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Guia Laboratorio Fisica General 2-I-2014

Date post: 14-Oct-2015
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  • 5/24/2018 Guia Laboratorio Fisica General 2-I-2014

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    INSTITUTO TECNOLGICO DE COSTA RICAESCUELA DE FSICA

    LABORATORIO DE FSICA GENERAL II

    Gua de lasPRCTICAS DE LABORATORIO

    2014

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    1

    !"#$" &' ()*+'*,&)-.

    !"#$" &' ()*+'*,&)-. //////////////////////////////////////////////////////////////// 0123(+,(" ,*+2)&4(+)2,"5 6$ 78*&4$) 9:-,() ///////////////////////////////////////////////// ;123(+,(" 05 6$ 7"2"$'$) //////////////////// 0G123(+,(" H5 @'>'- &' I,2(BB)99 //////////////////////////////////////////////////////// ;J123(+,(" ?5 K) $,*'"$,&"& //////////////////////////////////////////////////////////// ;;123(+,(" G5 &' N=7'2' /////////////////////////////////////////////////////////// ;O123(+,(" O5 A*&"- ='(3*,("- ///////////////////////////////////////////////////////// C0123(+,(" P5 12,*(,7,)- &' Q7+,(" L')=8+2,(" ///////////////////////////////////////////// CH

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    /01(+,(" ,*+0)&2(+)0,"3 4$ 56*&2$) 78-,()

    !" #$%&'()*+

    !"!"#$%&'()* -&.&/01! Estudiar el comportamiento del periodo de un pndulo fsico.

    !"2"#$%&'()*+ &+3&456(4*+! Encontrar la ecuacin emprica que relaciona el perodo del pndulo con la distancia entre el eje de

    rotacin y el centro de masa.

    ! Determinar el radio de giro con respecto al centro de masa.

    ! Calcular el momento de inercia con respecto al centro de masa.

    ! Utilizar la tcnica de propagacin de errores para calcular la incertidumbre del momento de inercia.

    2" 7850 30/0 &10$*/0/ &1 90/4* :&;/(4*1. Dar la definicin terica del pndulo fsico.

    2. Escribir la ecuacin matemtica del perodo de un pndulo fsico.

    3. Definir el concepto de centro de masa y explicar cmo se calcula.

    4. Definir el concepto de momento de inercia.

    5. Definir el concepto de radio de giro.

    6. Enunciar el teorema de los ejes paralelos.

    7. Escribir la expresin matemtica del momento de inercia de una varilla delgada.8. Deducir la relacin que permite calcular el perodo del pndulo fsico en funcin del radio de giro con

    respecto al centro de masa y la distancia entre el eje de rotacin y el centro de masa.

    En este y en todos los dems anteproyectos, se deben incluir, las tablas requeridas, los cambios

    de variable y las propagaciones de incertidumbre que se requieran.

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    ?" @/*4&A(B(&.'*

    ?"!"9&A(A0 A(/&4'0 A&1 3&/5*A*"1. Arme el equipo segn se muestra en la figura A.1.

    Figura A.1.Pndulo fsico oscilando en un plano vertical.

    2. Mida la masa de la varilla con agujeros al menos 2 veces al inicio de la prctica y 2 veces al final de

    la misma.

    3. Mida la longitud total de la varilla al menos 4 veces.

    4. Identifique el centro de masa de la varilla.

    5. Coloque el fotosensor en modo PENDULUM.

    6. Realice una Tabla para anotar la masa y la longitud de la varilla.

    7. Realice una Tabla para anotar la distancia, el desplazamiento angular y el periodo del pndulo.

    8. Mida la distancia D (observe la figura A.1) entre el eje de rotacin y el centro de masa de la varilla yantelo en la Tabla que usted realiz.

    9. Mida un desplazamiento angular de diez grados (!o) a partir de la posicin de equilibrio.

    10.Deje oscilar el pndulo y anote el perodo medido con el fotosensor en la Tabla que usted realiz.

