Preparation of Papers to be Submitted to

Fsica general.

Informe de Laboratorio 2

JAVIER MORALES.Mail. Javiermorales8610@hotmail.com. Celular. 3144752583

Resumen

Las practicas que se llevaran a cabo en el laboratorio de Fsica son: Fuerzas (Trabajo y Energa), Ley de Hooke, sistemas en equilibrio, movimiento armnico simple y leyes de Newton. Aprenderemos a manejar sus conceptos y aplicaciones para la solucin de problemas.

1. Introduccin

El informe tiene como objetivo fundamental, conocer y comprender aspectos generales de esta disciplina, para ello se propone el desarrollo de las prcticas de laboratorio, donde estudiaremos y aplicaremos los conceptos concernientes a los fenmenos de Fuerzas (Trabajo y Energa), Ley de Hooke, sistemas en equilibrio, movimiento armnico simple MAS y leyes de Newton.Estos conocimientos y experiencias nos permiten aplicarlos a diario en nuestra vida.TITULO

LEY DE HOOKE

DEFINICION:

Enfsica, laley de elasticidad de Hookeoley de Hooke, originalmente formulada para casos del estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elstico es directamente proporcional a la fuerza aplicadaF:

Siendo el alargamiento,Lla longitud original,E:mdulo de Young,Ala seccin transversal de la pieza estirada. La ley se aplica a materiales elsticos hasta un lmite denominadolmite elstico.

Esta ley recibe su nombre deRobert Hooke, fsico britnico contemporneo deIsaac Newton. Ante el temor de que alguien se apoderara de su descubrimiento, Hooke lo public en forma de un famosoanagrama,ceiiinosssttuv, revelando su contenido un par de aos ms tarde. El anagrama significaUt tensio sic vis("como la extensin, as la fuerza").

OBJETIVOS:

Comprobar la validez de la ley de Hooke, usando un resorte helicoidal y usando una masa seleccionada.

El objetivo principal es encontrar la constante de proporcionalidad de fuerza contra desplazamientoPROCEDIMIENTO

Para comprobar el experimento se utilizaron los equipos del laboratorio de fsica de la Universidad UNAD, y se realizo haciendo el siguiente montaje.

2. Practica No. 6 Fuerzas

Titulo: Trabajo y Energa Mecnica

Objetivo: Verificar la equivalencia entre trabajo y energa.

Para el desarrollo de esta prctica se utilizaron los equipos que posee la universidad UNAD y que nos permite comprobar fcilmente su parte terica.

Los equipos en mencin son los siguientes:

EQUIPOS NECESARIOS PARA DESARROLLAR EL EJERCICIO

DESARROLLO DE LA PRCTICACuelgue el resorte en el sensor (Newton Sensor). Conecte el otro extremo del resorte y fjelo a la base deslizante, a travs del sensor de movimiento- realice las conexiones elctricas de acuerdo a la figura.

Inicie el software Mesure, y fije los parmetros de medida de acuerdo con las siguientes figuras.

PROCEDIMIENTO

Coloque la base deslizante en la posicin inicial, (tenga especial cuidado de no estar ejerciendo fuerza sobre el resorte). Y haga clic en contine (ntese que las medidas comenzaran y terminaran de deforma manual como se fij en los parmetros anteriores). A continuacin, despacio y continuamente mueva la base por la regla, a lo largo de 20 a 30 cm. El resultado obtenido debe ser as.

El resultado obtenido debe darnos un grafico similar al presentado

2.1. Registro de datos de la experienciaNUMERO DE PRUEBAFUERZAS (NEWTON)DESPLAZAMIENTO (METROS)

10,7995,1

20,8098,4

3O,7692,6

Tabla 1.

Grafico 1, perteneciente a la tabla1 prueba1.

Grafico 2, perteneciente a la tabla 1 prueba 2.

