1 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 UNIVERSIDAD FRANCISCO GAVIDIA FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA LABORATORIO DE CIENCIAS BASICAS MANUAL DE PRCTICAS DE LABORATORIO YDE DISCUSIONES DE PROBLEMAS DE FSICA I (FCA1 Nuevo Plan 2010) FSICA II (FIS2 Antiguo Plan 2004) CICLO 01-2012 2 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 CONTENIDO Reglamento a seguir en las Prcticas de Laboratorioy Discusiones de Problemas1 Sistema de Evaluacin del Laboratorio2 Gua para la elaboracin del Reporte de Laboratorio3 Prctica de Laboratorio No. 17 Prctica de Laboratorio No. 213 Prctica de Laboratorio No. 319 Prctica de Laboratorio No. 427 Discusin No. 131 Discusin No. 233 Discusin No. 336 Discusin No. 439 1 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 REGLAMENTO A SEGUIR EN LAS PRACTICAS DE LABORATORIO Y DISCUSIONES DE PROBLEMAS Esresponsabilidaddecadaestudianteleerestereglamentoycumplircontodaslasdisposiciones presentadas en este documento. EsobligacindelosestudiantesquecursanQumicaTcnicausargabachadurantelasprcticas, de lo contrario no se les permitir el ingreso al laboratorio. Noseadmitirelingresoaestudiantesdespusde15minutosdelahoraoficialdeiniciodela prctica o discusin. Elprofesororganizarlosgruposdetrabajodelaboratorioconnomsdecuatroestudiantespor grupo, estos grupos se debern mantener hasta el final de ciclo. Esobligacinquecadaestudiantedispongadelaguadelaboratorioodiscusinpararealizarla actividadcorrespondiente,encasocontrarionoselepermitirelingresoallaboratorio.Se recomienda leer previamente la gua. Desarrollar la prctica en colaboracin con sus compaerosy mantener dentrode las instalaciones una conducta de entusiasmo, respeto y colaboracin. El laboratorista entregar el equipo a cada grupo de trabajo previa presentacin de carn y l ser el encargado de revisarlo y recibirlo cuando finalice la prctica. El alumno/grupo debe reponer el material que dae, a ms tardar antes de finalizar el ciclo lectivo. Est prohibido fumar, beber, comer, contestar celulares o usar cualquier otro distractor dentro de las instalaciones del laboratorio que le perturben su trabajo. El instructor est autorizado para expulsar al alumno que con su comportamiento ponga en peligro a sus compaeros o impida el desarrollo de la actividad. Elcontenidodelasdiscusionesdeproblemasnumricosserevaluadomedianteunexamen individualadesarrollarenlaltimamediahoradelasesindediscusin,elcualtendruna ponderacin del 3% de la nota global del ciclo. Encasodenopoderasistiraalgunadelasprcticasdelaboratorio1,2y3;oencasodeperder alguno de los exmenes de discusin 1, 2 y 3, el alumno deber solicitar la realizacin de la prctica diferida para recuperar su nota, con el Responsable de Laboratorios de Ciencias Bsicas, conforme la siguiente programacin: Prctica No. Entrega de solicitud Realizacin de diferidos Horario de Laboratorio Diferido Horario de Discusin Diferida 1Hasta el 15 de febrero 201218 febrero 2012 08:00 10:00 A.M. 10:00 11:00 A.M. 2Hasta el 21 de marzo 201224 de marzo 2012 3Hasta el 02 de mayo 201205 de mayo 2012 NOTA: No se podr diferir el laboratorio y discusin 4, as como tambin el examen parcial 4. Se podr diferir slo 1 Laboratorio y 1 Discusin por ciclo, cancelando el arancel correspondiente en colectura. 2 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 Para elaborar el reporte de laboratorio, debe ajustarse al modelo descrito ms adelante. Enelreportedebenincluirsenicamentelosnombresdelosalumnosquecolaboraronenla elaboracin del reporte, no deben incluirse alumnos que no asistieron a la prctica y/o aquellos que no participaron en la elaboracin del reporte. Entregarelreporte5dashbilesdespusdehaberrealizadolaprcticaenlasoficinasdel laboratorio,debetraerTRIPLEcartulayaqueunadeellassedevolverfirmadayselladacomo evidenciadelaentregadelreporte.IMPORTANTE:Silacartulanotraelainformacincompleta indicada en el modelo, no se les recibir el reporte. Losalumnosquehayandiferidoprcticas,entregarnlosreportesdemaneraindividual3das hbiles despus de haber realizado la prctica. SISTEMA DE EVALUACION DEL LABORATORIO DE FSICA LasasignaturasdeFsicaseevalanatravsde4pruebasobjetivas(exmenesparcialesenelaula)con una ponderacin total del 60% y cuatro notas LAB en el laboratorio, con una ponderacin total del 40%. Cada una de las cuatro notas LAB est compuesta por las siguientes evaluaciones: Trabajos y/o exmenes cortos en el aula.3.5%

Prctica de Laboratorio. 3.5% Hoja de Desempeo de la prctica, entrega de resultados. Reporte escrito de la prctica. Examen de discusin 3.0% . TOTAL para la nota de cada LAB 10.0%3 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 GUIA PARA LA ELABORACIN DELREPORTE DE LABORATORIO DE FSICA Lacalidaddeuntrabajosemidemedianteuninformaescrito,porlotantonosoloelexperimento deberrealizarsecorrectamente,sinoqueesteinformedebersercompleto,explicandolascaractersticas de los sistemas de medidaas como las circunstanciasque se dan al efectuar las medidas. Conestaguasepretendeasistiralosalumnosenlaelaboracindelosdocumentosquereportan las experiencias obtenidas a travs de las prcticas de laboratorio. Es importante mencionar que los reportes de laboratorio deben reflejar fielmente los datos y observaciones obtenidas en las prcticas, evitando alterar los resultados reales. La redaccin del reporte puede desarrollarse en forma de ensayo literario, debe ser original evitando errores de ortografa, adems debe ser escrito de manera sencilla de tal forma que sea fcil de entender la lgica del experimento y los resultados. Lasfrasescitadasliteralmentedeotrosautoresdebensercolocadasentrecomillasconladebida referencia. Losreportesdebenserelaboradosencomputadora,presentadosenpapelbondtamaocartayel textodebetenerlassiguientescaractersticas:FuenteArial12,mrgenessuperioreinferiorde2.5cmy mrgenesizquierdoyderechode3.0cm;prrafosconinterlineadode1.5lneas,dobleespacioentre prrafos,pginasnumeradasenposicininferioryalineacincentral.Elreporteyaterminadodebeser presentado al menos en flder de manila con fstener. Los reportes debern contar con los siguientes elementos: Portada ndice Resumen Introduccin terica Equipo y material utilizado y esquemas de montajes Procedimiento Datos Obtenidos Clculos realizados y grficos Cuestionario Conclusiones y recomendaciones Bibliografa Portada En la portada debern incluirse la informacin referente a la institucin, al tema de la prctica, datos de las personas que elaboraron dicho reporte y de los docentes de la asignatura y de la prctica, segn el siguiente esquema: (si la portada no tiene completos todos estos datos, el reporte no ser recibido) 4 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 UNIVERSIDAD FRANCISCO GAVIDIA FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ASIGNATURA: _________________________ Instructor de Laboratorio: Grupo de laboratorio No. ____ Da y fecha de la Prctica: Horario: ____________ Practica No. ________Nombre de la Prctica:____________________________ Integrantes del Grupo NombreNo. carn Grupo Clase San Salvador, _____ de ________________ de 2012. Evaluacin del Reporte Elemento%Nota Portada2.0 ndice2.0 Resumen5.0 Introduccin terica2.0 Equipo y material utilizado 2.0 Procedimiento y esquemas 5.0 Datos Obtenidos y clculos realizados20.0 Cuestionario30.0 Conclusiones30.0 Bibliografa.2.0 Nota Global 5 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 ndice Permitelocalizarconfacilidadlaspartesms importantes del reporte y deber seguir ala portada. NOTA:Laportadayelndicenoseincluyenenla numeracin,lapginanmero1esapartirdel Resumen. Resumen Esunoodosprrafosquepermitenallectortener una idea general de lo que trata el reporte, sin entrar adatosespecficos.Esenestapartedondese colocala informacin ms significativa, asimismo del porquesmssignificativa.Aquseincluyenlos objetivos propuestos para dicha prctica. Nodebedesermayordeunapginayabarcaresultadosgenerales,detalmaneraquesiel