UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA
PRACTICAS DE LABORATORIO PARA EL
CURSO DE FÍSICA GENERAL
SESION 2
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA
__________ ______ ____ _
1 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional Abierta
y a Distancia
2 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional
Abierta y a Distancia
3 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional
Abierta y a Distancia
4 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional
Abierta y a Distancia
5 Coordinador de Laboratorio de Física JCM. Universidad Nacional Abierta
y a Distancia
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Sede José Celestino Mutis Calle 14 Sur No. 14-23 Piso 2, Bogotá, Colombia.
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PRACTICA Ns 6: Ley de Hooke
TITULO: Ley de Hooke
OBJETIVO: Comprobar la validez de la ley de Hooke, usando varios resortes helicoidales.
ELEMENTOS PREVIOS:
La ley de Hooke permite estudiar el comportamiento de los cuerpos elásticos frente a pequeñas deformaciones
sQué variables podrían relacionarse para determinar la
constante de elásticidad? sCómo se puede determinar la energía potencialelástica en el estiramiento de un resorte?
TEORÍA:
Ley de Hooke: El análisis de datos del estiramiento de un resorte al someterlo
a una fuerza de valor conocido establece que dicho estiramiento ( elongación) es tanto mayor
cuanto mayor es la fuerza, a finales del siglo XVII el astrónomo R. Hooke estudio las propiedades
elásticas de los resortes y encontró que:
F= - K X
donde F es la fuerza aplicada, k es la constante elástica del resorte (esta
constante es una medida
de rigidez del resorte) y x es la elongación del resorte ( lo que esta se
estira o se comprime).
Conservación de energía: Cuando un resorte estira una distancia x, adquiere una
forma de
energía conocida como energía potencial elástica, cuya expresión es:
Epe = (1/2) K X2
Cuando un cuerpo de masa m se encuentra a una altura h sobre el nivel del piso,
adquiere una
forma de energía conocida como energía potencial gravitatoria, cuya expresión
es:
Epg = mgh
Conservación de la energía mecánica: Si sobre un sistema actúan solamente
fuerzas conservativas,
la energía mecánica total del sistema no aumenta ni disminuye, es decir
permanece constante.
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MONTAJE
Realice el montaje de la figura.
Cuelgue el resorte en el sensor (Newton Sensor).
Conecte el otro extremo
del
resorte yfíjelo a la
base deslizante, a través
del
sensor de movimiento- Realice las conexiones eléctricas de acuerdo
con la figura.
Inicie el software Measure, y fije los parámetros de medida de acuerdo con las
siguientes figuras.
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PROCEDIMIENTO
Coloque la base deslizante en la posición inicial, (tenga especial cuidado de
no estar ejerciendo
fuerza sobre el resorte). Y haga clic en continúe (nótese que las medidas
comenzaran y terminaran
de forma manual
como
se fijó en los parámetros anteriores). A continuación, despacio y
continuamente mueva la base por la regla, a lo largo de 10 cm. El Resultado
obtenido debe ser así
Si los resultados obtenidos no son semejantes al anterior, es necesario repetir el proceso hasta
obtener una línea recta.
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En esta práctica el programa MEASURE le proporciona una recta de la fuerza vs
desplazamiento
donde F se encuentra medida en (Newton) y y el desplazamiento S medida en
milímetros, para
encontrar la constante de proporcionalidad debe tomar por lo menos dos puntos
sobre ella y
completar la tabla 1. Repita elprocedimiento para el otro
resorte.
RESORTE 1
RESORTE 2
FUERZA
(N)
X (m)
Fuerza en elongación de resortes
TABLA 1
INFORME
1. Encuentre la constante de proporcionalidad de cada resorte
e indique sus unidades.
2. Realice las gráficas de fuerza en función
del
desplazamiento
para cada uno de los resortes y
explique el significado que tiene la pendiente de la recta obtenida?
3. Determine el valor de la energía potencial elástica en cada uno de los casos
4. Haga un análisis de la práctica y sus resultados.
5. Conclusiones.
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PRACTICA Ns 7: SISTEMAS EN EQUILIBRIO
TITULO: Equilibrio de Fuerzas.
OBJETIVO: Aplicar los conceptos de descomposición de un
vector y sumatoria de fuerzas.
