LIBRO DINÁMICA DE BEER Y JOHNSTON

Mecánica Vectorial Para Ing... by Salazar Rodrigo

Trabajo Unidad 1 Mecánica II Sem. I-2020

Udo. Trabajo Unidad 1 Siste... by Ramon Martinez Zambrano

PROGRAMA MECÁNICA II (CIVIL) SEMESTRE I-2019

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GUÍAS DE LABORATORIO DE FÍSICA I

GUÍAS PRÁTICAS DE LABORATORIO DE FÍSICA I.docx by Hilario Zambrano">

Replanteamiento práctica de la fuerza como vector (Mesa de fuerza)

Con esta práctica se pretende constatar si la fuerza es un vector. Para ello se utilizará la mesa de fuerza como equipo necesario para esta verificación. La teoría que la sustenta es la suma de dos vectores en el plano, en sus tres vertientes: el método analítico, el método gráfico y el método experimental. Las comparaciones entre estos métodos debe ser menor al 5% para poder sostener la certeza de que la fuerza es un vector.

Objetivo General

Verificar si la fuerza es un vector.

Objetivos específicos

1) Dados los datos de dos vectores en el plano, determinar:

1.1) La resultante de la suma de ambos vectores, utlizando el método de las componentes (método analítico).

l.2) La resultante de la suma de los dos vectores, utilizando el método gráfico (método del paralelogramo o método del triángulo).

1.3) La resultante de esta suma, utilizando el método experimental (uso de la mesa de fuerza).

2) Comparar los tres métodos entre sí.

Equipos necesitados

• Mesa de fuerza
• Juego de pesas y hangares.
• Hilo.
• Aro de plástico.
• Nivel.
• Juego de escuadras y transportador.
• Calculadora científica.

Marco teórico

Esta práctica se ubica en la Unidad N° 3 de Física I: Vectores. 

Especificamente se considera la suma de dos vectores en el plano, por los métodos analítico (método de las componentes), y el método gráfico (método del paralelogramo o el método del triángulo).

Procedimiento

1. El profesor les asignará dos vectores en el plano, con sus respectivos módulos y ángulos con respecto a cualquiera de los ejes coordenados.
2. Con esta información, se determinará la resultante de ambos vectores, utilizando los métodos analítico y gráfico.
3. Se utilizará, a su vez, estos datos, para determinar experimentalmente esta resultante, con el uso adecuado de la mesa de fuerza.
4. Se compararán estos métodos entre sí.

Análisis de los datos

1. Se registrarán los resultados obtenidos desde la mesa de fuerza (módulo y dirección del vector resultante), junto con los datos suministrados previamente por el profesor (los módulos y direcciones de los vectores componentes). Las direcciones de los tres vectores se registrarán con respecto al eje x positivo.
2. Se determinará el módulo y dirección del vector resultante, utilizando el método de las componentes y uno de los dos métodos gráficos.
3. Se compararán estos tres métodos, utilizando el error porcentual (exactitud).

Conclusión (Individual)

Dos párrafos.

1. El primer párrafo, y en base a las comparaciones calculadas, se significa si la fuerza es un vector.
2. En el segundo párrafo, explicitar las causas de los errores obtenidos de estas comparaciones.

Nota: para poder afirmar que la fuerza es un vector, TODAS las comparaciones deben ser menores al 5%. Si cualquiera de estos resultados son mayores al 5%, la fuerza es un escalar. Estos resultados deben ser bien constatados para la certeza que se pide, es decir, hay que reducir los errores humanos y sistemáticos (ver guía de la medición en el laboratorio, en este blog).

Replanteamiento de la práctica sobre Movimiento Armónico Simple (Sistema masa-resorte)

Esta práctica se puede subdividir en dos subprácticas:

• El periodo del Movimiento Armónico Simple de un sistema masa-resorte.
• Las características y diferencias de fase de las gráficas posición, velocidad y aceleración, versus el tiempo.

Ambas subprácticas conforman la descripción de un movimiento rectilíneo con aceleración variable, correspondiente a la Unidad N° 4 del contenido programático de la asignatura Física I.

Objetivos generales

Describir la oscilación de un sistema masa-resorte desde el punto de vista cinemático.

Objetivos específicos

1. Determinar la constante de rigidez del resorte, K.
2. Calcular el periodo del M.A.S. del sistema masa-resorte.
3. Calcular el periodo promedio, a partir de la gráfica de posición versus tiempo.
4. Comparar ambos periodos.
5. Caracterizar las gráficas posición-tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo
6. Relacionar los valores máximos y nulos, relativos, entre estas gráficas, para un deteminado valor del tiempo.
7. A partir de estas relaciones, establecer las diferencias de fase entre las gráficas.

Equipos necesitados

• Sensor de movimiento.
• Sensor de fuerza.
• Varilla vertical larga.
• Abrazadera.
• Varilla horizontal corta.
• Resorte.
• Juego de pesas y hangares.
• Soporte.
• Interface.
• Cableado.
• Computador de mesa, con accesorios y software DataStudio.
• Regulador de voltaje.