lectordesea informacinms especfica, ste se remita a alguno de los otros apartados de los que consta cada reporte. El resumen solamente se puede redactar despus de haber redactado elcuerpodelinforme.Laredaccindeberserimpersonal,porejemploescribirSemidien lugar de Medimos, Se aplic en lugar de Aplicamos, etc. Introduccin Terica Enestaparteseanotaelfundamentotericodelosexperimentosrealizadosenla prctica,esaqudondeseescribenleyes,postulados,relaciones,principiosfsicos,etc.Esta informacinpodrsertomadatextualmentedelibros,folletos,sitiosdeInternet,etc. cerciorndonosdequeesinformacinconfiableyreferentealtema.Deberserproductode unainvestigacinynolateoradelagua.Serdeunmnimode2pginasymximo5 pginas. Equipo Utilizado Enesteapartadoseanotatodoelequipoutilizadoeneldesarrollodelaprcticayse deber incluir los reactivos o materiales gastables cuando as lo describa la prctica. Se tomar de la gua de trabajo o en su defecto de la lista que el instructor indique. Es importante no omitir ningn elemento. Se puede mejorar agregando figuras del equipo. Procedimiento El procedimiento se deber copiar de la Gua de Laboratorio o de la secuencia lgica en laquesedesarrolllaprctica.Debernagregarsetodoslosesquemasqueseannecesarios, comoelmontajedelequipoporejemplo.Dichosesquemasdeberndecompletarseconlos nombres de las partes. Las figuras debern aparecer en forma oportuna a lo largo del reporte. Datos Obtenidos Losdatosexperimentalesseanotanordenadamenteentablas,teniendocuidadode registrar las unidades de medidas utilizadas. Es importante que se plasmen sobre los formatos proporcionados en la gua, para tener control de ellos y evitar confusiones al momento de desarrollar los clculos. Clculos realizadosEnestaseccindeberdequedarconstanciaescritadetodosycadaunadelas operaciones realizadas con los datos, que dan lugar a grficos y posteriormente a conclusiones. Nosolamentesecolocanlosresultadosdelasoperacionesentablas,sinoquesecolocael desarrollo completo de dichas operaciones, lo cual ayudar al instructor a verificar la validez de los resultados. Algunas de las recomendaciones para las grficas: Emplear papel milimetrado para elaborar la grfica Indicar claramente las unidades que corresponden a los ejes utilizados. Aprovechar el papel al mximo, utilizando la escala apropiada en cada eje. NDICE ElementoPg. Resumen1 Introduccin2 Bibliografa# 6 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 Lasgrficascorrespondientesafenmenosnaturalescasisiempredancurvas continuas y no lneas quebradascon interrupciones. Trazar la mejor curva o recta posible. NOTA:SiseutilizaExcelparagenerarlasgrficas,emplearunaopcinqueslotracelos puntosexperimentalesparaluegotrazarmanualmentelamejorcurvaorectaposible.Sila tendenciaresultanteesunacurva,serecomiendausarcurvasfrancesasparaeltrazodela tendencia y si es recta, una regla. Cuestionario Sedarsolucionesalaspreguntasplanteadasenlaguaoalgunainvestigacin solicitada.NOTA: No se aceptarn respuestas cortas de si o no, en todas es necesario argumentarlas o justificarlas. Conclusiones Solo es posible llegar a conclusiones despus del procesamiento y anlisis de los datos obtenidos en el experimento. Debern contestarse preguntas como: Sehacumplidoconelobjetivodelaprctica,cmo,porqu?;Sehacomprobadolateora expuesta en los objetivos y cmo? ; Con qu grado de precisin y % de error se han obtenido las respuestas numricas?, Cules fueron las mayores fuentes error? ; es posible mejorar los resultados mediante un procedimiento no indicado en la prctica? etc. Deben de ser el producto propio del consenso del grupo y no teora textual. Bibliografa Pararealizarunbuentrabajo,sernecesarioconsultarlibrosquecomplementenla informacin y debern citarse segn las Normas APA (American Psychological Association) para citar referencias bibliogrficas. Las citas de libros segn las normas APA tienen el siguiente formato: Apellidos del autor, Nombre del autor (Ao de publicacin).Ttulo del libro encursiva, (No. de tomo y edicin). Ciudad o pas de origen : Editorial. TambinsepuedenconsultarpginasdeInternet,enestecasosedeberncitardela siguiente manera: Nombredelartculoconsultadoencursiva.Extradoeldafechacompletadeconsultadela pgina web de http://www. direccin completa de la pgina web. NOTA: Los buscadores no pueden ser direcciones de consulta. Las referencias bibliogrficas deben numerarse, no utilizar vietas, colocando primero los libros consultados y por ltimo los sitios de internet. 7 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 PRCTICA No. 1: MOVIMIENTO DE PROYECTILES OBJETIVO GENERAL Determinar la trayectoria de un proyectil, en sus puntos X y Y. OBJETIVOS ESPECFICOS Partiendo de datos experimentales, hacer un grfico que describa la trayectoria de una partcula que adopta un movimiento semi parablico. Determinar la incidencia de la masa al momento de desplazarse, estableciendo dicha relacin experimentando en un mismo punto de referencia con dos masas distintas. INTRODUCCIN Un proyectil es cualquier partcula a la que se le da una velocidad inicial y se le permite caerlibrementebajola accindelagravedad. Enausenciadelaresistenciadelaire, unproyectilsemueveconvelocidadconstante.Sumovimientoverticaleselmismo como que si no tuviera movimiento horizontal. Losmovimientosverticalesyhorizontalescombinadosproducenunatrayectoria parablica en un plano vertical. Enlafigura1,trazamoslosvectoresvelocidadyaceleracinenvariospuntosdela trayectoriadeunapartculacualquieraquetieneeldesplazamientotpicodeun proyectil. La componente vertical de la velocidad Vv es acelerada uniformemente hacia abajoconunaaceleracinigualag,ylacomponentehorizontalVhesconstante, entonces la velocidad se expresa como V = Vv + Vh Figura 1. Movimiento Parablico Paracadaelementodelapartculasuvelocidadestangenteasutrayectoria.La componente horizontal de la velocidad Vh es igual en cada punto (ah = 0), mientras que lacomponenteverticalVvesfrenadahaciaabajoporlaaceleracindebidaala gravedad. Entre los puntos A y C la partcula desacelera hasta que en C su rapidez pasa por un mnimo igual a la rapidez horizontal Vh, y la velocidad vertical Vv es cero. Despus de C la partcula se mueve con ms rapidez, ganando velocidad de cada. A B C D E 8 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 Yaqueunproyectilsemueveenunplano,sloserequierendoscoordenadas.Si elegimos a X como coordenada horizontal y a Y como vertical, con la direccin positiva haciaarribatalcomolomuestralafigura2,setienelaventajadelaindependencia entrelosmovimientoshorizontalyvertical.Entonces,enladireccindeXsetiene movimientorectilneouniforme,yenladireccindeYsetienemovimientorectilneo uniformemente acelerado. Colocamos el origen en donde la partcula sale inicialmente, suvelocidadinicialesI (Ix, I).Alseguirlatrayectoriadelapartcula,hacemos quenuestrocronmetroexperimentalmarquet=0enelmomentoenquesaledela fuente. Figura 2. Movimiento de un proyectil en el plano X, Y. Lasecuacionesdelaposicinyvelocidaddeestapartcula,descritaentodaesta introduccin, se deducen de los resultados para el movimiento rectilneo en la tabla 1. Tabla 1: Ecuaciones del movimiento rectilneo uniformemente acelerado. Velocidad en funcin del tiempoI =I + o0t Desplazamiento en funcin del tiempoy =y - y= I0t +12o0t2 Velocidad media Imcdu= 12( I] +I) Desplazamiento en funcin de la velocidad2o0y = I]2 - I2 MATERIAL Y EQUIPO Una pista para movimiento de proyectilesCintadepapel(papel contmetro) Papel carbnDos esferas de distinto dimetro Una balanzaTirro Un portamuestraPie de rey Dos reglas graduadas de 1 metro cada una PROCEDIMIENTO 1. Forre una de las reglas con papel carbn y luego con papel bond. 2. Monte un sistema como el mostrado en la figura 3. 9 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 3.Coloqueenelbordedelamesa,la pistapararealizartirosparablicos,de talformaquedichobordeuorillasea su punto X = 0, a partir del cual se irn midiendo las distancias en el suelo con la ayuda de la regla sin forrar. 