2.2 Conclusiones

La grafica de DEFORMACION Fuerza (N) vs. Desplazamiento (m) nos muestra un comportamiento lineal, es decir la funcin indica que la elongacin (deformacin) es directamente proporcional a la fuerza.

Es decir la pendiente de la lnea es la misma constante de proporcionalidad o constante de elasticidad del resorte.

Solo tomamos los tres datos que arrojaron medidas coherentes para elaborar los clculos.

TEORIA EXPLICATIVA DE LA PRUEBA.

Se puede medir la rigidez de un resorte tomando el tiempo de oscilacin de una carga suspendida. Para un resorte en su regin hookeana (carga proporcional a la deformacin) es posible probar que el perodo de oscilacin P de una masa Suspendida m , est dado por:

P= 2 En donde k es la constante de rigidez de ese Resorte en particular [1], [2], [3] y [4]. El objetivo del presente experimento es medir el valor de k de un resorte con una incertidumbre del 10 %.

La ecuacin (1) se puede reescribir como:

M= La que es lineal en m y P2 con pendiente k/42.As, midiendo la variacin del perodo de oscilacin al variar la carga, podemos trazar una grfica de m y P2 y obtener el valor de k a partir de la pendiente

. MATERIALES Y MTODOS Usando el aparato que se muestra en la Fig. 1, se midi la variacin del perodo de oscilacin con la carga. Las cargas consistieron en un juego de pesas graduadas Pasco desde 0.1 kg. Hasta 0.5 kg con una incertidumbre especifica de 0.04 % . El perodo de oscilacin se midi tomando el tiempo de varias oscilaciones, usando un cronmetro graduado en 1/5 de segundo

Los valores medidos de la carga y del perodo de oscilacin se muestran en la tabla 2. Para decidir si la incertidumbre en la medida del tiempo era la apreciacin del reloj (0.2 s) o era la introducida en la habilidad de su manejo, se tomaron 10 medidas del tiempo necesario para que la masa de 0.10 kg. realizara 10 oscilaciones (Tabla 1).

La incertidumbre estadstica se estim con la desviacin estndar, (3), (podra haberse estimado con la desviacin estndar de la media), y se obtuvo 0.3 s., valor que predomina sobre 0.2 s.

Los datos obtenidos en el experimento se reportan en la tabla 2. Las incertidumbres en P y en P2 se calcularon por propagacin, (4), (5). La incertidumbre en la masa se despreci.

La grfica de los valores de m vs P2 se muestra en la Fig.2. El valor de k y su incertidumbre fueron calculadas a partir de las pendientes de las tres lneas ilustradas y que fueron estimadas a pulso: la del centro es la mejor recta que ajusta linealmente los datos (L3) y las otras dos son las rectas extremas que ajustan los datos dentro del rango de incertidumbre permitido por las barras de error (L1 y L3). As, si a mx. Es la pendiente de la recta L1 , amn la de L2 y a la de L3, se obtuvo Fig. 2.

Fig. 2 Carga vs El Cuadrado del PerodoLa grafica anterior fue tomada del captulo explicativo del tema y no hace parte de los experimentos obtenidos en el laboratorio

3. Practica No. 7Sistemas en equilibrio Titulo: Equilibrio de Fuerzas.

Objetivo: Aplicar los conceptos de descomposicin de un vector y sumatoria de fuerzas.

ProblemaEn ciertas ocasiones necesitamos encontrar las condiciones de equilibrio para encontrar valores para determinados problemas, adems de entender la descomposicin de un vector en sus componentes.

3.1 Materiales Dos soportes universales

Dos poleas

Juego de pesitas

Dos cuerdas

Un transportador

3.2 ProcedimientoMonte los soportes y las poleas como se indica

1. Tome varias pesitas y asgneles el valor M3

2. Como se indica en el dibujo, encuentre dos masas M1 y M2 que equilibren el sistema. El equilibrio del sistema est determinado por los ngulos de las cuerdas con la horizontal y la vertical. Tome tres posiciones diferentes para la misma masa M3 y dibuje los diagramas de fuerzas sobre papel milimetrado.

