LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE MECÁNICA

LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE MECÁNICA 

Experimento con velocidad constante y variable

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1. Resumen

En este informe se busca realizar un análisis completo en lo que respecta a dos prácticas de laboratorio realizadas con anterioridad; la primera práctica correspondiente a la cinemática de un movimiento unidimensional y la segunda con el mismo título, sabiendo que ambas corresponden a prácticas que buscan obtener de dos diferentes maneras respuestas utilizando las mismas variables, pero con distintos márgenes de error, siendo la primera práctica más exacta con respecto al tiempo debido a la utilización de un timbre que nos permite calcular los datos para esta medida y por el contrario en la segunda se tomaban los tiempos de forma manual en distintos momentos del movimiento. Además de esto, se evalúan las variaciones que se obtienen al tabular los resultados obtenidos en ambas prácticas y cómo la variación de magnitudes como la velocidad se da de manera diferente en ambos casos.

2. Introducción

En la naturaleza observamos diversos fenómenos que involucran desde las nociones más básicas de la física hasta las leyes más complejas; un ejemplo práctico se puede observar en las prácticas de buceo, siendo muy puntuales con este fenómeno, observamos que las burbujas de aire ascienden hacia la superficie; este ejemplo es muy útil  ya que podemos recrearlo en un laboratorio, ya en un sistema cerrado en donde influye la dirección que se le dé a este, así podemos observar como la burbuja de aire se mueve a través de un líquido dispuesto en este sistema. Este experimento es muy útil al momento de determinar variables de velocidad, puesto que ahora no se tiene la influencia de aceleración.

Siguiendo este orden de ideas, la velocidad es una variable ampliamente estudiada en múltiples escenarios. Además esta depende de la naturaleza del fenómeno que se está estudiando, por lo general observamos el incremento de velocidad a medida que aumenta el tiempo; también presenciamos la disminución de velocidad de manera gradual o inmediata; y una última posibilidad en donde la velocidad no presenta un cambio en su naturaleza, es decir no se ve afectada por factores externos en un intervalo de tiempo (constante) (Medina & Ovejero, 2011).

3. Montaje experimental

[pic 1]

4. Resultados y Análisis

4.1 Laboratorio 3 (Auto que se desliza en un riel en un ángulo determinado)

En esta práctica, sólo se usó un ángulo a la hora de medir la velocidad con la cual descendía el carro a través del riel, el diseño del carro era especial para que la fricción que había entre sus llantas y el riel fuera despreciable; la distancia recorrida se medía con una cinta que a su vez también marcaba el tiempo de tardaba en llegar al otro extremo del riel. Los resultados se obtuvieron al medir las distancias a determinados puntos dt entre los cuales el lapso de tiempo era de 0,5 segundos. Las diferentes distancias recorridas en los lapsos obtenidos se muestran en la tabla 1:

Tabla 1: Distancias obtenidas en la cinta a diferentes dt distanciados entre 0,5 s cada uno. La incertidumbre para tiempo es de 0,1 s y para distancia es de 0,05 cm.

A partir de estos resultados, se procedió a realizar la gráfica de distancia vs tiempo (gráfica 1) y se procede a linealizar con el método de los mínimos cuadrados.

Gráfica 1:

[pic 2]

Gráfica 1: Relación de distancia y tiempo entre intervalos de 0,5 s para el desplazamiento del carro en el riel. La relación no es de carácter lineal, sino de tipo exponencial, Lo que indica que la velocidad varía en función del tiempo.

Método de mínimos cuadrados para hallar la ecuación que describe el comportamiento del fenómeno.

[pic 3][pic 4]

Ecuación resultante:   y= 21,99 X - 25

Velocidad:

Posterior a esto, se hallaron las velocidades para cada dt, ayudados con el ángulo de incidencia sobre la aceleración de la gravedad.

Cateto opuesto: 5 cm; hipotenusa: 121,7 cm

[pic 5]

Para el cálculo de la velocidad se usó la fórmula:

[pic 6]

(Ejemplo para el tiempo de 3 s).

Se completó la tabla 2, con las velocidades respectivas a cada intervalo de tiempo; y con base en esto se realizó la gráfica 2.

Tabla 2: Cambio de la velocidad en función del tiempo.

Tabla 2: Incertidumbre de la velocidad: 0,005 m/s.

Gráfica 2: Cambio de velocidad en función del tiempo

[pic 7]

Se realizó el mismo procedimiento que en la gráfica 1; es decir se halló la ecuación correspondiente con el método de los mínimos cuadrados:

[pic 8]

Ecuación: y= 0,18 x + 0,007

4.2. Laboratorio de la burbuja:

En este caso, se midió el tiempo que tarda la burbuja en recorrer el tubo, a diferentes ángulos; para así obtener la variación de la velocidad que se da al modificar dichos ángulos.

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