ELEMENTOS PREVIOS
Una de las ramas fundamentales de la mecánica es la estática, que estudia el
comportamiento de
los cuerpos y los sistemas en equilibrio, para los que no existe movimiento
neto. sPara qué se
utiliza un diagrama de cuerpo libre (D.C.L.)? sCómo se
aplica la segunda Ley de
Newton
a un
sistema de fuerzas? scómo se realiza la descomposición de un
vector en sus componentes?
MATERIALES
1. Dos soportes universales
2. Dos poleas
3. Juego de pesas
4. Una cuerda.
5. Un transportador
PROCEDIMIENTO
Monte los soportes y las poleas
como
se indica
1. Tome varias pesas yasígneles el valor M3
2.
Como
se indica en el dibujo, encuentre dos masas M1 y M2 que equilibren
el sistema. El
equilibrio del sistema está determinado por los ángulos de las cuerdas con la
horizontal
α
y β
Tome dos posiciones diferentes para la misma masa M3 y dibuje los diagramas de
fuerzas; escriba
los datos obtenidos en la tabla 2, sistema 1.
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3. Repita los pasos 1 y 2 con diferentes valores para
M1, M2 y M3 y complete la tabla 2, sistemas
2 y 3. Tenga en cuenta que en EL sistema 3, el valor
de
M1
M2
α es diferente al
M3
de β
Β
α
SISTEMA 1
SISTEMA 2
SISTEMA 3
TABLA 2
Sistemas en equilibrio.
INFORME
1. Realice el diagrama de cuerpo libre para las
fuerzas en cada sistema.
2. Realice el análisis matemático y encuentre el valor de F1, F2 y F3. (Ver
anexo 4 sesión de
laboratorio 1)
3. Demuestre que el sistema está en equilibrio.
4. Enuncie y explique las dos condiciones necesarias para que un sistema físico se encuentre en
equilibrio mecánico. sPor qué, en esta práctica, solo es
necesaria una sola de estas condiciones?
5. Realice las conclusiones respectivas sobre la práctica
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PRACTICA Ns 8: MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE (M.A.S
TITULO: El Péndulo Simple
OBJETIVO: Comprobar la leyes
del
movimiento armónico simple (M.A.S)
ELEMENTOS PREVIOS:
El movimiento armónico simple es periódico, vibratorio y oscilatorio en
ausencia de fricción. sPor
qué el péndulo simple es un ejemplo de M.A.S? sPuede
el valor de la masa
del
péndulo afectar el
periodo
del
movimiento? sPor qué se sugiere para el movimiento armónico simple de un péndulo
utilizar ángulos pequeños?
TEORIA
Un péndulo consta de una esfera de masa m sujeta a una
cuerda ligera de longitud l. Comunicando
al péndulo la energía adecuada se produce un movimiento de carácter periódico.
El periodo de cada oscilación está dada por
T
Donde l es la longitud
del
péndulo y g es la gravedad de la tierra. Esta expresión solamente es
válida para oscilaciones con pequeñas amplitudes, es decir, cuando el ángulo
entre la cuerda y la
vertical es muy pequeño (tiende a cero).
MATERIALES
1. Un soporte universal
2. Una cuerda
3. Una masa
4. Un cronómetro
PROCEDIMIENTO
1. Ate un extremo de la cuerda a la pesita y el otro
al soporte universal.
2. Para una longitud de la cuerda de 100 cm. mida el periodo de la oscilación
de la siguiente
manera: Ponga a oscilar el péndulo teniendo cuidado que el ángulo máximo de la
oscilación no
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sobrepase de 25°. Tome el tiempo de 10 oscilaciones
completas, entonces el periodo (tiempo de
una oscilación) será el tiempo de 10 oscilaciones dividido por 10. Repita varias veces.
3. Varíe la longitud
del
péndulo gradualmente disminuyendo 10 cm. cada vez y en cada caso
halle
el periodo de oscilación.
4. Consigne estos datos en la tabla 3
L(M)
1,0
0,9
T(s)
TABLA 3
Tiempo de oscilación variando longitud
del
péndulo
INFORME
1. sPor qué se debe poner a oscilar el péndulo
teniendo cuidado que el ángulo máximo de la
oscilación no sobrepase los 25°?
2. sPor qué no es conveniente medir directamente el tiempo de una oscilación en
vez de medir el
tiempo de 10 oscilaciones?
3. Realice una gráfica
del
periodo en función de la
longitud e indique qué tipo de función se
obtiene. Realice el análisis respectivo de la misma.