4. Con la regla sin forrar mida 20 cm a partirdelorigenX=0,coloqueenesa posicinlareglaforradaenposicin vertical. 5. Dejndola en esa posicin coloque la esfera en el inicio delapista para tiros parablicosydejequeefecteelrecorridosinimpulsoinicialalguno.Observequela esfera colisione con la regla forrada, marque el punto de impacto y mida. Coloque este dato en la tabla 2. 6. Repita este procedimiento para las posiciones 30, 40, 50, 60, 70, 80 y 90 cm a partir del origen X = 0. 7. Repita lo mismo para la otra esfera. 8. Mida los dimetros y las masas de ambas esferas. Tabla 2: Resultados de las mediciones Esfera 1 Masa = __________ gramos Dimetro = ___________ cm Esfera 2 Masa = __________ gramos Dimetro = ___________ cm Posicin en X (cm)Posicin en Y (cm)Posicin en X (cm)Posicin en Y (cm) 9.Construyalosgrficoscorrespondientesparacadasituacin,expliquequrelacin existe entre la distancia en X y la distancia en Y. CUESTIONARIO 1.Culessonlascaractersticasdelmovimientodeproyectilesqueustedpudo identificar en esta prctica? 2.Afectaeltamaoylacantidaddemasaalatrayectoriadeunapartculaen movimiento parablico? Analice sus grficos y explique. 10 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 3.DosbalasdecanAyB,sedisparandesdeelsueloconidnticarapidez inicial,peroconAmayorqueB.a)Culbaladecanalcanzaunamayor elevacin?.b)Culpermanecemstiempoenelaire?.c)Culviajams lejos? 4.En arquera, hay que apuntar la flecha directamente hacia el blanco?, cmo dependera su ngulo de mira de la distancia hacia el blanco? 5.En qu punto de su trayectoria un proyectil tiene su menor rapidez? Explique. 6.Un proyectil se dispara con un ngulo de 30conrespecto a la horizontal, con unarapidezde30m/s.Comparelacomponentehorizontaldelavelocidad1 segundodespusdesulanzamiento,conlacomponentehorizontaldesu velocidad 2 segundos despus de su lanzamiento. 7.En qu ngulo debe de lanzarse una pelota de bisbol para lograr el mximo alcance? Con qu ngulo se debe lanzar para lograr la mxima altura? 8.Un cazador lanza una flecha contra una ardilla que est en la rama de un rbol, estacaeenelinstantequelaflechasaledelarco.Lesionarlaflechaala ardilla? 11 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 HOJA DE DESEMPEO FISICA I (FCA1) FSICA II (FIS2) PRACTICA No. 1: MOVIMIENTO DE PROYECTILES Instructor: ____________________________________ Grupo de Laboratorio No. ____ Alumno(a): ________________________________________ Carnet: _____________ 1. Complete la siguiente tabla: Esfera 1 Masa = __________ gramos Dimetro = ___________ cm Esfera 2 Masa = __________ gramos Dimetro = ___________ cm Posicin en X (cm)Posicin en Y (cm)Posicin en X (cm)Posicin en Y (cm) 2.Construyalosgrficoscorrespondientesparacadaesfera,expliquequrelacin existe entre la distancia en X y la distancia en Y. Grfico esfera 1 12 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 Grfico esfera 2 3.Culessonlascaractersticasdelmovimientodeproyectilesqueustedpudo identificar en esta prctica? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 4.Afectaeltamaoylacantidaddemasaalatrayectoriadeunapartculaen movimiento parablico? Analice sus grficos y explique. _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 13 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 PRCTICA No. 2: SEGUNDA LEY DE NEWTON OBJETIVO GENERAL Analizar la relacin existente entre fuerza, masa y aceleracin de un cuerpo con movimiento rectilneo uniformemente variado. OBJETIVOS ESPECFICOS Obtenerlaaceleracindeuncuerpoapartirdelosvaloresdevelocidady recorrido. Determinar la relacin cuantitativa entre la masa de un cuerpo y su aceleracin para una fuerza constante dada.Construir el grfico de aceleracin contra masa y determinar la proporcionalidad existente entre sus magnitudes.Realizarelgrficodeaceleracincontrainversodelamasa(1/masa)y determinar su aceleracin.Analizarlaaccindedosfuerzasqueactensobreunamasaenelmismo sentido, y sobre la misma masa dos fuerzas de sentido contrario.Comparandolasdosfuerzasmedidasconlafuerzaporpesodada,deben deducir la relacin que existe entre estas tres fuerzas. INTRODUCCIN Un objeto en ausencia de fuerzas o cuando la fuerza resultante es cero, permanecer en reposo, si es que estaba en reposo o en movimiento rectilneo uniforme. El cambio develocidaddeuncuerpoenrelacinaltiemposedenominaaceleracin.Para producir una aceleracin requiere de una fuerza. Paraestablecerlasrelacionesentrefuerza,masayaceleracin,consideremoslo siguiente:uncuerpomovindoseporunafuerzacorrientesobreunasuperficiesin friccin. La aceleracin que recibe el cuerpo se puede determinar mediante el cambio de velocidad que sufre el cuerpo en un intervalo conocido. Sivariamoslamasaaadiendomaspesasconocidasymanteniendolafuerza constante, ocurre que un aumento de masa provoca una disminucin en la aceleracin y viceversa. Por lo tanto la aceleracin de un cuerpo es inversamente proporcional a su masa. esto significa que los productos a*m siempre darn el mismo valor: a1m1 = a2 m2 = a3 m3 = ... = K DondeKeslafuerzaconstanteaplicadaalolargodetodoelmovimientoF=ma (Segunda ley de Newton). Terceraley.Lasfuerzasqueactansobreuncuerporesultandeotroscuerposque conforman su entorno. 14 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 Si examinamos a las fuerzas que actan sobre un segundo cuerpo, uno anteriormente consideradocomopartedelentorno,entonceselprimercuerpoespartedelentorno delsegundocuerpoyes,enparte,responsabledelasfuerzasqueactansobreel segundocuerpo.Todafuerzaesporlotantopartedelainteraccinmutuadedos cuerpos. Hallamos experimentalmente que cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre unsegundocuerpo,elsegundocuerposiempreejerceunafuerzasobreelprimero. Ms aun, hallamos que estas fuerzas son siempre iguales en magnitud pero opuestas en direccin. Una fuerza aislada es por lo tanto, algo imposible. Arbitrariamente,llamamosaunadelasfuerzasdelainteraccinmutuaentredos cuerpos la fuerza de accin, y a la otra la denominamos fuerza de reaccin. La Tercera LeydeNewtonpuedeentoncesserestablecidaenlaformatradicional:Acada reaccin corresponde (o precede) una reaccin igual opuesta. UnaversinmsmodernadelaTerceraLeydeNewtonpertenecealafuerzamutua ejercidapordoscuerposunosobreelotro:Cuandodoscuerposejercenfuerzas mutuas entre s, las dos fuerzas son siempre de igual magnitud y de direccin opuesta. Esimportanterecordarquelasfuerzasdeaccinyreaccinsiempreactansobre cuerposdiferentes.Cuandounbatedebisbolgolpeaunapelota,elbateejerceuna fuerza sobre la pelota, y la pelota ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el bate. En este caso las fuerzas de accin y reaccin actan sobre cuerpos diferentes. 15 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 5.Atealcarrito,enunodesusextremos,elportapesas(10gr.),detalmaneraque quede libre. 6.Enciendaelgeneradordemarcasdetiempoysuelteelcarrito,sujtelocuando llegue al final del carril, apague el generador y quite la cinta.7. Marque el primer punto legible de la cinta y a partir de l mida aproximadamente 20 cm (ver figura 3) de tal manera que se tenga otro punto de referencia. Mida el recorrido (s) entre el punto cero y el de referencia y anote su valor en la tabla 1. 8.Determineeltiempocontandoelnmerodepuntosparaelrecorrido(s)entreel punto cero y el punto de referencia. Tomando como referencia que un punto equivale a 0.017 segundos y antelo en la tabla I. Figura 3. Marcas en cinta registradora 9. Repita de nuevo los pasos del 4 al 8, aumentando la masa que se encuentra encima del carrito a 150, 200 y 250gramos sucesivamente. Anote sus resultados en la tabla I. ANLISIS DE RESULTADOS 1. Calcule la fuerza producida por el porta pesas F:________ 2. Complete la tabla I 3. Construya el grfico aceleracin vs. masa con los datos de la tabla I Qu tipo de curva resulta?Qu tipo de proporcionalidad existe entre las dos variables? 