Práctica N.º 2: Movimiento rectilíneo uniforme y uniformemente acelerado

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FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES

Física 1

GRUPO: 4

PRÁCTICA N.º 2: Movimiento rectilíneo uniforme y uniformemente acelerado

AUTORES:

• Gutierrez Ortiz Roy Alex
• Hernandez Vasquez Kiara Alessandra
• Mamani Mamani Jhon Angel
• Pinchi Albino Brilleli

PROFESOR:

Licenciado en Física Pura

• TAMARIZ BERNAL RONALD ROLANDO

DEPARTAMENTO DE CURSOS BÁSICOS

LIMA-PERÚ

2025

INTRODUCCIÓN

En esta práctica se estudian dos tipos fundamentales de movimiento: el Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) y el Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA). Ambos describen el desplazamiento de un cuerpo en línea recta, pero se diferencian en la manera en que varía la velocidad. El objetivo principal de esta actividad es observar y analizar experimentalmente el comportamiento de un móvil que se desplaza con velocidad constante y otro que lo hace con aceleración constante, aplicando las ecuaciones de la cinemática para determinar posición, velocidad, aceleración y tiempo.

En el MRU, un objeto se desplaza a lo largo de una trayectoria recta con una velocidad constante, lo que implica que no existe aceleración durante el movimiento. Por tanto, la distancia recorrida es proporcional al tiempo transcurrido [1]. Por otro lado, en el MRUA, el objeto también se mueve en línea recta, pero su velocidad varía de manera uniforme, es decir, tiene una aceleración constante [2]. Este tipo de movimiento se presenta comúnmente en situaciones como la caída libre o la aceleración de un vehículo.

Durante la práctica, se realizaron mediciones del tiempo y la distancia recorrida por un carro móvil (Móvil PASCAR inalámbrico) y (Carro motorizado de movimiento uniforme). Estos datos se utilizaron para calcular la velocidad promedio en el caso del MRU y la aceleración constante en el caso del MRUA. También se graficaron las relaciones posición-tiempo y velocidad-tiempo para identificar el comportamiento lineal y cuadrático característico de cada movimiento. Los resultados obtenidos se compararon con los valores teóricos para verificar el cumplimiento de las leyes del movimiento.

El estudio de estos movimientos permite comprender las bases de la cinemática y desarrollar habilidades para aplicar modelos matemáticos a fenómenos físicos reales. Además, constituye un punto de partida esencial para el análisis de movimientos más complejos en el campo de la dinámica

1. OBJETIVOS:

• Determinar magnitudes cinéticas del movimiento rectilíneo uniformemente variado
• Determinar magnitudes cinéticas del MRU
• Realizar gráficos y ecuaciones

1. MARCO TEÓRICO:

La cinemática es la rama de la mecánica clásica que describe el movimiento de los objetos sólidos sin considerar las causas que lo producen (fuerzas) ni las propiedades físicas de los objetos que se mueven (Serway & Jewett, 2019). Su estudio se centra en las magnitudes que describen el movimiento, como la posición, la velocidad y la aceleración, en función del tiempo. El movimiento más fundamental que podemos analizar es el que ocurre en una dimensión, a lo largo de una línea recta.

Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)

El Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) se caracteriza por la trayectoria rectilínea y la velocidad constante del objeto móvil (Tipler & Mosca, 2008). Esto implica que la aceleración del objeto es nula.

Conceptos Fundamentales del MRU

• Posición (x): Es la ubicación del objeto en la línea recta en un instante de tiempo determinado. Se mide con respecto a un punto de referencia (origen).

Desplazamiento (Δx): Es el cambio en la posición del objeto durante un intervalo de tiempo (Δt). Matemáticamente, se expresa como:

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Donde Xf : Es la posición final Xi:​ es la posición inicial.

• Velocidad (v): En el MRU, la velocidad es constante y se define como el desplazamiento por unidad de tiempo:

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 Debido a que la velocidad es constante, la velocidad media y la velocidad instantánea son iguales en el MRU (Young & Freedman, 2018).

Ecuación del MRU

La ecuación fundamental que describe la posición de un objeto en MRU en función del tiempo es:

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donde :

• x (t )es la posición en el instante T
• X0​ es la posición inicial (T=0).
• V es la velocidad constante

Características del MRU

• Trayectoria Rectilínea: El movimiento se desarrolla a lo largo de una línea recta.
• Velocidad Constante: La magnitud y la dirección de la velocidad no cambian con el tiempo.
• Aceleración Nula: Debido a la velocidad constante, la aceleración

(a= v Δ/ tΔ ​) es igual a cero.

• Desplazamientos Proporcionales a los Tiempos: En intervalos de tiempo iguales, los desplazamientos son iguales.