4. Calcule la constante de proporcionalidad e indique sus unidades.
5. sQué se puede concluir acerca de la dependencia
del
periodo de un
péndulo con respecto a la
masa?
6. Conclusiones
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PRACTICA Ns 9: SISTEMA MASA - RESORTE
TITULO: Sistema Masa - Resorte
OBJETIVO: Verificar la leyes
del
movimiento armónico simple MAS en sistema masa-resorte
ELEMENTOS PREVIOS
Elmovimiento armónico simple es periódico, vibratorio y oscilatorio en ausencia
de fricción. sPor
qué la oscilación de un resorte es un ejemplo de
M.A.S? sEn qué consiste la fuerza restauradora de
un resorte? sQué tipo de gráficas se generan a partir
del
movimiento oscilatorio de un resorte?
TEORIA
Cuando se suspende el extremo superior de un resorte
de un punto fijo y
del
extremo inferior se
cuelga una masa m, el movimiento
del
sistema masa-resorte corresponde al movimiento armónico
simple (MAS), si se le proporciona la energía adecuada.
El periodo de cada oscilación está dada por
T
Donde m es la masa suspendida de la parte inferior
del
resorte y k es la constante de elasticidad
del
resorte.
Como
se observa, para el sistema masa-resorte el
periodo de oscilación en este caso si depende
de la masa oscilante m
Despejando k de la expresión
del
periodo
K=
MATERIALES
1. Un soporte universal
2. Un resorte
3. Un juego de masas
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4. Un cronómetro
PROCEDIMIENTO
1. Establezca previamente el valor experimental de la masa de
cada una de las cinco pesitas de
esta práctica.
2. Fije el extremo superior
del
resorte al soporte universal y
del
extremo inferior cuelgue una
pesita.
3. Ponga a oscilar el sistema resorte-masa. Tome el
tiempo de 10 oscilaciones completas,entonces
el periodo (tiempo de una oscilación) será el tiempo de 10 oscilaciones
dividido por 10. Realice
como
mínimo tres mediciones y tome el valor promedio.
4. Repita el paso 3 para 5 diferentes masas.
5. Escriba los datos en la tabla 4 y calcule en cada caso k.
M (kg
T (s)
K(N/m)
TABLA 4
Datos para determinación de la constante de elasticidad de un resorte
INFORME
1. Establezca la k promediando los valores obtenidos.
2. Determine las unidades de k
3. Grafique m vs T y realice el análisis respectivo.
4. Analice el efecto producido al sistema masa-resorte por una fuerza externa. Explique.
5. Analice los factores de los que depende la constante de elasticidad de un resorte.
6. Realice el análisis de la práctica y de sus resultados.
7. Conclusiones.
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PRACTICA Ns 10: PENDULO BALISTICO
TITULO: Péndulo balístico
OBJETIVO: Identificar los principios básicos de conservación de la energía y
momentum utilizando
péndulo balístico
ELEMENTOS PREVIOS
Existen instrumentos que nos pueden ayudar a medir la velocidad de un objeto.
El Péndulo balístico
se
usa
para determinar la velocidad de una bala midiendo el ángulo que gira un péndulo
después
de que la bala se ha incrustado en él. sQué es un choque inelástico? sPor qué no se pueden igualar
la energía cinética
del
pénduloantes y después de la
colisión? sEn qué consiste el principio de
conservación
del
momentum lineal?
TEORIA
Los principios de conservación son fundamentales para la Física. Por medio de estos principios es
posible estudiar y predecir la evolución en el tiempo de muchos sistemas. En el caso específico de
la Mecánica, son de gran importancia los principios de conservación de la
energía, conservación
del
momentum lineal y conservación
del
momentum angular. En esta práctica se utilizará el principio
de conservación
del
momentum lineal para estudiar el funcionamiento de un péndulo balístico. Este
es un dispositivo clásico que permite medir la rapidez
de disparo un proyectil.
PROCEDIMIENTO
Realice el montaje de la figura.
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Un balín de masa m el cual se dispara con rapidez V, al chocar contra el
péndulo queda incrustado
en él.
Como
resultado
del
impacto el conjunto péndulo-proyectil
oscila alrededor
del
punto de
suspensión alcanzando una altura máxima sobre el punto donde ocurrió la
colisión.
