Laboratorio de Física

(Informe Práctica #3. Dinámica)

Instituto Universitario Politécnico“Santiago Mariño”Extensión Porlamar

Introducción

En el siguiente informe se presenta un estudio de diferentes experimentos con la finalidad de describir el factor o factores que generan el movimiento en las distintas pruebas realizadas, además del estudio de conservación de la energía entendiendo que la energía no se elimina sino que se transforma en otro tipo de energía. Se trabajaran con 4 experimentos para la obtención de valores como aceleración, fuerza, velocidades y energías.

Los experimentos realizados durante la práctica fueron:

Plano Inclinado Ley de Hooke’s Péndulo Simple Conservación de la Energía

Para el desarrollo de la práctica en el laboratorio se utilizaron equipos de medición de tiempo y una interfaz, en donde se obtuvieron datos más complejos como posición angular y velocidad angular en momentos determinados, en lo que se refiere al experimento de péndulo simple además de las gráficas tanto de péndulo como para Ley de Hooke’s.

Marco Teórico

Desarrollo

A continuación se presenta el estudio de cada uno de los experimentos. Para ellos se describirá el objeto principal de estudio y los métodos de obtención de datos, tanto los obtenidos durante la práctica como los calculados.

Plano Inclinado

En este experimento el objeto principal de estudio es calcular la aceleración para los diferentes lanzamientos realizados. Se trabajara con un sistema que está conformado por una pista de 0,8m y que además tiene un ángulo de inclinación de 21º, sensores de partida y de llegada, carros con diferentes superficies y un set de masas colgantes.

Características

Superficies: o Corcho= 93.3g = 0.093Kgo Sintética= 92.4g = 0.0924Kgo Fieltro= 114.7g = 0.1147Kg

Angulo de Inclinacióno 21º

Distancia Recorrida 0,8m

El movimiento de estudio para este experimento es el que se muestra a continuación:

Diagrama de Cuerpo Libre de un plano Inclinado

Fuente: Guía de Dinámica. Laboratorio de Física

En donde masa 1 es el carro o las diferentes superficies que se van a utilizar, y masa 2 será la masa encargada de mover a masa1, pero solo si se cumple la siguiente relación:

El ángulo que se asignó viene de esta relación, esto quiere decir, que si se cambia el ángulo, el coeficiente resultante será diferente de 0,6 por lo tanto, esto es solo para los

ángulos comprendidos desde 19º hasta 23º. Por ende, si se cumple esta relación, tendrá

la masa suficiente para empezar a mover a masa 1.

Cálculos de masa 2

Partiendo de la relación anterior se calculará las a utilizar para las ya

determinadas.

Para Superficie de Corcho:

Por lo tanto será:

Despejando queda

Esto es aproximadamente igual a 0.056Kg que será la masa a utilizar por su factibilidad.

Como se realizaran dos lanzamientos por cada , cambiamos para el segundo

lanzamiento, solo agregándole 1 gramo más del valor calculado, es decir, para el siguiente

calculo = 0.057Kg.

Para primer lanzamiento:

Para segundo lanzamiento

Se realizara la misma operación para las dos superficies restantes obteniendo entonces:

Para Superficie Sintética:

Por lo tanto será:

Despejando y sustituyendo, queda

Que es aproximadamente igual a 0.055Kg

La siguiente a utilizar para la superficie sintética será:

Para Superficie de Fieltro:

Por lo tanto será:

Despejando y sustituyendo, queda

Que es aproximadamente igual a 0.069Kg

La siguiente a utilizar para la superficie sintética será:

En la siguiente tabla se muestran tanto los valores calculados y obtenidos para este experimento.

Tabla 1

Masa 1 Masa 2 Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Ensayo 4 Ensayo 5 Tiempo Promedio

Desplazamiento

0.0933Kg 56Kg 0.8m

0.0933Kg 57Kg 0.8m

0.0924Kg 55Kg 0.8m

0.0924Kg 56Kg 0.8m

0.1147Kg 69Kg 0.8m

0.1147Kg 70Kg 0.8m

Masas a utilizar, tiempo de recorrido para las diferentes masas además del tiempo promedio y desplazamiento total de las superficies.

Los valores de tiempos que se muestran en la tabla anterior se obtuvieron del temporizador y la distancia recorrida o desplazamiento es la delimitada por los sensores de partida y de llegada.

El cálculo de la aceleración respectiva para cada lanzamiento se hará utilizando

Por lo tanto las diferentes aceleraciones para la superficie de corcho quedarían de la siguiente manera:

1= 0.708𝑎 𝑚

2𝑠

2= 0.638𝑎 𝑚

2𝑠

Para la superficie sintética quedarían

Para la superficie de fieltro quedarían

Estos serían entonces los valores de la aceleración para cada uno de los lanzamientos. Para el cálculo del tiempo promedio solo se suman los tiempos y se dividen entre el número de tiempos obtenidos para cada lanzamiento.

Ley de Hooke’s

El objetivo principal de este experimento es calcular la fuerza que 5 masas diferentes

ejercen sobre un resorte que tiene una constante de estiramiento determinada de .

Luego se pretende graficar la fuerza ejercida por cada masa con respecto al desplazamiento de cada una de ellas. Por utilizar el mismo resorte para todas las mediciones, la gráfica debería ser una pendiente ya que la fuerza va a ser proporcional al valor de la masa.

Para este experimento se trabajará con un sistema conformado por un resorte con una constante de estiramiento determinada, un indicador, una escala en cm y 5 masas colgante las cuales harán el desplazamiento en las pruebas.

Características

Constante de Estiramiento= 8N/m Masas a Utilizar:

o 10g, 20g, 30g, 40g y 50g.

La expresión para calcular la fuerza viene determinada por

En donde K es la constante de estiramiento y X es el desplazamiento del resorte en la escala.

La siguiente imagen describe el proceso del experimento de Ley de Hooke’s

Sistema de Trabajo para la Ley de Hooke’sFuente: Guía de Dinámica. Laboratorio de Física

Para cada masa se obtuvieron desplazamientos diferentes. En la siguiente tabla se muestran los valores de las masas y de sus respectivos desplazamientos en la escala en centímetros, para los cuales se hará la conversión a metros; además de la fuerza proporcional calculada.

Tabla 2

Masas Desplazamiento en cm Desplazamiento en m Fuerza Proporcional10g 1,2cm 0.012m20g 2,4cm 0.024m30g 3,6cm 0.036m40g 4,8cm 0.048m50g 6.1cm 0.061m

Valores de las masas utilizadas, sus desplazamientos y su fuerza proporcional

Para el cálculo de la fuerza se utilizara la expresión antes mencionada

Para

Se obtiene entonces

Para

Se obtiene

Para

Se obtiene

Para

Se obtiene

Para

Se obtiene entonces

A partir de estos valores de fuerza y de los desplazamientos, la gráfica se obtiene del software DataStudio introduciendo los valores en una tabla del programa. Se obtuvo la siguiente gráfica:

Gráfica y tabla del Desplazamiento Vs Fuerza.

Péndulo Simple