4. Grafique aceleracin contra el recproco de la masa. Qu tipo de curva resulta? Calculelapendienteeindiquelamagnitudfsicaquerepresenta.Nota:Analicelas dimensiones para responder. 16 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 5. Compare las fuerzas calculadas mediante el producto masa por aceleracin. Es el producto ma constante?Debera ser constante?De no ser as a qu le atribuye las diferencias?. Explique 6. Es el peso suspendido de la cuerda igual a la fuerza que aceler el carro? Debe serestepesomayor,menoroigualquelafuerzacalculadaconelproductom*a? Explique. CUESTIONARIO 1.Si la aceleracin de un cuerpo es cero, no hay fuerza actuando sobre l? 2.Slo una fuerza acta sobre un objeto. Puede el objeto tener aceleracin nula? Puede tener velocidad nula?. 3.Compare el esfuerzo (o fuerza) necesario para levantar un objeto de 10 kg en la LunaconelesfuerzonecesariodelevantarloenlaTierra.Comparelafuerza necesaria para lanzar un objeto de 3 kg horizontalmente con una rapidez dada en la Luna y en la Tierra. 4.Explique por qu se dice que la masa es una medida de la inercia 5.Cmo comprob que la masa es una medida de la inercia es esta prctica en particular?. Explique 6.Qu relacin encontr que existe entre la masa y la aceleracin? 7. Se cumpli en esta prctica la segunda ley de Newton? Explique. 8.Investigue y explique qu es un marco de referencia inercial? 9.Suponga que tiene dos latas idnticas, una llena de plomo y la otra vaca, y se encuentraenelespacio,enunlugardondeambaslatascarecendepeso. Cmo puede decir cul de las dos latas tiene mayor masa? 10. (a) Una fuerza horizontal acta sobre un objeto en una superficie horizontal sin friccin. Si la fuerza se reduce a la mitad y se aumenta el doble de la masa del objeto, la aceleracin ser: (1) cuatro veces (2) dos veces, (3) la mitad de o (4) lacuartapartedeloquetenaantes?(b)Silaaceleracindelobjetoesde1 m/s2ylafuerzaaplicadaaumentaaldoblemientraslamasasereduceala mitad, qu aceleracin tendr entonces? 17 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 HOJA DE DESEMPEO FISICA I (FCA1) FSICA II (FIS2) PRACTICA No. 2: SEGUNDA LEY DE NEWTON Instructor: ____________________________________ Grupo de Laboratorio No. ____ Alumno(a): ________________________________________ Carnet: _____________ 1. Complete la tabla I 2. Construya el grfico aceleracin vs masa con los datos de la tabla IQu tipo de curva resulta?Qu tipo de proporcionalidad existe entre las dos variables? Grfico aceleracin vs masa 18 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 3. Grafique aceleracin contra el recproco de la masaQu tipo de curva resulta?Calcule la pendiente e indique la magnitud fsica que representa. Nota: Analicelas dimensiones para responder. Grfico aceleracin vs 1/masa 19 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 PRCTICA No. 3: COEFICIENTE DE FRICCION ESTATICA OBJETIVO GENERAL Determinarexperimentalmenteelvalordelcoeficientederozamientoesttico entredossuperficiesdadasempleandoelequipoylosmaterialesdel laboratorio. OBJETIVOS ESPECFICOS Verificarquelafuerzamximaderozamientoestticoesdirectamente proporcional a la fuerza normal entre las superficies de contacto. Determinarcuantitativamenteelcoeficientederozamientoestticoentredos superficies dadas. Comprobarqueelcoeficientederozamientoestticoparadossuperficies dadas, no depende del peso del cuerpo que se desplaza. Verificar que para un cuerpo en reposo sobre un plano inclinado, el coeficiente defriccinestticoesigualalatangentedelngulodeinclinacin(nguloen reposo). INTRODUCCIN Siempre que un cuerpo se mueve estando en contacto con otro objeto, existen fuerzas derozamientoqueseoponenalmovimiento.Estasfuerzassonconsecuenciadela adhesindeunasuperficiealaotraydelasirregularidadesentrelassuperficiesen roce. Enalgunascircunstancias,esdeseableminimizarelefectodelrozamiento,yaque aumentaeltrabajonecesarioparaoperarmaquinas,causadesgasteygeneracalor, provocando a su vez daos adicionales en el sistema. Siempre que una superficie se desliza sobre otra, la fuerza de rozamiento ejercida por cadacuerposobreelotroesparalelaotangentealasdossuperficiesyactadetal manera que se opone al movimiento de las superficies. Las leyes que gobiernan a las fuerzas de rozamiento se pueden determinar aplicando laprimeraleydeNewtonyelteoremadeequilibriotraslacionaldeloscuerpos;as como se ilustra en la figura 1. Considerandoqueelsistemaestenequilibrioestticoyempleandoeldiagramade cuerpo libre (ver fig. 1b) se obtienen las siguientes ecuaciones: Figura 1. Sistema en equilibrio esttico. (a) Fuerzas actuando (b) Diagrama de cuerpo libre (DCL) 20 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 Ahora bien, si se coloca un objeto sobre el plano inclinado, existe un ngulo para el cual el movimiento es inminente, llamado ngulo de inclinacin o de reposo (ver figura 2). Asunbloque,independientementedesupeso,permanecerenrepososobreun plano inclinado a menos que la tan sea igual o mayor que s. 21 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 MATERIAL Y EQUIPO 1 plano inclinado1 taco de madera y superficie de goma1 polea de prensa1 portapesas de 10 g 1 portapesas de 50 g 1 pesa de ranura de 5 gramos5 pesas de ranura de 10 gramos8 pesas de ranura de 50 gramos1 m de cordel PROCEDIMIENTO Parte1:Determinacindelcoeficientederozamientoestticoenunplano horizontal. 1.Ateunextremodelcordelaltacodemaderaypseloporlapoleacomose muestraenlafigura3colocandoeltacoderozamientoconlapartede superficie de madera sobre la mesa. Figura 3. Montaje de determinacin del coeficiente de rozamiento esttico en un plano horizontal. 2.Coloque en el otro extremo del cordel un portapesas de 10 g y sultelo.3.Sieltaconosemueve,colquelepesoalcontrapesohastaqueeltaco permanezca en movimiento despus de darle un pequeo golpe.4.Pese en la balanza el peso que origin el movimiento del taco (masa m). 5.Coloque esos valores en la tabla I. 6.Repita los pasos 2-4 agregndole al taco sucesivamente pesos de 50 g hasta llegar a colocarle 200 g. Complete la tabla I.7.Calculeelvalordelcoeficientedividiendolafuerzadefriccin(T)entrela fuerza normal (W). 22 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 8.Voltee el taco de rozamiento, de manera que la superficie de goma quede en contacto sobre la mesa9.Coloque ahora un portapesas de 50 g10. Repita los pasos 2-4 agregndole al taco sucesivamente pesos de 50 g hasta llegar a colocarle 200 g. Complete la Tabla II. 11. Calcule el valor del coeficiente dividiendo la fuerza de friccin (T) entre la fuerza normal (W) Parte2:Determinacindelcoeficientederozamientoestticoenunplano inclinado. 1. Arme el equipo como se muestra en la figura 4. Figura 4. Montaje de determinacin del coeficiente de rozamiento esttico en un plano inclinado. 23 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 2.Coloqueeltacoalladoquetienelabasedemadera,sobrelasuperficie metlicayaumenteelngulodeinclinacinprogresivamentehastaqueeltaco comience a moverse, mida y registre este ngulo en la tabla III. 3.Agreguesucesivamentepesasde50gramosydetermineencadacasoel ngulo de reposo. Anote los datos en la tabla III. 4.Repitalospasos8y9coneltacoderozamientoalladodelagoma, empezandoconeltacosoloyluegoagregandosucesivamentepesasde10 gramos hasta un total de 40 gramos. Anote los resultados en la tabla IV. ANLISIS DE RESULTADOS 1.Calcule la media aritmtica de s y su incerteza como desviacin media para plano inclinado, y para plano horizontal. 2.Qumtodo(planohorizontaloinclinado)daunamayorincerteza?.Por qu? 3.Cmo vara el ngulo de reposo con S? 24 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 CUESTIONARIO 1.Investigue la relacin que existe entre la friccin y el rea de contacto entre las superficies. Explique. 2.Explique por qu la distancia de frenado de un camin es mucho ms corta que la de un tren que viaja a la misma velocidad. 