Fuerza Centrípeta de una Esfera de Tecnopor

UNIVERSIDAD TÉCNOLÓGICA DEL PERÚ[pic 1][pic 2]

“Año de la unidad, la paz y el desarrollo”

Escuela Profesional de Ingeniería

CÁLCULO APLICADO A LA FÍSICA I

“Fuerza Centrípeta de una Esfera de Tecnopor”

Autor(es):

Anton Chevez, Darwin Joel

Celi Chunga, Diego Fabian

García Lopez, Max Alessandro

Gutiérrez Arrunátegui, Gabriel Alexander

Purizaca Ypanaque, Jesús Gabriel

Silva Iman, Greysi Jerith

Docente:

Arrunategui Yamo, Marcela

Piura, Perú

2023

FUERZA CENTRÍPETA DE UNA ESFERA DE TECNOPOR

ÍNDICE

RESUMEN.......................................................................................................................5

ABSTRACT.....................................................................................................................6

INTRODUCCIÓN...........................................................................................................7

I. MARCO TEÓRICO.....................................................................................................8

1. Movimiento Circular Uniforme........................................................................8
2. Periodo................................................................................................................8
3. Velocidad lineal o tangencial.............................................................................8
4. Aceleración radial..............................................................................................9
5. Fuerza Centrípeta..............................................................................................9

II. MARCO EXPERIMENTAL...................................................................................11

1. Pregunta de investigación................................................................................11
2. Hipótesis...........................................................................................................11
3. Variables experimentales................................................................................11
4. Materiales e instrumentos...............................................................................11
5. Diseño de experimentación.............................................................................12
6.  Procedimiento.................................................................................................12

III. OBTENCIÓN Y ANÁLISIS DE DATOS..............................................................13

3.1. Registro de datos brutos..................................................................................13

3.2. Registro de datos procesados y análisis de gráficos.......................................14

IV. CASO REAL: Aplicación al diseño de curvas de carreteras...............................20

V. RESULTADOS Y CONCLUSIONES.....................................................................24

VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................25

VII. ANEXOS.................................................................................................................26

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Resultados de Radio vs Tiempo.........................................................................13

Tabla 2: Teoría de Errores Radio vs Tiempo..................................................................13

Tabla 3: Resultados de Radio vs Tiempo Promedio.......................................................14

Tabla 4: Resultados de Radio vs Periodo........................................................................15

Tabla 5: Resultados de Radio vs Velocidad lineal.........................................................16

Tabla 6: Resultados de Radio vs Aceleración radial......................................................17

Tabla 7: Resultados de Radio vs Fuerza centrípeta.......................................................18

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 1: Radio vs Tiempo Promedio............................................................................15

Gráfico 2: Radio vs Periodo............................................................................................16

Gráfico 3: Radio vs Velocidad lineal..............................................................................17

Gráfico 4: Radio vs Aceleración radial...........................................................................18

Gráfico 5: Radio vs Fuerza centrípeta............................................................................19

RESUMEN

El presente trabajo expone un modelo experimental para estudiar la relación entre la fuerza centrípeta y el radio de giro de un objeto. Mediante una esfera de tecnopor sujeta a un pivote representando la fuerza centrípeta, se realizan mediciones controladas variando el radio en 5 valores entre 0.16 m y 0.32 m. Los resultados evidencian una relación lineal directamente proporcional entre ambas variables, con un coeficiente de determinación de 0.99, confirmando la dependencia predicha por la teoría de la dinámica rotacional. Se cuantifican y analizan los errores experimentales, atribuidos principalmente al empleo de instrumentos no especializados, proponiendo el uso de equipos de mayor precisión y un número elevado de repeticiones para mejorar la exactitud. El experimento valida los conceptos de fuerza centrípeta, velocidad angular y tangencial, aceleración radial, y muestra su aplicación en el diseño de curvas viales. Constituye una valiosa estrategia de enseñanza-aprendizaje activo de la física, reforzando la comprensión de la mecánica rotacional mediante la contrastación empírica de las bases teóricas.

Palabras claves: Fuerza centrípeta, radio de giro, curva de carreteras

ABSTRACT

This paper presents an experimental model to study the relationship between centripetal force and radius of rotation using a Tecnopor sphere attached to a pivot representing centripetal force. Controlled measurements varying the radius between 0.16 m and 0.32 m in 5 values show a directly proportional linear relationship between both variables, with a coefficient of determination of 0.99, confirming the dependence predicted by rotational dynamics theory. Experimental errors are quantified and analyzed, mainly attributed to the use of non-specialized instruments, proposing the use of higher precision equipment and a large number of repetitions to improve accuracy. The experiment validates concepts of centripetal force, angular and tangential velocity, radial acceleration, and shows its application in road curve design. It constitutes a valuable active teaching-learning strategy for physics, reinforcing the understanding of rotational mechanics by empirically contrasting the theoretical foundations.

Keywords: Centripetal force, radius of rotation, road curves

INTRODUCCIÓN

La física y sus principios se manifiestan en múltiples fenómenos de la vida cotidiana, así como en aplicaciones tecnológicas avanzadas. El presente trabajo de investigación tiene como objetivo general representar la relación entre la fuerza centrípeta y el radio de giro de un objeto, mediante un modelo experimental de una esfera de Tecnopor.

El interés por estudiar experimentalmente la fuerza centrípeta surge de la curiosidad por comprender a profundidad este concepto fundamental de la mecánica rotacional y cómo sería representado a través de un trabajo experimental. Tras aprender la teoría de la fuerza centrípeta en cursos previos de física, se optó por complementar la comprensión teórica mediante una modelación práctica, aplicando el conocimiento adquirido.

La metodología para poder lograr el objetivo es localizar los diferentes ámbitos que intervienen en la fuerza centrípeta de un objeto. Identificar, lineamientos físicos que logren explicar la naturaleza de esta. Diseñar y crear, una modelación en la que se vean reflejadas ambas variables: Longitud del Radio y Fuerza Centrípeta. Donde posteriormente analizaremos los resultados. Lo que me lleva a plantear una pregunta de investigación, la cual es: ¿Hasta qué punto el modelo experimental de una esfera de Tecnopor permite determinar la relación entre la fuerza centrípeta y el radio de giro?

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