Ángulo(grados)
Velocidad inicial
(m/s)
Energía cinética
(kg.(m/s)2)
Tabla 5
INFORME
1. Realice la medición de las amplitudes de oscilación
del
péndulo
balístico después de
capturar la bola de acero para tres posibles posiciones
2. Determine las velocidades iniciales delbalín.
3. sHay otra manera de medir la velocidad
del
cañón, para que
usted pueda verificar sus
resultados?
4. sCómo se puede determinar la energía cinética
del
movimiento un momento después
del
choque?
5. sCómo se puede determinar el momentum
del
sistema
6. Realice el análisis de la práctica y de sus resultados.
7. Conclusiones.
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PRACTICA Ns 11: COLISIONES ELÁSTICAS
TITULO: Colisiones elásticas
OBJETIVO: Comprobar la conservación de la cantidad de movimiento para las
colisiones entre dos
cuerpos
ELEMENTOS PREVIOS
Una colisión elástica es un choque entre dos o más cuerpos
en los que no se presentan
deformaciones durante el impacto. sQué sucede con la energía cinética
del
sistema en una colisión
elástica? sQué variables físicas se deben tener en cuenta en un choque elástico?
TEORIA
Una colisión sucede a partir de la interacción entre dos cuerpos y la fuerza de
interacción entre
ellas es intensa en un intervalo de tiempo. En este caso es posible despreciar fuerzas externas de
tal forma que la cantidad de movimiento
del
sistema formado por los dos cuerpos se mantiene
constante entre un instante anterior y otro posterior a la colisión.
Pi = Pf (1
Un choque frontal sucede cuando la velocidad inicial de los dos cuerpos se
sitúa en la recta en la
que actuaránlas fuerzas durante la colisión.
Como
sólo puede haber cambio de velocidad en la
dirección en que actúan las fuerzas, las velocidades finales de los cuerpos
también deberán estar
dirigidas en esta misma recta (no cambiará la dirección
del
vector velocidad de los cuerpos). En
este caso la conservación de la cantidad de movimiento es
m1v1 + m2v2 = m1v´1 + m2v´2 (2)
donde v hace referencia a las velocidades iniciales de cada cuerpo y v´ a las
velocidades finales.
En algunos casos, cuando la deformación que sufren los cuerpos durante la colisión es elástica y
estos recuperan completamente su forma inicial después de la colisión, no ocurre
pérdida de
energía. Se produce una transferencia de energía
cinética entre los dos cuerpos sin pérdida de la
misma. Este tipo de colisiones se denominan colisiones elásticas y en ellas se
cumplirá para las
velocidades iniciales y finales de cada cuerpo:
½ m1v12 + ½m2v22 =½ m1v´12 + ½m2v´22 (3)
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PROCEDIMIENTO
Realice el montaje de la figura 1.
Figura 1
Figura 2
Figura 3
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1. Mida la masa de losdeslizadores en la balanza
del
laboratorio (figura 2) y colóquelos en
el carril de aire situando una masa de 50g en una de las bases
del
deslizador (figura
3).
2. Sitúa las puertas fotoeléctricas próximas entre sí de tal
forma que al desplazarse los
deslizadores estos puedan colisionar en el espacio situado entre ambas
compuertas (figura
1).
3. Coloque en funcionamiento el riel de aire y dispare el sistema para que este colisione.
4. Registre el tiempo en que se demora en pasar por las compuertas las bases.
5. Cambie el valor de m2 tal que m2 sea igual que m1
6. Cambie las masas del tal forma que m1 sea mayor que m2
Masa Total (kg)
Deslizador +
masa 1
Masa Total
(kg)
Deslizador
+masa 2
Velocidad
inicial
(m/s)
V1
Velocidad
final (m/s)
V1´
Velocidad
inicial (m/s)
V2
Velocidad final
(m/s)
V 2´
Tabla 6
En esta tabla se debe realizar teniendo en cuenta: m1 = m2,
m1 m2 ,
m1  m2
INFORME
1. Realice los cálculos necesarios para determinar las velocidades y la energía
cinética
del
sistema
2. sQué se puede decir de la velocidad final cuando los
deslizadores tienen la misma masa?
Qué se puede decir de la velocidad final cuando los deslizadores tienen masas
diferentes?
4. A partir de los cálculos realizados squé se puede decir de la energía
del
sistema?
5. Realice el análisis de la práctica y de sus resultados
6. Conclusiones
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