3. Repita los pasos 2 y 3 con diferentes valores para M1, M2 y M3

3.3 Registro de datos de experiencia 1.Para los datos de la Experiencia 1, las masas del sistema no se cambian y solo se modifica la altura de una de las poleas.SISTEMA DE EQUILIBRIO DE FUERZAS

VALOR DE LA PESAS EN EL EXPERIMENTOVALOR DE LOS ANGULOS

M1M2M3

5010050646551

Tabla 2. Practica 7.

Montaje 1.Diagrama de Fuerzas. Montaje 1

1. Se tomaron 3 pesas de los valores relacionados en la tabla y se les denomino (M1, M2, y M3).

2. Como se indica en el dibujo, encuentre dos masas M1, M2 y M3 que equilibren el sistema. El equilibrio del sistema est determinado por los ngulos de las cuerdas con la horizontal y la vertical. Tome tres posiciones diferentes para la misma masa M3 y dibuje los diagramas de fuerzas sobre el papel milimetrado.

3. Repita los pasos 2 y 3 con diferentes valores para M1,M2 y M3INFORME:

3.4 ANALISIS Y DESARROLLO DE LOS DATOS OBTENIDOS

Desarrollo del primer cuadro.

(Tabla 2. Practica 7.)

Para el desarrollo de este ejercicio se descompone el sistema de fuerzas de la siguiente manera: Anlisis del componente de fuerzas sobre la pesa de la izquierda masa (M1) de 50 gramos.

Graficas composicin de fuerzas sobre la pesa M1.

COMPONENTES DE FUERZAS SOBRE ESTE PESO.

W1 = 50 grs * 9.8 m/W1 = 0. 490 Newton

T1 = m * g.

T1 = 50 grs * 9.8 m/T1 = O.490 Newton

fm1 = T1 W = 0

f1 = 0.490 -0.490 = 0

Anlisis del componente de fuerzas en la pesa de M2 = 100 gramos.

T2x = T2 * coseno de T2x = T2 * coseno de 64

T2x = 100 grs * 9.8 m/.* coseno de 64

T2x =0, 98 Kgrs/ m/ * 0,43

T2x= 0.42 Newton.

T2y = T2 * seno de 64

T2y = 0,42 Newton * 0,89

T2y = 0,37 Newton.

T3x = T3 * coseno de T3x = T3 * coseno de 65

T2x = 100 grs * 9.8 m/.* coseno de 65

T2x =0, 98 Kgrs/ m/ * 0,42

T3x= 0.41 Newton.

T3y = T3 * seno de 65

T2y = 0,42 Newton * 0,90

T2y = 0,37 Newton.

Habiendo sacado el componente de fuerzas para cada una de las componentes, procedemos de la siguiente forma para sacar la total.

CONDICINES DE EQUILIBRIO.fx = T2 coseno - T3 * coseno de fx = 0,42 0,41.

Fx =0 Fx = 0.42-0.41

Fx = 0.01.Para este caso encontramos un error presentado en el momento de la toma de datos. Pues el sistema en la prueba se mostro en equilibrio. Fy= 0

Fy= 0.37 -0.37

Fy = 0Vemos que para el eje y se cumple con la condicin.Anlisis de los componentes de fuerza sobre la masa 3 (M3)

W3 = 50 grs * 9.8 m/W3 = 0. 490 Newton.

T3 = m * g.

T3 = 50 grs * 9.8 m/T3 = O.490 Newton

fm3 = T3 W = 0

f3 = 0.490 -0.490 = 0SISTEMA DE EQUILIBRIO DE FUERZAS

VALOR DE LA PESAS EN EL EXPERIMENVALOR DE LOS ANGULOS

M1M2M3

7010570454095

Tabla3. Practica 7.