3.Alintentardetenerrpidamenteunautomvilsobrepavimentoseco,culde losmtodossiguienteslodetendrenelmenortiempo?Oprimirelfrenotan fuerte como sea posible trabando las llantas y patinar hasta que se detenga el automvil. 4.Sifueraposiblereducirlafuerzanormalacero,cuntovaldralafuerzade rozamiento?. Explique. 5.Investigue y ejemplifique en qu situaciones la friccin es til (3 ejemplos) y en qu situaciones la friccin no es deseable (3 ejemplos). 6.En un mundo sin friccin, cul de las siguientes actividades podra usted hacer (onohacer)?Expliquesurazonamiento.a)manejarporunaautopistasin peralte;b)saltarenelaire;c)empezaracaminarenunaacerahorizontal;d) subir por una escalera vertical; e) cambiar de carril en una carretera. 7.Porquesmsdifcildeslizarunobjetopesadodesdeunaposicinde equilibriosobreelpiso,quemantenerlaenmovimientounaveziniciadoel movimiento? Explique. 25 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 HOJA DE DESEMPEO FISICA I (FCA1) FSICA II (FIS2) PRACTICA No. 3: COEFICIENTE DE FRICCIN ESTTICA Instructor: ____________________________________ Grupo de Laboratorio No. ____ Alumno(a): ________________________________________ Carnet: _____________ 1. Complete las siguientes tablas: 26 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 2. Calcule la media aritmtica del coeficiente de friccin esttica, y su incerteza como desviacin media para el plano inclinado, y para el plano horizontal. Deje constancia de sus clculos: 3.Culdelosdosmtodos(planohorizontaloplanoinclinado)daunamayor incerteza? Por qu? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 27 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 PRCTICA No. 4: CHOQUES EN UNA DIMENSIN OBJETIVOS: Verificar la conservacin de la cantidad de movimientopara colisiones frontales elsticas e inelsticas. Comprobar experimentalmente la conservacin de la energa para una colisin frontal elstica. Comprobar experimentalmente quepara una colisin completamente inelstica no se conserva la energa cintica. INTRODUCCIN La cantidad de movimiento de una partcula de masa m que se mueve a una velocidad v se define como el producto de la masa y la velocidad, de tal forma que: v m Prr=

Elmomentolinealesunacantidadvectorial,porloquesudireccinestaalolargodevysus unidadessonKg*m/s.Cuandointeractandospartculasyseencuentranaisladasdesus alrededores;esdecirquecadapartculapuedeejercerunafuerzasobrelaotraperonohay fuerzasexternaspresentesenlacantidaddemovimientototalpermanececonstanteantesy despus del choque. El principio de conservacin del momento puede expresarse as: PTotal inicial = PTotal final Tanto la conservacin de la energa cintica como la cantidad del momento lineal son conceptosimportantesparadescribirloquesucedecuandodosomspartculas chocan.Normalmentepodemosllamaraestos eventocomocolisiones,puesto queel terminocolisinseutilizapararepresentareleventodedospartculasquese aproximan entre si durante un breve tiempo y producen fuerzas impulsivas una sobre la otra. Las colisiones pueden ser elsticas y ello implica que adems de conservarse la cantidaddemovimientolinealtambinlaenergacinticatotaldebedeconservarse antes y despus del choque; por lo que podemos plantear para un sistema: EcTotal inicial = EcTotal final

Tambin pueden encontrarse colisiones en las que la energa cintica no es la misma, por lo que son conocidas con el nombre de colisiones inelsticas; dentro de esta clase de colisiones se pueden diferenciar dos tipos; por ejemplo cuando los objetos quedan pegados despus de la colisin como el caso de un meteorito que choca con la Tierra, la colisin de denomina perfectamente inelstica. El otro tipo es cuando los objetos no quedan pegados pero por alguna razn la energa cintica se pierde (transformndose en otra energa); por ejemplo cuando una pelota de goma golpea contra una superficie dura; en este caso la colisin es inelstica. 28 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 MATERIAL Y EQUIPO 1 equipo para colisiones, con 4 esferas de diferente masa 3 cronmetros 1 regla graduada de 1 metro Papel carbn Papel bond PROCEDIMIENTO 1.Forre una de las reglas con papel carbn y luego con papel bond. 2.Coloqueenelbordedelamesadetrabajoelequipoparacolisiones,detal formaquedichobordeuorillaseasupuntoX=0,apartirdelcualseirn midiendo las distancias con la ayuda de la regla forrada que ser colocada en el suelo, en lnea con el equipo. 3.Coloque en la parte superior del equipo una bola de madera (M1), y en la parte inferior una bola de vidrio sobre el tubo delgado (M2). 4.Sincronicelostrescronmetrosdetalmaneraquesemidanlostiempos siguientes:eltiempoquetardalabolademaderaenchocarconlabolade vidrio(tiempoantesdelchoque,t1i),eltiempodecadadelaesferadeacero pequea, y el tiempo de cada de la esfera de acero grande (tiempos despus del choque, t1f y t2f). 5.Almismotiempoqueseregistrenlostiemposantesydespusdelchoque, observar en qu parte de la regla forrada caen las esferas, y marcar la distancia horizontal recorrida de las dos esferas. 6.Anote los resultados en la Tabla 1. 7.Repitalapruebautilizandodosesferasdeacerodediferentetamaoyanote los resultados en la Tabla 2. Tabla 1 Material de la esfera Masa Tiempo antes del choque (s) Tiempo despus del choque (s) Distancia recorrida antes del choque (m) Distancia recorrida despus del choque (m) MaderaM1 = 2.5 g0.26 VidrioM2 = 5.0 g0.00.0 Tabla 2 Material de la esfera Masa Tiempo antes del choque (s) Tiempo despus del choque (s) Distancia recorrida antes del choque (m) Distancia recorrida despus del choque (m) AceroM1 = 27.5 g0.26 AceroM2 = 16.0 g0.00.0 29 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 CLCULOS 1. Calcule la cantidad de movimiento total para el sistema antes y despus del choque deacuerdoconlainformacindelastablas1y2utilizandolaecuacindela conservacindelacantidaddemovimiento.Conestosresultadosverifiquesise conserva o no la cantidad de movimiento. 2.Investigueycalculelaenergacinticatotalparaelsistemaantesydespusdel choque. Con estos resultados verifique la ley de conservacin de la energa cintica. 3.InvestiguequeselCoeficientedeRestitucinycalcleloparacadaunodelos choquesrealizadosenlaprctica;ydeacuerdoconlosresultadosobtenidos anteriormente responda qu tipo de choque se ha realizado? CUESTIONARIO 1. Por qu en una colisin no se considera la energa potencial? 2. Un cuerpo estalla y se parte en dos partes de diferente masa. Qu fragmento tiene mayor energa cintica? 3. Se deja caer un huevo desde el techo de una casa hasta la acera. Al caer el huevo, qusucedeconlacantidaddemovimientodelsistemaformadoporelhuevoyla tierra? 4.Untaco golpeaunaboladebillarejerciendo una fuerzapromediode50Ndurante untiempode0.01s;silabolatieneunamasade0.2kg,quvelocidadadquirila bola luego del impacto? 5. Se dispara horizontalmente una bala de 0.0045 kg de masa hacia un bloque de 1.8 kgdemasaqueestenrepososobreunasuperficiehorizontal;luegodelimpactoel bloquesedesplaza1.8mylabalasedetieneenl.Sielcoeficientederozamiento cinticoentreelbloqueylasuperficieesde0.2,culeralavelocidadinicialdela bala? 6. Si el choque entre las esferas de esta prctica se analizara en 2 dimensiones, qu otras mediciones tendra que realizar? cul sera la modificacin que usted hara a la ecuacin de la conservacin de la cantidad de movimiento? 30 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 HOJA DE DESEMPEO FISICA I (FCA1) FSICA II (FIS2) PRACTICA No. 4: CHOQUES EN UNA DIMENSIN Instructor: ____________________________________ Grupo de Laboratorio No. ____ Alumno(a): ________________________________________ Carnet: _____________ 1. Complete las siguientes tablas: Tabla 1 Material de la esfera Masa Tiempo antes del choque (s) Tiempo despus del choque (s) Distancia recorrida antes del choque (m) Distancia recorrida despus del choque (m) MaderaM1 = 2.5 g0.26 VidrioM2 = 5.0 g0.00.0 Tabla 2 Material de la esfera Masa Tiempo antes del choque (s) Tiempo despus del choque (s) Distancia recorrida antes del choque (m) Distancia recorrida despus del choque (m) AceroM1 = 27.5 g0.26 AceroM2 = 16.0 g0.00.0 2. Calcule las velocidades antes y despus del choque para cada par de esferas, luego demuestresiseconservaonolacantidaddemovimientoylaenergacintica. Adems, calcule el coeficiente de restitucin. Deje constancia de sus clculos. 