    11.Repita cuatro veces el paso anterior.

    12.Repita los pasos del 8 al 11 para siete valores diferentes de D.

    C" DE1481*+

    1. Calcule el valor medio de la masa, de la longitud y del periodo del pndulo, as como su desviacin

    estndar.

    2. Elabore el grfico de dispersin T en funcin de D.

    3. Realice el cambio de variable apropiado para linealizar la grfica anterior.

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    4. Encuentre la ecuacin emprica, que relaciona las variables T y D, utilizando el mtodo de mnimos

    cuadrados.

    5. Determine el radio de giro del pndulo con respecto al centro de masa, a partir de la ecuacin

    emprica.

    6. Calcule el momento de inercia experimental de la varilla, respecto al centro de masa, a partir delradio de giro encontrado en el punto anterior.

    7. Calcule el momento de inercia terico de la varilla con respecto al centro de masa y su error

    propagado.

    8. Calcule el porcentaje de error entre los valores terico y experimental del momento de inercia de la

    varilla respecto al centro de masa.

    F" G.E1(+(+ A& /&+81'0A*+

    H" D*.418+(*.&+

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    /01(+,(" 93 4$ :";5) < '$ /)+'*(,"$ 4$6(+0,()

    !" #$%&'()*+

    !"!" #$%&'()*+ -&.&/01&+

    ! Estudiar el campo elctrico y el potencial elctrico que se generan a partir de distintas

    configuraciones de electrodos.

    ! Estudiar la relacin entre las lneas equipotenciales y las lneas de campo elctrico.

    !"2" #$%&'()*+ =+3&456(4*+

    ! Familiarizar al estudiante con el uso del voltmetro y la fuente de voltaje CC.

    ! Medir las variaciones de potencial elctrico alrededor de distintas configuraciones de

    electrodos.

    ! Encontrar la forma de las superficies equipotenciales y las lneas de campo elctrico

    producidas por electrodos constituidos por lneas paralelas y por un dipolo elctrico.

    2" 7850 30/0 10 &10$*/04(;. A&1 90/4* :&;/(4*

    1. Definir campo elctrico y lneas de campo elctrico.

    2. Definir el concepto de potencial elctrico, voltaje y lnea equipotencial.

    3. Investigar aplicaciones cientficas e industriales de los principios electrostticos.

    4. Realizar un diagrama que muestre las lneas de campo y equipotenciales producidas por placasparalelas y por un dipolo elctrico.

    5. Deducir una expresin matemtica que permita relacionar el potencial elctrico entre dos placas

    paralelas.

    6. Deducir una expresin matemtica que permita relacionar el potencial elctrico de un dipolo

    elctrico en funcin de la distancia que separa las cargas elctricas, para puntos situados a lo

    largo del eje del dipolo.

    7. Explicar cmo se mide el potencial elctrico y cmo funciona el voltmetro.

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    * &'$ 4?2,5) @ A,#2B) &' $)- '$'(+0)&)-

    1. Coloque la hoja conductora con la parte impresa para arriba sobre su mesa de trabajo

    (todava no la pegue a la tabla de corcho).

    2. Con la tapa puesta, agite el lapicero de tinta conductiva vigorosamente por 10-20 segundos.

    3. Remueva la tapa y presione suavemente sobre una hoja de papel de desecho para

    asegurarse que haya buen flujo de la tinta, procurando dibujar una lnea recta.

    4. Una vez que ha logrado producir un trazo uniforme, use la plantilla para dibujar dos crculos

    en las posiciones (4,10) y (24,10) del papel conductor. Utilice el crculo ms pequeo de la

    plantilla.

    5. Monte el papel conductor en la tabla de corcho usando una tachuela en cada esquina.

    6. Deje secar la tinta por lo menos 1 minuto.

    ?"2" I0/(04(;. A&1 3*'&.4(01 4*. 10 A(+'0.4(0 J&1&4'/*A*+ 38.'801&+K

    1. Coloque la terminal de uno de los cables de conexin sobre uno de los electrodos y sujtelo

    con ayuda de una de las tachuelas a la tabla de corcho.

