Pulley (Polea Inteligente). Esta polea al girar produce los registros de los intervalos de tiempo empleado por el carro  en cada uno de sus pequeños desplazamientos de 0,015 [m].

Al considerar un eje X en la dirección de los desplazamientos del carro, se tiene que la posición, la velocidad, la aceleración y la fuerza neta sobre el carro, pueden ser descritas por su única componente a lo largo de dicho eje. Por ello, las ecuaciones que describen este movimiento se expresan como sigue:

( 1 )     x = xo + vo(t - to) + ½ a (t – to)2         (posición en función del tiempo).

( 2)      v = vo + a (t – to)                     (velocidad en función del tiempo)

( 3 )    v2 = vo2 + 2a (x - xo)                    (velocidad en función de la posición)

El programa computacional Data Studio, configurado para el uso de la Smart Pulley, permite la adquisición de datos y su procesamiento para obtener la posición y velocidad del carro en función del tiempo. A partir de estos datos, el software da la posibilidad de representar los gráficos correspondientes.  Del gráfico velocidad en función del tiempo puede calcularse la aceleración.

PROCEDIMIENTO

PARTE I: Montaje del experimento.

• Revise que la polea esté conectada a la entrada digital 1 de la interfase 750.
• Verifique que el riel de aire esté horizontal. Para ello, al poner el carro en reposo sobre el riel, éste debería permanecer sin moverse al accionar la bomba de aire. Si esto no ocurre, calibre la inclinación del riel hasta lograrlo.
• Coloque una cuerda liviana con un extremo amarrado al carro y que pase por la polea ubicada en uno de los extremos del riel de aire. En el otro extremo de la cuerda debe colgarse una pesa. Así, cuando se accione la bomba de aire el carro deslizará a lo largo del riel y la cuerda que lo tira hará girar la polea, generándose los registros requeridos.

PARTE II: Realización del experimento.

• Prenda la interfase 750 y después prenda el computador. Esto es para que el programa reconozca a dicha interfase.
• Entre al archivo MUA  del Data Studio Activity, que está en el escritorio. En él aparecerá la guía, que ya está configurada para trabajar con el programa Data Studio.

• A manera de ensayo, sin realizar mediciones, deje deslizar el carro sobre el riel de aire. El movimiento en estudio será el que realiza el carro mientras es tirado por la cuerda. Para ello debe registrarse el movimiento sólo hasta antes que el carro llegue al extremo del riel y choque con éste o hasta antes que la pesa llegue al suelo. Lo primero que ocurra de ambas situaciones.

• Una vez seguro de lo que va a realizar. Haga un  clic en “Inicio” para activar la toma de tiempo y luego deje deslizar el carro deteniendo la toma de tiempo oportunamente, haciendo clic en “Detener”, que aparece en el mismo lugar de inicio. Al terminar el registro, automáticamente deben aparecer:  la gráfica de x(t) (posición en función del tiempo) y la gráfica de v(t) (velocidad en función de tiempo).

PARTE III: Análisis y procesamiento de datos.

• Vaya a la gráfica v(t) y elija en ella el segundo punto de su registro. Tome nota del instante y la velocidad correspondiente, designándolos por to y vo, respectivamente.
• De la misma gráfica v(t) obtenga el valor de la aceleración, dado por la pendiente de la recta de ajuste lineal.
• En el gráfico de x(t) encuentre el valor de x correspondiente al mismo instante que ya designó por to.
• Reemplace los valores de xo, vo, to y a, en las tres ecuaciones dadas más arriba en Teoría.
• Con la ecuación x/t obtenida en el punto anterior calcule el valor de x para el instante correspondiente décimo punto en el gráfico x(t). Aplique los criterios de cifras significativas. Compruebe que el resultado de x obtenido en el cálculo coincide con valor de x del décimo punto que le entrega el gráfico x(t).
• Con la ecuación v(t) obtenida en el punto 4, calcule el valor de v para el instante correspondiente al octavo punto en el gráfico v(t). Aplique los criterios de cifras significativas. Compruebe que el resultado de v obtenido en el cálculo coincide con valor de v del octavo punto que le entrega el gráfico v(t).
• Si el tiempo lo permite su profesor le indicará qué otra actividad realizar.

PREGUNTAS:

• ¿Cuál es el objetivo de este experimento?
• Escriba las tres ecuaciones siguientes para el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado: Posición en función del tiempo, velocidad en función del tiempo y velocidad en función de la posición.
• ¿Cuánto miden los pequeños desplazamientos para los cuales la polea registra los tiempos? Expréselos en metros y en centímetros.
• ¿Qué datos se obtendrán con el programa Data Studio en este experimento?
• ¿A partir de qué gráfico se obtendrá la aceleración del movimiento?
• ¿Qué gráficos deberán aparecer en la realización del experimento?
• ¿Cómo verificará que el riel de aire está horizontal?
• ¿De qué manera se logra aplicar una fuerza constante al carro?
• ¿Qué significa que el movimiento sea rectilíneo uniformemente acelerado?

1. Experiencia 3: Caída Libre

1. EQUIPOS NECESARIOS

 Science Workshop, 1 fotopuerta, 1 lámina obturadora, 1 juego de pesas, 1 receptáculo con soporte.

1. OBJETIVO

• Observar que los cuerpos en caída libre se mueven con igual aceleración, independientemente de su masa y de la velocidad inicial que tengan al realizarse el registro de su movimiento.
• Observar y analizar el gráfico v/t de un cuerpo en caída libre.

TEORÍA:

La caída de los cuerpos se debe a la atracción gravitacional que ejerce la tierra sobre ellos. El movimiento de los cuerpos en caída libre es rectilíneo uniformemente acelerado. Su aceleración se denomina  “aceleración de gravedad” y se designa por “g”.

        En este laboratorio la aceleración se calcula aplicando un ajuste lineal al gráfico v/t. Su profesor le indicará el procedimiento para ello.

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