31 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 GUA DE DISCUSIN No. 1 1.Unperrocorre35metrosparaatraparunfrisbeeen4.5segundos,sevuelve rpidamente y trota 22 metros de regreso en 3.6 segundos, pero luego se detiene paravigilarelfrisbee.Culeslarapidezpromediodelperro?Ysuvelocidad promedio? 2.Unautomvilquesemueveconaceleracinconstantecubreladistanciadedos puntosquedistanentres58men6.2s.Suvelocidadcuandopasaporel segundo punto es 15 m/s. a) Cul es la velocidad en el primer punto? b) Cul es su aceleracin? 3.Unautomvilaceleradesdeelreposodurante20segundosconunaaceleracin constante de 1.5 m/s2. Cul es su velocidad final? Qu tan lejos viajar en ese tiempo? 4.Uncaminviajainicialmenteenunacarreteraarapidezconstante.Elconductor quiererebasarunautomvil,yascomienzaunperodode30sdeaceleracin constante de 0.05 m/s2. Durante este perodo el camin viaja 700 m. Cul era la rapidez inicial del camin? Cul es la rapidez final del camin? 5.Enunchoque,unautomvilqueviajainicialmentea50Km/hdesaceleraauna tasa constante de 200 m/s2. Un pasajero que no lleva cinturn de seguridad choca contra el tablero. Antes del choque la distancia entre el pasajero y el tablero era de 0.6 m. Con qu rapidez, relativa al automvil, choca el pasajero contra el tablero? Suponga que el pasajero no tiene desaceleracin antes del contacto con el tablero. 6.Unapelotaenestadoderepososesueltaysedejacaerdurante5segundos. Cules son su posicin y su velocidad en ese instante? 7.Una manzana cae desde la parte ms alta de un edificio de 380 m sobre el nivel delacalle.Durantecuntotiempocaelamanzana?Culeslavelocidadde impacto en la calle? 8.Un ingeniero de pie sobre un puente deja caer una moneda hacia el agua y la ve tocar el agua 3 segundos despus. Qu tan alto es el puente? 9.Un objeto es lanzado verticalmente hacia arriba y regresa a su posicin inicial en 5 segundos. Cul fue su velocidad inicial y hasta qu altura lleg? 10. Unaflechaeslanzadaverticalmentehaciaarribaconunavelocidadinicialde80 ft/s.Culeslaalturamximaquealcanzalaflechaenmetros?Culessonla posicin y la velocidad de la flecha 6 segundos despus de haber sido lanzada? 11. Ungolfistaaseguraqueunapelotadegolflanzadaconunngulode12puede lograr un alcance horizontal de 250 m. Ignorando la friccin del aire, cul tendra que ser la rapidez inicial de la pelota?, qu altura mxima alcanzara? 12. Unartilleroquieredispararuncanaunblanco,aunadistanciahorizontalde 12500mdesuposicin.Sisucandisparaconunarapidezinicialde700m/s, cul es el ngulo de elevacin correcto? 13. Enunactocircenseun hombre-balasedispar desdeuncanconunarapidez inicialde87Km/h.Supongaqueelngulodedisparofuede45desdela horizontal.a)Cuntostiempotardestehombre-balaenalcanzarlaaltura mxima? b) Cul fue la altura mxima? c) A qu distancia horizontal del can aterriz? 32 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 14. Se lanza una piedra desde lo alto de un edificio con un ngulo de 30respecto a la horizontal y con una rapidez inicial de 20 m/s. La altura del edificio es de 45 m. a) Cuntotiempopermanecelapiedraenvuelo?b)Culeslavelocidaddela piedra al momento de tocar el suelo? 15. Uncanqueformaunngulode45conlahori zontal,lanzaunproyectila20 m/s. A 20 m del can se encuentra un muro de 21 m de altura. Determinar: a) A qu altura del muro hace impacto el proyectil? b) Cunto tiempo transcurrir entre eldisparoyelimpactoenelmuro?c)Qualturamximayquealcance horizontal tendra el proyectil si no estuviera el muro? 16. Un reproductor de CD gira a una velocidad angular de 32.5 rad/s cuando toca una pistaconunradiode4.0cm.Culeslarapidezlinealenelradio?Culesla frecuencia en revoluciones por minuto? 17. Unallantade0.5mderadiogiraaunarapidezconstantede200rev/min. Encuentrelarapidezylaaceleracindeunapequeapiedraincrustadaenel borde exterior de la llanta. 18. Unneumticocolocadoenunamquinadebalanceoenuntallerdeservicio comienza a girar a partir del reposo, y efecta 4.7 rev en 1.2 s antes de alcanzar su velocidad angular final. Calcule la aceleracin angular. 19. Unmotorelctricohacegirarunaruedaaraznde100rev/min.Supongauna aceleracin angular negativa constante, cuya magnitud es de 2 rad/s2. a) Cunto tiempotardalaruedaendetenerse?b)Cuntosradianesrecorrilaruedaen este intervalo de tiempo? 20. Unapelotaestunidaalextremodeunacuerdade1.5mygiraencrculoscon rapidez constante de 22 rev/min. Cul es la aceleracin centrpeta? 33 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 GUA DE DISCUSIN No. 2 1. Una cubeta de pintura de 2.5 kg cuelga de una cuerda sin masa de otra cubeta de pintura de 3.5 kg que tambin cuelga de otra cuerda sin masa como se muestra en la figura. a) Si las cubetas estn en reposo, cul es la tensin en cada cuerda?, b) Si las dos cubetas se jalan hacia arriba con una aceleracin a = 1.6 m/s2 cul es la tensin en cada cuerda? 2.El bloque que se muestra en la figura tiene una masa de 7 kg y se encuentra sobre un plano sin friccin inclinado a un ngulo de 22con respecto a la horizontal. a) Determine la aceleracin del bloque conforme este se desliza por el plano. b) Si el bloque parte del reposo a 12 m arriba en el plano desde su base, cul ser la rapidez del bloque cuando llegue al fondo del plano inclinado? 3. Encuentre la tensin de las cuerdas A y B en cada caso: 4.Elcoeficientedefriccinestticaentreelteflnyloshuevosrevueltosesde 0.04.Culeselngulomspequeodesdelahorizontalqueprovocarque los huevos resbalen en el fondo de una sartnrecubierta de tefln? 5.Unbloquede4.8kgestsobreunplano inclinadoa39recibelaaccindeunafuerza horizontalde46N.Elcoeficientedefriccin cinticaentreelbloqueyelplanoesde0.33 culeslaaceleracindelbloquecuandose mueve hacia arriba por el plano? 6.Uncajndescansaenlaplataformadecargadeuncamin.Elcoeficientede friccinentreelcajnylaplataformas=0.40.Sielcaminsedetiene MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA rpidamente,elcajnsedeslizarhaciaadelanteyseestrellarconlacabina del camin.Cul es la desaceleracin mxima de frenado que puede tener el camin para que el cajn permanezca quieto? 7.Alfrenarenunaemergencia,untrenqueviajaa35m/srechinaparadetenerse, contodaslasruedastrabadas.Ladesaceleracinconstantetarda7.5spara completarse. Cul es el coeficiente de friccin cintica entre el tren y los riel 8.Un bloque de 25 kg est inicialmente en reposo sobre una superficie horizontal. Se necesita una fuerza horizontal de 75 N para poner el bloque en movimiento. Despus que empieza a moverse se necesita una fuerza de 60 N para mantener el bloque en movimiento con rapidez constante. Determine los coeficientes de friccin esttica y cintica a partir de esta informacin 9.Usted sostiene un libro contra la pared apretndolo con su mano. La fuerza forma unngulo conlapared.Lamasadellibro estticaentre el libro y la pared es A)Dibuje el diagrama de cuerpo libre para el libro. B)Calcule la magnitud de la fuerza que usted debe ejercer para (apenas) mantener el libro estacionario.C)Para qu valor del ngulo posible? Cul es la magnitud de la menor fuerza posible? D)Si usted empuja a un ngulo mayor de 90, debe hace rlo muy fuerte para sostener el libro en su lugar. Para qu valor del nguen su lugar? 