    2. Repita el paso anterior para el otro electrodo.

    3. Conecte los extremos libres de los cables de conexin a la fuente de voltaje CC, ajustando la

    fuente en 10 V. Observe la Figura 1.

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    Figura 1. Montaje experimental

    4. Use uno de los electrodos como punto de referencia, conectando una de las puntas del

    voltmetro a este.

    5. Mida la diferencia de potencial "V entre el punto de referencia y un punto a 1 cm a lo largo

    de la lnea que une los electrodos.6. Repita el paso anterior midiendo de 1 cm en 1 cm hasta cubrir por completo la lnea que une

    los electrodos.

    4.3.:/0L0A* A& M5.&0+ =>8(3*'&.4(01&+ J&1&4'/*A*+ 38.'801&+K

    1. Tomando de nuevo un electrodo como punto de referencia, mida la diferencia de potencial

    "V entre este y otro punto a su alrededor.

    2. Para mapear una lnea equipotencial, mueva la punta de prueba del voltmetro por el papel

    conductor hasta obtener la misma lectura en el voltmetro que obtuvo en el punto anterior.

    Marque este punto en el papel que se adjunta.

    3. Repita el paso anterior hasta obtener al menos 5 puntos.

    4. Repita los pasos 1-3 para 4 valores distintos de la diferencia de potencial.

    5. Repita los pasos 1-4 usando como referencia el segundo electrodo.

    ?"?":/0L0A* A& M5.&0+ =>8(3*'&.4(01&+ J31040+ 30/01&10+K

    1. Desconecte los cables de las tachuelas y convierta los electrodos en electrodos tipo placa,

    dibujando dos lneas de unos 20 cm, del mismo grosor de los crculos que ya dibuj. Espere

    al menos 1 minuto que la tinta seque.

    2. Tomando de nuevo un electrodo como punto de referencia, mida la diferencia de potencial

    "V entre este y otro punto entre las lneas.

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    3. Para mapear una lnea equipotencial, mueva la punta de prueba del voltmetro por el papel

    conductor hasta obtener la misma lectura en el voltmetro que obtuvo en el punto anterior.

    Marque este punto en el papel que se adjunta.

    4. Repita el paso anterior hasta obtener al menos 5 puntos.

    5. Repita los pasos 2-4 para 5 valores distintos de la diferencia de potencial.

    C" DE1481*+

    C"!" :/0L0A* A& M5.&0+ =>8(3*'&.4(01&+ N A& D0B3* =1O4'/(4*

    Para cada una de las configuraciones de electrodos:

    1. Trace las lneas equipotenciales.

    2. Dibuje al menos 9 lneas de campo elctrico, en las mismas hojas en las que marc sus

    mediciones. Utilice la propiedad matemtica que relaciona las lneas de campo y las

    equipotenciales.

    C"2" I0/(04(;. A&1 @*'&.4(01 =1O4'/(4* 4*. 10 @*+(4(;.

    Para cada una de las configuraciones de electrodos:

    1. Elabore el grfico de dispersin "V en funcin de x (la distancia entre el punto de referencia y

    el punto de medicin).

    2. De ser necesario, realice un cambio de variable apropiado.

    3. Encuentre una ecuacin emprica que relacione "V con x, utilizando la tcnica de mnimos

    cuadrados.

    F" G.E1(+(+ A& /&+81'0A*+

    H" D*.418+(*.&+

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    /01(+,(" C3 D'< &' EF;

    !" #$%&'()*+

    !"!" #$%&'()*+ -&.&/01&+

    ! Familiarizar al estudiante con el uso de los instrumentos de mediciones elctricas.

    ! Construir circuitos elctricos de corriente continua.