Para el anlisis de el Segundo ejercicio, donde se cambian las masas y los ngulos procederemos de igual forma que en el primer caso:

Para el desarrollo de este ejercicio se descompone el sistema de fuerzas de la siguiente manera: Anlisis del componente de fuerzas sobre la pesa de la izquierda masa (M1) de 70 gramos.

Graficas composicin de fuerzas sobre la pesa M1.

COMPONENTES DE FUERZAS SOBRE ESTE PESO.

W1 = 0.70 kg * 9.8 m/W1 = 6.86 Newton

T1 = m * g.

T1 = 0.70 kg * 9.8 m/T1 = 6.86 Newton

fm1 = T1 W = 0

f1 = 6.86-6.86 = 0

Anlisis del componente de fuerzas en la pesa de M2 = 105 gramos.

=45 =40

T2x = T2 * coseno de T2x = T2 * coseno de 45

T2x = 0.105 kg * 9.8 m/.* coseno de 45

T2x =1.029 Kg/ m/ * 0.707T2x= 0.727 Newton.

T2y = T2 * seno de 45

T2y = 1.029 Newton * 0.707T2y = 0,727 Newton.

T3x = T3 * coseno de T3x = T3 * coseno de 40

T2x = 0.105 kg * 9.8 m/.* coseno de 40

T2x =1.029 Kg/ m/ * 0,.766T3x= 0.788 Newton.

T3y = T3 * seno de 40

T2y = 1.029 Newton * 0,642T2y = 0,66 Newton.

Habiendo sacado el componente de fuerzas para cada una de las componentes, procedemos de la siguiente forma para sacar la total.

CONDICINES DE EQUILIBRIO.

fx = T2 coseno - T3 * coseno de fx = 0.727-0.788fx = 0.061 Fx =0

Fx = 0.061

Fx = 0.061.

Para este caso encontramos un error presentado en el momento de la toma de datos. Pues el sistema en la prueba se mostro en equilibrio.

Fy= 0

Fy= 0.727-0.66 Fy = 0.067Para este caso encontramos un error presentado en el momento de la toma de datos. Pues el sistema en la prueba se mostro en equilibrio.

Anlisis de los componentes de fuerza sobre la masa 3 (M3)

W3 = 0.70 kg * 9.8 m/W3 = 0. 0.686 Newton.

T3 = m * g.

T3 = 0.70 kg * 9.8 m/T3 = O.686 Newton

fm3 = T3 W = 0

f3 = 0.686-0.686 = 0

SISTEMA DE EQUILIBRIO DE FUERZAS

VALOR DE LA PESAS EN EL EXPERIMENVALOR DE LOS ANGULOS

M1M2M3

7010070504585

Tabla4. Practica 7.

3.4 Condiciones de Equilibrio

La suma algebraica de las componentes (rectangulares) de todas las fuerzas segn cualquier lnea es igual a cero.

La suma algebraica de los momentos de todas las fuerzas respecto cualquier lnea (cualquier punto para fuerzas coplanares) es igual a cero.

Lo anterior se explica con la condicin que si para cada fuerza que acta en el sistema existe una que la contrarresta y mantiene al cuerpo en una situacin estable, se dice que es un sistema de fuerzas en equilibrio. Es decir al descomponer una fuerza en los ejes y o x de un sistema coordenado, para cada fuerza que acta debe haber una opuesta y de la misma magnitud.3.5Conclusiones

Un sistema de fuerzas en equilibrio, se da cuando la sumatoria de todas las fuerzas que actan sobre un cuerpo son cero, esto tambin tiene que darse con las componentes de dichas fuerzas en cualquier direccin. Para los datos de la Experiencia 2, en el cual se cambia las masas y se modifican los angulos. al quedar el sistema en equilibrio los ngulos con respecto a la horizontal sufren variacin por efecto del cambio de dicha masas.4. Practica No. 8Movimiento armnico simple

Titulo: El Pndulo Simple

Objetivo: Comprobar la leyes del movimiento armnico simple MAS

4.1 TeoraUn pndulo consta de una esfera de masa m sujeta a una cuerda ligera de longitud l. Comunicando al pndulo la energa adecuada se produce un movimiento de carcter peridico.