10. Dos tractores remolcan una casa mvil a una nueva localidad, como se muestra en la figura. La fuerza resultante de las fuerzas Fcablesesparalelaala fuerza resultante. FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 rpidamente,elcajnsedeslizarhaciaadelanteyseestrellarconlacabina Cul es la desaceleracin mxima de frenado que puede tener el camin para rmanezca quieto? Alfrenarenunaemergencia,untrenqueviajaa35m/srechinaparadetenerse, contodaslasruedastrabadas.Ladesaceleracinconstantetarda7.5spara completarse. Cul es el coeficiente de friccin cintica entre el tren y los rielUn bloque de 25 kg est inicialmente en reposo sobre una superficie horizontal. Se necesita una fuerza horizontal de 75 N para poner el bloque en movimiento. Despus que empieza a moverse se necesita una fuerza de 60 N para mantener el imiento con rapidez constante. Determine los coeficientes de friccin esttica y cintica a partir de esta informacinUsted sostiene un libro contra la pared apretndolo con su mano. La fuerza forma conlapared.Lamasadellibroes m yelcoeficientedefriccinestticaentre el libro y la pared ess . Dibuje el diagrama de cuerpo libre para el libro.Calcule la magnitud de la fuerza que usted debe ejercer para (apenas) mantener el valor del ngulo la magnitud de la fuera requerida es la ms pequea posible? Cul es la magnitud de la menor fuerza posible?Si usted empuja a un ngulo mayor de 90, debe hace rlo muy fuerte para sostener el libro en su lugar. Para qu valor del ngulo se har imposible sostener el libro Dos tractores remolcan una casa mvil a una nueva localidad, como se muestra en la figura. La fuerza resultante de las fuerzas FA y FB ejercida sobre la casa por los cablesesparalelaalalneaLyFA=4500N.DetermineFBylamagnituddela 34 rpidamente,elcajnsedeslizarhaciaadelanteyseestrellarconlacabina Cul es la desaceleracin mxima de frenado que puede tener el camin para Alfrenarenunaemergencia,untrenqueviajaa35m/srechinaparadetenerse, contodaslasruedastrabadas.Ladesaceleracinconstantetarda7.5spara completarse. Cul es el coeficiente de friccin cintica entre el tren y los rieles?Un bloque de 25 kg est inicialmente en reposo sobre una superficie horizontal. Se necesita una fuerza horizontal de 75 N para poner el bloque en movimiento. Despus que empieza a moverse se necesita una fuerza de 60 N para mantener el imiento con rapidez constante. Determine los coeficientes de friccin Usted sostiene un libro contra la pared apretndolo con su mano. La fuerza formayelcoeficientedefriccin Calcule la magnitud de la fuerza que usted debe ejercer para (apenas) mantener el la magnitud de la fuera requerida es la ms pequea Si usted empuja a un ngulo mayor de 90, debe hace rlo muy fuerte para sostener lo se har imposible sostener el libro Dos tractores remolcan una casa mvil a una nueva localidad, como se muestra en ejercida sobre la casa por los ylamagnituddela 35 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 11. Losantiguosegipciosmovangrandespiedrasarrastrndolasporlaarenaen trineos.Cuntosegipciossenecesitabanparaarrastrarunobeliscode700 toneladas mtricas? Suponga que k =0.30 para el trineo sobre arenay que cada egipcio ejerca una fuerza horizontal de 360 N 12. Un elevador tiene una masa m = 500 Kg. a) Cul es elvalor de la tensin en el cabledeaceroquelosostienecuandoestinmvil?;b)Supongaquealiniciarel ascenso, el elevador posee una aceleracin de 2.0 m/s2, cul es en ese instante latensinenelcable?;c)Considerequelatensinmximaqueelcablepuede soportar es igual a 8.0 x 103 N. cunto vale la aceleracin mxima que podr ser comunicada al elevador sin que se rompa el cable?. 13. Dos cajas estn sobre una superficie horizontal sin friccin. La mujer con zapa t os de golf que le dan traccin (agarre) aplica una fuerza horizontal de F = 50.0 N a la cajade6.0Kg.a)Dibujeeldiagramadecuerpolibredecadacaja;b)Qu magnitud tiene la aceleracin del sistema?; c) Cul es la tensin en la cuerda que une las dos masas?. 14. Unavelocistaolmpicapuedearrancarconunaaceleracincasihorizontalde15 m/s2. Qu fuerza horizontal debe aplicar una corredora de 55 Kg a los bloques de salida para producir esta aceleracin? Qu cuerpo ejerce la fuerza que impulsa a la corredora; los bloquees o ella misma? 15. A un bloque se le da una velocidad inicial de 5.0 m/s hacia arriba de un plano sin friccin con una inclinacin de 20 . Cun alto se desliza el bloque sobre el plano antes de que se detenga? 16. Analizar el siguiente diagrama y responder B A C mA= 5 Kg MB= 2 Kg 30 a)Cual debe ser la masa de C de modo que el sistema permanezca en reposo?. Y para que el sistema se mueva con velocidad invariable?Cul es el valor de cada tensin en los cablees?b)Cul debe ser la masa de C de modo que el sistema se acelere, con una aceleracin constante de 0.7 m/s2 hacia arriba del plano?c)Cul es la tensin en cada cable? 36 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 GUA DE DISCUSIN No. 3 1.Unamanzanacae35mdeunquintopisodeunedificiodedepartamentosala calle. La masa de la manzana es de 0.20 Kg. Cunto trabajo realiza la gravedad en la manzana durante la cada? 2.Unascensorvacotieneunamasade600Kgyestdiseadoparasubircon rapidezconstanteunadistanciade20m(5pisos)en15segundos.Lapotencia proviene de un motor capaz de suministrar 30 HP al ascensor. Cuntos pasajeros comomximopuedensubirenelascensor?Supongaunamasade65Kgpor pasajero. 3.Un hombre empuja un cajn por un piso plano de concreto. La masa del cajn es de 120 Kg y el coeficiente de friccin entre el cajn y el piso es k = 0.5 Cunto trabajohaceelhombre si,empujandohorizontalmente,mueveelcajn 15mcon rapidez constante? 4.Un auto de 1,500 Kg acelera uniformemente desde el reposo hasta 10 m/s en 3.0s.Encuentre:a)eltrabajoefectuadosobreelautoenestetiempo,b)lapotencia entregadaporelmotorenlosprimeros3.0s,yc)lapotenciainstantnea entregada por el motor en t = 2s. 5.Un peso de 100 lbf cae 22.5 plg. a partir del reposo y golpea el extremo superior deunresorteverticalcuyaconstanteesde25lbf/plg.Halle:a)Lacompresin mximadelresortehastaqueelcuerpoquedeenreposo.b)Laenergacintica mxima del cuerpo. No tenga en cuenta la masa del resorte y el rozamiento. 6.Unresortedeunfusiltieneunaconstantede700N/m.Secomprime5.1cma partirdesulongitudnormalyenelcandelfusilseponecontraelresorteuna bolaquepesa0.134Nt.Sinohayrozamientoyelcandelfusileshorizontal, con qu velocidad saldr la bola del fusil cuando se dispare? 7.Un bloque de 44.5 N es empujado hacia arriba por un plano inclinado 30 respectoa la horizontal con una velocidad inicial de 4.88 m/s. Se observa que sube 1.52 ma lo largo del plano, se detiene y regresa al punto de partida. Calcule la fuerza derozamiento que obra sobre el bloque y la velocidad del bloque al volver al puntodepartida. 8.Un automvil de 200 Kg empieza a subir una pendiente como lo indica la figura. Su velocidad inicial en el punto A es de 20 m/s si su velocidad en B es de 5 m/s cul es el valor promedio de la fuerza de rozamiento que impide su movimiento?. La distancia de A a B es de 40m B 20 m/s h B =10 m A 37 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 9. Un bloque de 0.60 Kg de masa se desliza 6.0 m descendiendo por una rampa sin friccininclinada20conlahorizontal.Luegosedesplazasobreunasuperficie horizontal rugosa donde k = 0.50. a) Cul es la velocidad del bloque al final de lapendiente?b)Culessuvelocidaddespusdemoverse1.0msobrela superficierugosa?c)Qudistanciaviajasobrelasuperficiehorizontalantesde detenerse?A 200 B C 10. Un resorte ideal sin masa S se puede comprimir 1.0 m mediante una fuerza de 100 N Ese mismo resorte se coloca en la parte inferior de un plano inclinado que forma unngulode30conlahorizontal.UnamasaMde10Kgsesueltaapartirdel reposoenlapartesuperiordelplanoinclinadoyquedaenreposo momentneamentedespusdecomprimirelresorte2.0m.a)Qudistancia resbal la masa antes de quedar en reposo?, b) cul es la velocidad de la masa cuando est a punto de hacer contacto con el resorte?. M S Q 11. Un bloque de 1 Kg choca contra un resorte horizontal sin peso cuya constante es de2.0N/m.Elbloquecomprimeelresortedeformndolo4.0mapartirdela posicin de reposo. Suponiendo que el coeficiente de rozamiento cintico entre el bloque y la superficie horizontal sea de 0.25, cul era la velocidad del bloque en el instante del choque? 