    ! Estudiar la Ley de Ohm y sus aplicaciones a circuitos resistivos.

    !"2" #$%&'()*+ &+3&456(4*+

    !

    Expresar correctamente el valor de resistencias elctricas usando el cdigo de colores.! Medir resistencias, diferencias de potencial y corrientes en circuitos elctricos simples,

    usando el multmetro.

    ! Determinar la resistencia equivalente de un circuito en serie.

    ! Determinar la resistencia equivalente de un circuito en paralelo.

    ! Comprobar la Ley de Ohm en circuitos resistivos simples, con un margen no mayor al 5%.

    ! Calcular la incertidumbre de la resistencia equivalente de los circuitos en serie y en paralelo.

    2" 7850 30/0 &10$*/0/ &1 90/4* :&;/(4*

    1. Investigar cmo se utiliza el Cdigo de Colores para resistencias.

    2. Explicar qu es un circuito simple, un circuito en serie y un circuito en paralelo.

    3. Investigar el principio de funcionamiento de los siguientes instrumentos: multmetro,

    voltmetro, ampermetro y ohmmetro.

    4. Explicar cmo se conectan estos instrumentos en los circuitos elctricos.

    5. Enunciar la Ley de Ohm.

    6. Demostrar que la resistencia equivalente de un circuito en serie es:

    !! ! !! ! !! ! !! ! !!.

    7. Demostrar que la resistencia equivalente de un circuito en paralelo viene dada por:!

    !!

    !

    !

    !!

    ! !

    !!

    ! !

    !!

    ! !

    !!

    .

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    6. Repita el paso anterior para cuatro valores diferentes de voltaje (aumentando 1 voltio en cada

    ocasin) y antelos en la Tabla que usted realiz.

    ?"

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    5. Mida la corriente total que circulan en el circuito en dos lugares distintos y antelas en la

    Tabla.

    6. Repita el paso anterior para 4 diferentes valores de voltajes en CC (aumentando 1 V en cada

    ocasin) y antelos en la Tabla.

    7. Mida la resistencia total del circuito, utilizando el ohmmetro.

    Figura 2.3.Circuito en paralelo.

    C" DE1481*+

    C"!" 9&A(A0 A(/&4'0 A& 10 /&+(+'&.4(0

    1. Calcule el porcentaje de error para cada una de las resistencias, comparando los valores

    obtenidos con el Cdigo de Colores y el ohmmetro.

    2. Determine el valor de la resistencia equivalente para el circuito en serie y para el circuito en

    paralelo.3. Determine la incertidumbre de las resistencias calculadas en el punto anterior.

    C"2" D(/48('* +(B31&

    1. Elabore el grfico de dispersin I en funcin de V con los valores de la Tabla realizada por

    usted.

    2. Encuentre la ecuacin emprica que relaciona I y V.

    3. Determine el valor de la resistencia en el circuito a partir de la ecuacin anterior.

    4. Calcule el porcentaje de error entre el valor medido con el ohmmetro y el resultado obtenido

    en el punto anterior.

    C"

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    3. Determine el valor de la resistencia equivalente del circuito en serie a partir de la ecuacin

    emprica.

    4. Calcule el porcentaje de error entre el valor medido con el ohmmetro y el resultado obtenido

    en el punto anterior.

    C"?" D(/48('* &. 30/01&1*

    1. Elabore el grfico de dispersin I en funcin de V.

    2. Encuentre la ecuacin emprica que relaciona I y V.

    3. Determine el valor de la resistencia equivalente del circuito en paralelo a partir de la ecuacin

    emprica.

    4. Calcule el porcentaje de error entre el valor medido con el ohmmetro y el resultado obtenido

    en el punto anterior.

    F" G.E1(+(+ A& /&+81'0A*+

    H" D*.418+(*.&+

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    /01(+,(" G3 H'&,&" &' $" ()00,'*+' < '$ I)$+"B' '* (,0(2,+)- -'0,'


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