El periodo de cada oscilacin esta dada por:

Donde l es la longitud del pndulo y g es la gravedad de la tierra. Esta expresin solamente es valida para oscilaciones con pequeas amplitudes, es decir cuando el ngulo entre la cuerda y la vertical es muy pequeo, se puede considerar menor de 15.

4.2 Materiales Un soporte universal

Una cuerda

Una pesita o una esfera con argolla

Un cronmetro

4.3 Procedimiento1. Ate un extremo de la cuerda a la esfera y el otro al soporte universal.

2. Para una longitud de la cuerda de 100 cm mida el periodo de la oscilacin de la siguiente manera: Ponga a oscilar el pndulo teniendo cuidado que el ngulo mximo de la oscilacin no sobrepase de 15. Tome el tiempo de 10 oscilaciones completas, entonces el periodo (tiempo de una oscilacin) ser el tiempo de 10 oscilaciones dividido por 10. Repita varias veces.

3. Vare la longitud del pndulo gradualmente disminuyendo 10 cm. cada vez y en cada caso halle el periodo de oscilacin.

4. Consigne estos datos en la tabla 6.5. Realice una grfica en papel milimetrado de T = f (L), o sea del periodo en funcin de la longitud y determine que tipo de funcin es.

6. Calcule la constante de proporcionalidad.

7. Realice un breve anlisis de la prctica y de sus resultados.

4.4 Registro de datos de experiencia Tabla 5.Datos longitud y PeriodoL

(m)1,000,900,800,700,600,500,400,300,200,10

T

(s)1,991,891,781,631,521,391,230,960,860,73

Grfico 1. Grfica del perodo del pndulo en funcin de la longitud medida

Grfico 1. Grfica del perodo del pndulo en funcin de la longitud medida.

En la siguiente figura observamos una posible relacin potencial entre las variables, y para verificarla cambiamos las escalas lineales de los ejes por escalas logartmicas y se obtuvimos una relacin del tipo T en funcin de L.

4.5 Conclusiones El periodo es directamente proporcional a la raz cuadrada de la longitud, el grafico es una curva creciente.

5. Practica No. 9 Movimiento armnico simple

Titulo: Sistema masa resorte

Objetivo: Comprobar la leyes del movimiento armnico simple MAS y aplicarlas para resolver un problema concreto

5.1 Teora

Cuando se suspende el extremo superior de un resorte de un punto fijo y del extremo inferior se cuelga una masa m, el resorte se puede inducir a moverse en un movimiento armnico simple (MAS), si se le proporciona la energa adecuada.

El periodo de cada oscilacin esta dada por:

Donde m es la masa suspendida de la parte inferior del resorte y k es la constante de elasticidad del resorte, la misma a la que nos referimos en una practica anterior.

Como se ve para el resorte el periodo de oscilacin en este caso si depende de la masa oscilante m.

Despejando k de la expresin del periodo, tenemos:

5.2 Materiales Un soporte universal

Un resorte

Un juego de pesitas

Un cronmetro

5.3 Procedimiento Establezca previamente el valor de la masa de cada una de las cinco pesitas de esta prctica.

Fije el extremo superior del resorte del soporte universal y del extremo inferior cuelgue una pesita.

Ponga a oscilar el sistema resorte-masa. Mida el periodo de oscilacin con el mismo mtodo que se utiliz para el pndulo. Realice como mnimo tres mediciones y tome el valor promedio.

Repita el paso 3 para 5 diferentes pesos.

Escriba los datos en la tabla 4 y calcule en cada caso k.

Establezca la k promediando los valores obtenidos. Determine las unidades de k.