12 Qu magnitud tiene la cantidad de movimiento de un camin de 10000 Kg que viaja con rapidez de 12 m/s? Con que rapidez tendra que viajar una vagoneta de 2000 Kg para tener: a) La misma cantidad de movimiento. b) La misma energa cintica? 38 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 13.Conunafuerza horizontalde150Nse empujaunacajade40 Kg 6m sobre una superficiehorizontalrugosa.S ilacajasemuevea velocidadconstante,encuentrea)Eltrabajorealizadoporlafuerzade150N,b)la energa cintica debida a la friccin, y c) el coeficiente defriccin cintica. 20 T on A 5 m C h 10Ton B 14.Una masa de 3 Kgparte del reposo y se desliza por una pendiente sin friccin de 30, una distancia d y hacecontacto con un resorte no deformado de masadespreciable.Lamasasedesliza0.2 madicionalescuandoalcanza momentneamente el reposo y comprime alresorte (k = 400 N/m). Encuentre laseparacin inicial entre la masa y el resorte. 15.Un resorte de masa despreciable tiene constante de fuerza K = 150 0 N/m. a) Qu tanto debe comprimirse para alcanzar en el 4.20 J de energa potencial ? b)Elresortesecolocaverticalmenteconunextremoenelpisoysedejacaer sobreellibrode1.2 0Kgdesdeunaalturade0.80m.Determineladistancia mxima que se comprimir el resorte. 39 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 GUA DE DISCUSIN No. 4 1. Un deslizador de0.150Kgsemuevealaderechaa0.8m/senunrieldeairehorizontal sin friccin y choca de frente con un deslizador de 0.300 Kg que se mueve a laizquierdaa 2.20m/s.Calculelavelocidadfinal(magnitudydireccin)decadadeslizador si el choque es elstico. 2. Undisco de hockey de 0.45 kg que viaja hacia el este con una rapidez de 4.2 m/s tiene unacolisinfrontalconotrodiscode0.9kg enreposo.Suponiendounacolisinperfectamenteelstica, cul ser la rapidez y direccin de cada disco despus de la colisin? 3. Unauto de1 200 kg que viaja inicialmente con una rapidezde 25 m/s con rumboalestechocaconlapartetraseradeunacamionetade900 kgquesemueveenlamisma direccin a 20 m/ s. La velocidad del auto justo despus del choque es de 18 m/sendireccineste.a)Culeslavelocidaddelacamionetajustodespusdel choque? b) Cunta energa mecnica se pierde en el choque?. Explique esta prdida de energa. AntesDespus4. ConsidereunapistasinfriccinAB Ccomola quesemuestraenlafigura.Unbloquede masam1=5kgsesueltadesdeA.Choca frontalmente yde maneraelstica conun bloque de masa m2= 10 kg en B, inicialmente enreposo.Calculelaalturamximaalacual m1se eleva despus del choque. 5. Enunaexcesivamentegrasosabarradecafetera,prcticamentesinfriccin,unabaguette de 0.500 Kg quese mueve a 3 m/s a laizquierda choca con un emparedadodequesoa la parrillade0.250 Kg que se mueve a 1.2 m/s a laderecha.a)Silos platillossepegan,Quvelocidadfinaltienen?b) Cunta energa mecnica se disipa? 6. Unaboladeacerode3kggolpeaunaparedcon rapidez de 10m/s a u nngulode 60con la superficie. Rebota con la misma rapidez y ngulo. Si la bola est en contactocon la pare d durante 0.2 s, culeslafuerzapromedioejercidaporlapared sobre la bola? 40 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 7. Unguepardo intercepta a una gacela en su carrera y laatrapa(unchoquetotalmentein elstico)Justo antes de este choque lagacela corra hacia el norte a 20 m/s y el guepardo corra enuna ruta de interseccinde 45al este del norte a 22 m/s. La masa del guepardo es de 60 kg y la de la gacela de 50 kg . Cules son la magnitud y direccin de los animales entrelazados en el instante despus del choque? 8.Trespersonasdeigualmasaestnsentadassobreunbotebanana(inflada).Estn sentadosalolargodelejexenlasposicionesx1=1.0m,x2=5.0myx3=6.0m. Encuentre la posicin del centro de masa. 9.Unabalade5gsedisparahorizontalmenteaunbloquedemaderade1.20Kg que descansa en una superficie horizontal. El coeficiente friccin cintica entre el bloque y la superficie es de 0.20. La bala queda incrustada en el bloque, que se desliza 0.230 m por la superficie antes de detenerse. Qu rapidez tena inicialmente la bala? 10.Un automvil vaco con masa de 1150 kg tiene su centro de masa a 2.5 m detrs del frentedelautomvil.Qutenlejosdelfrenteestarelcentrodemasacuandodos personas van en el asiento delantero a 2.8 m al frente del auto y tres personas van en el asiento trasero a 3.9 m del frente?. Suponga que cada persona tiene una masa de 70 kg. 11.Lafiguramuestraunsistemadetres6 partculas,inicialmenteenreposo,demasas 5 m1=4.1kg,m2 =8.2kgym3 =4.1kg. F1 4 F2 Fuerzas externas diferentes actan sobre las 3 partculas, de magnitudes F1= 6 N, F2= 12 N, m1 45 F3=14N.Enlafigurasemuestranlas2 m2 direccionesdelasfuerzas.Dndeestel1 centro de masa de este sistema, y cul es la -6-5-4 -3-2-1123 4 5 6aceleracin del centro de masa? -1 -2 F3 12.Unafuerzade30Nestira15cmunresorte -3 m3 vertical.a)Qumasahadesuspenderse -4 del resorte para que el sistema oscile con un -5 perodode( /4)s., b)Silaamplituddel -6 movimientoes de5 cm,dndeest el cuerpoyenqudireccinsemueve(/12)sdespusdehabersobrepasadola posicindeequilibrio,dirigindosehaciaabajo?,c)Qufuerzaejerceelresorte sobreelcuerpocuandoest3cmpordebajodelaposicindeequilibrioy movindose hacia arriba?. 13.Un cuerpo de 100g de masa cuelga de un largo resorte helicoidal. Cuando se tira de l 10 cm por debajo de su posicin de equilibrio y se abandona a s mismo, oscila con un perodode2s,a)Culessuvelocidadalpasarporlaposicindeequilibrio?,b) Culessuaceleracincuandoseencuentra5cmporencimadelaposicinde equilibrio?, c) Si se est moviendo hacia arriba. Cunto tiempo tarda en desplazarse desde un punto situado 5 cm por debajo de su posicin de equilibrio a otro situado 5 cm por encima de ella?, d) Cunto se acortar el resorte si se quita el cuerpo?. 41 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 14.En un juego de softbol de lanzamientos lentos, una pelota de softbol de 0.2 kg cruza el plato a 15 m/s y aun ngulo de 45 debajo de la horizontal. La pelota fue golpeada a40 m/s, 30 sobre la horizontal. a) Determine el impulso aplicado a la pelota, b) Si la fuerzasobrelapelotaaumentalinealmentedurante4ms,semantieneconstante durante20msyluegodisminuyehastacerolinealmenteotros4ms,encuentrela fuerza mxima sobre la pelota. 15.Unpatinadordehielode75kgquesemuevea10m/schocacontraunpatinador estacionado de igual masa. Despus del choque los dos patinadores se mueven como unosoloa5m/s.Lafuerzapromedioqueunpatinadorpuedeexperimentarsin romperseunhuesoesde4500N.Sieltiempodeimpactoesde0.1sserompe algn hueso? 16.Un cuerpo de 0,25 kg de masa est sometido a una fuerza elstica restauradora, con constante de recuperacin k = 25 N/m.a)DibjenselagrficadelaenergapotencialelsticaUenfuncindel desplazamiento x en un intervalo de x comprendido entre -0,3m y + 0,3 m. Tmense 1 cm = 1J en el eje vertical y 1 cm = 0,05m en el eje horizontal.b) Cul es la amplitud de la oscilacin?.c) Cul es la energa potencial cuando el valor de desplazamiento es la mitad que el de la amplitud?.d) Para qu valor del desplazamiento son iguales la energa cintica y potencial?e) Cul es la rapidez del cuerpo en el punto medio de su trayectoria?.f) El perodo T1.g) La frecuencia f1yh) La frecuencia angular .i)Culeselngulodefaseinicial 0silaamplitudA=15cm,eldesplazamiento inicial x0 = 7,5 cm y la velocidad inicial Vo es negativa?. 17.Un cuerpo est vibrando con movimiento armnico simple de 15 cm de amplitud y 4Hz de frecuencia, calclense: a) Los valores mximos de la aceleracin y de la velocidad,b)Laaceleracinylavelocidadcuandoeldesplazamientoes9cm,y,c)Eltiempo necesario para desplazarse desde la posicin de equilibrio a un punto situado a 12 cm de la misma. 18.Un cuerpo de 10g de masa se mueve con movimiento armnico simple de 24 cm. De amplitud y 4s. de perodo: El desplazamiento es + 24 cm. Para t = 0. Calclense: 42 MANUAL DE FSICA I(FCA1) FSICA II (FIS2) CICLO 01-2012 a) La posicin del cuerpo cuando t = 0,5 s.b) La magnitud y direccin de la fuerza que acta sobre el cuerpo cuando t = 0,5s.c)Eltiempomnimonecesarioparaqueelcuerposemuevadesdelaposicininicialal punto en que x = -12 cm, yd) La velocidad de dicho cuerpo cuando x = -12 cm.