Gráficos del MRU

• Gráfica Posición vs. Tiempo (xt): Es una línea recta con pendiente constante igual a la velocidad (v).
• Gráfica Velocidad vs. Tiempo (vt): Es una línea horizontal, ya que la velocidad es constante. El área bajo la curva representa el desplazamiento.
• Gráfica Aceleración vs. Tiempo (at): Es una línea horizontal sobre el eje del tiempo, ya que la aceleración es cero.

Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV)

El Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV), también conocido como Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado1 (MRUA), se caracteriza por una trayectoria rectilínea y una aceleración constante y diferente de cero (Halliday, Resnick & Walker, 2014).

Conceptos Fundamentales del MRUV

• Aceleración (a): Es la razón de cambio de la velocidad con respecto al tiempo. En el MRUV, la aceleración es constante:

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• Velocidad (v(t)): En el MRUV, la velocidad varía linealmente con el tiempo debido a la aceleración constante:

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Ecuaciones del MRUV

Existen varias ecuaciones que describen el MRUV, relacionando la posición, la velocidad, la aceleración y el tiempo:

1. Ecuación de la velocidad en función del tiempo:

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1. Ecuación de la posición en función del tiempo:

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1. Ecuación que relaciona la velocidad y la posición (independiente del tiempo): 

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Características del MRUV

• Trayectoria Rectilínea: El movimiento se desarrolla a lo largo de una línea recta.
• Aceleración constante: La magnitud y la dirección de la aceleración permanecen invariables con el tiempo.
• Velocidad Variable: La velocidad cambia de manera uniforme con el tiempo debido a la aceleración constante.
• Cambios de Posición No Lineales con el Tiempo: La posición varía cuadráticamente con el tiempo.

Gráficos del MRUV

• Gráfica Posición vs. Tiempo (xt): Es una parábola, debido a la dependencia cuadrática de la posición con el tiempo.
• Gráfica Velocidad vs. Tiempo (vt): Es una línea recta con pendiente constante igual a la aceleración (a). El área bajo la curva representa el desplazamiento.
• Gráfica Aceleración vs. Tiempo (at): Es una línea horizontal, ya que la aceleración es constante.

1. MATERIALES Y MÉTODOS:

EQUIPOS Y MATERIALES DEL LABORATORIO

• 1 Computadora personal SPARK

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• 1 Móvil PASCAR inalámbrico

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• 1 Carro motorizado de movimiento uniforme

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• 1 Sensor de movimiento

• 1 Carril de aluminio

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• 1 Tope magnético

• 1 Polea

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• 2 Soportes para el carril de aluminio (Pies de pista dinámica)
• 2.0 m de hilo negro.

• 1 Set de masas (0.5 a 100 g)

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• 1 Set de masas con gancho(10 a 1000 g)
• 1 Cronómetro

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                   MATERIALES DE ALUMNO:

• Cronómetro digital

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• Calculadora

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1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Procedimiento para configuración de equipos y accesorios

1. Verifique la conexión y estado de la fuente de alimentación de la interfaz, luego proceda a encenderla.
2. Realice la conexión de la interfaz con la PC usando el cable de transmisión de datos a la entrada USB bidireccional.
3. Encender el computador (CPU y monitor).
4. Ingresar al programa Data Studio haciendo doble clic en el icono ubicado en el escritorio.
5. Seleccionar el sensor de movimiento en la lista de sensores, efectuar la instalación y calibración.
6. Configure el sensor a fin de que sea capaz de registrar 30 lecturas por segundo.
7. Genere un gráfico para cada uno de los parámetros medidos por el sensor (aceleración, velocidad y posición).
8. Realizar el montaje del conjunto de accesorios (carro, carril, cuerda, polea, pesos y tope) a fin de ejecutar la actividad.

Primera actividad (MRU)

1. Coloque sobre el carril el carro motorizado de movimiento uniforme (ME-9781).
2. Regule la velocidad, de modo que recorra el carril en aproximadamente 3 segundos.
3. Coloque el carro sobre el carril en la posición inicial (0.15 m del sensor), véase la figura (2).
4. Inicie la toma de datos encendiendo el carro y oprimiendo el botón inicio en la barra de configuración principal del software Data Studio.
5. Finalizado el recorrido pulse el botón detener y apague el carro.
6. Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar la velocidad media.
7. Repita el proceso hasta completar 10 mediciones.
8. Evalué la información obtenida, comparándola con sus cálculos teóricos y calcule el error absoluto, el error porcentual; luego calcule la desviación estándar.
9. Calcule el área en la gráfica velocidad vs. tiempo, en cada caso y anótelo como la longitud recorrida.
10. Utilice la tabla (1) para anotar sus resultados.

Figura 2 - Configuración de equipos para la primera actividad.

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