5.4 Registro de datos de experiencia

M (g)100 gr 120gr140gr160gr180gr

T6,608,189,089,569,78

K9062,977080,276704,246911,637430,06

Para calcular la K (constante de proporcionalidad del resorte) se aplica la siguiente formula

T=periodo

t= tiempo

Numero de oscilaciones

T=t/No de oscilaciones que para este ejercicio fueron 10

K=4*9.8696*100gr = 3947.83 =9062.97

0.66*0.66 0.4356

TABLA 6Datos para determinacin de la constante de elasticidad de un resorte

5.5 Anlisis de la prctica Los factores de los que depende la constante de elasticidad de un resorte:El resorte presenta una constante de elasticidad que depende de varios factores: forma del resorte, material de que est hecho, etc. Esta constante determina el valor de la fuerza de recuperacin del resorte cuando lo estiramos. Esta fuerza es de tipo conservativo y el trabajo realizado por ella se acumula en forma de energa potencial. Cuando el resorte se estira o se contrae va acumulando una energa que llamamos energa potencial elstica, que es la que utilizar para volver a su posicin inicial.6. Prctica No 10

Leyes de Newton

Titulo: Segunda Ley de Newton

6.1 Teora

La aceleracin de un objeto es proporcional a la fuerza F actuando sobre ella e inversamente proporcional a su masa m. Expresando F en nwtones obtenemos a--para cualquier aceleracin, no solamente para la cada libre--de la siguiente forma a = F/m

Debemos notar que ambas a y F no solo tienen magnitudes, sino tambin direcciones--ambas son cantidades vectoriales. El denotar vectores (en esta seccin) mediante letras en negritas, hace que la segunda ley de Newton sea leda adecuadamente:

a = F/m

Esto expresa el enunciado anterior "se acelera en la direccin de la fuerza."

Muchos libros de texto escriben

F = ma (4)

Pero la ecuacin (3) es la manera en que se utiliza normalmente--F y m son las entradas, a es el resultado.

6.2 Materiales

Pida los materiales para la segunda ley de Newton (con riel de aire) asistido por computador y relaice el montaje de la figura.

Tenga en cuenta que la cuerda que hala el no debe golpear a ningun objeto en el riel.

6.3 Procedimiento

Inicie el programa Measure, seleccione el modulo cobra 3 Traslation Rotation. Y fije los siguientes parmetros de medida.

2. Coloque el deslizador en la posicin inicial y fijelo en el sitema de arranque mediante el imn. En el otro extremo se encuentran las pesas con las que ser halado el objeto. Luego, suelte el deslizador, observara que la medida comenzara y finalizara automticamente.

3. Observe los resultados obtenidos y exprtelos en una hoja de Excel para realizar un posterior anlisis.

4. Incremente el peso del deslizador en 20 g (10 gramos a cada lado) realice el mismo procedimiento, para tomar los datos.

Montaje experimento7.4 Resultados a. Experiencia 1

Tabla 1.

6.5 Anlisis de la prctica

Despus de realizar la prctica y realizar las graficas pertinentes podemos observar que en primera instancia en la grafica de la velocidad v/s tiempo de nuestra prctica a medida que el tiempo aumenta la velocidad tambin se incrementa.

Para la segunda grafica solicitada que corresponde a distancia V/S tiempo sucede lo mismo y es algo obvio pues a una velocidad constante con el paso del tiempo recorrer mayor distancia.

En cuanto a la tercera grafica solicitada que corresponde a Aceleracin V/S tiempo podemos observar algo interesante y es que la aceleracin en los primeros instantes se incrementa hasta alcanzar por decirlo as un promedio estable y luego se mantiene casi invariable.

El movimiento pasa de ser uniformemente acelerado a ser uniforme, debido a que la aceleracin de la gravedad ya no es ejercida sobre el objeto, despus de haber tocado el tope lleva una velocidad constante.Bibliografa

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_1349868194.dwg

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