Procedimiento

1. Montar el sistema masa-resorte (Ver guía oficial).
2. Colocar un hangar en el resorte.
3. Pulse el botón TARE del sensor de fuerza, para incorporar el hangar al resorte e iniciar el registro.
4. Registrar el valor de la posición inicial.
5. Colocar una pesa de 20 g al hangar.
6. Registrar el valor de la nueva posición.
7. Calcular la diferencia de la nueva posición con la posición inicial.. Es la primera elongación del resorte.
8. Registrar el valor de la segunda fuerza restauradora. La primera fuerza es cero.
9. Agregar sucesivas pesas de 10 g, hasta alcanzar una masa total de 70 g.
10. A medida que se agregan pesas de 10 g, repetir los pasos 6 al 8, hasta completar 6 elongaciones y sus respectivas fuerzas restauradoras.
11. Provocar la oscilación del sistema. 
12. Con el software DataStudio, establecer las gráficas posición, velocidad y aceleración, versus el tiempo.
13. A partir de la gráfica posición versús tiempo, ubicar los primeros siete valores máximos. En cada uno de ellos medir y registrar el tiempo correspondiente.
14. Ubicar un determinado valor máximo de la gráfica posición versus tiempo y medir el correspondiente valor de tiempo.
15. Con ese tiempo, ubicar los valores correspondientes en las gráficas velocidad versus tiempo y aceleración versus tiempo.
16. Ubicar un determinado valor cero de la gráfica posición versus tiempo y medir el correspondiente valor de tiempo.
17. Con ese tiempo, ubicar los valores correspondientes en las gráficas velocidad versus tiempo y aceleración versus tiempo.

Marco teórico

Considerar:

• Ley de Hooke.
• Límite de elasticidad de un resorte.
• Amortiguamiento de un resorte.
• Conceptualizar el M.A.S, desde el sistema masa-resorte.
• Describir las gráficas teóricas de este movimiento desde el sistema masa-resorte.
• Describir la ecuación del periodo del M.A.S.(Ver guía oficial)

Análisis de resultados

• Elaborar la gráfica fuerza restauradora versus elongación.
• Determinar la constante de rigidez del resorte, K, a partir de la pendiente aproximada de la gráfica Fuerza restauradora versus elongación.
• Calcular el periodo el M.A.S.
• A partir de los datos de los tiempos de los primeros 7 valores máximos, determinar los 6 primeros periodos de la oscilación.
• Promediar estos 6 periodos.
• Comparar el periodo promedio con el teórico. Es el error porcentual de la práctica (Exactitud)
• Establecer el desfasaje entre las gráficas, x-t, v-t y a-t.

Preguntas:

1. ¿Cómo es la gráfica Fuerza Restauradora versus Elongaciön?
2. ¿Se corresponde esta gráfica con la Ley de Hooke?
3. ¿Se puede asumir que la oscilación del sistema masa-resorte es un Movimiento Armónico Simple? Razonen la respuesta (Ver comparación de periodos).
4. El valor máximo de la posición del resorte, ¿cómo se corresponde con los valores de la velocidad y la aceleración, durante la oscilación?
5. El valor máximo de la velocidad, ¿cómo se corresponde con los valores de la posición y la aceleración, durante la oscilación?

Conclusiones

Las conclusiones son individuales.

Debe contener:

• Un párrafo en el que establezca si la oscilación provocada en el sistema masa-resorte es un M.A.S. Incluir el valor del periodo teórico.
• Un párrafo que establezca las características y los valores de desfasaje de las gráficas del movimiento, representadas.
• A partir de los dos párrafos anteriores, describir la oscilación del sistema masa-resorte, desde el punto de vista de la cinemática.
• Un párrafo que clarifique las causas del error porcentual (comparación entre periodos). Ver la guía de la medición en el laboratorio, para establecer los tipos de errores. ¿El amortiguamiento del resorte pudo haber afectado los resultados del periodo teórico?. Razonar.

Laboratorio de Física I. Replanteamiento práctica Aceleración de la Gravedad

Esta práctica analógica se replantea para simplicar su experiencia, hacerla más científica y servir de ayuda a la preparación del informe. Es más científica porque involucra la teoría de errores. La cantidad de mediciones de tiempo realizadas previamente a los periodos correspondientes permite reducir el error humano.

Objetivo General

Determinar la presentación de la aceleración de la gravedad en Ciudad Bolívar, a partir de un péndulo simple.

Objetivos específicos

1. Determinar la presentación del periodo del péndulo simple.
2. Determinar la presentación de la longitud del péndulo.

Equipos necesitados

• Base.
• varilla con tope.
• Regla graduada.
• Cronómetro.
• Plomada.
• Hilo.

Marco teórico

1. Se define péndulo simple.
2. Se describe la ecuación del periodo del péndulo simple.
3. Se conceptualiza la aceleración de la gravedad.
4. A partir de la ecuación del periodo, se despejará la aceleración de la gravedad.
5. De esta última ecuación, se establece la ecuación para la determinación de la aceleración de la gravedad promedio.
6. Se construye la ecuación de la incertidumbre de la aceleración de la gravedad, utilizando el diferencial y el error.

Procedimiento

1. En 5 items de mediciones, medir en cada uno de ellos 3 ó 4 veces el tiempo para 10 oscilaciones.
2. En cada item se promediará el tiempo y se determinará el periodo, dividiendo el tiempo entre las 10 oscilaciones (el periodo es el tiempo para una oscilación). Les recuerdo que la condición para que el movimiento del péndulo sea armónico simple es establecer un ángulo de lanzamiento pequeño (menor a 20 grados). Este ángulo se ubica entre la cuerda y la varilla vertical. Para determinar este ángulo utilicen la trigonometría del triángulo rectángulo. En total son 5 periodos.
3. Medir 5 veces la longitud del péndulo. No olviden medir desde el origen del hilo hasta la mitad de la plomada. La unidad a utilizar es el metro.
4. Determinar las presentaciones del periodo y la longitud, del péndulo.
5. Calcular la aceleración de la gravedad promedio.
6. Calcular la incertidumbre de la aceleración de la gravedad (Precisión)

Análisis de resultados

1. Construir una tabla para registrar las mediciones de tiempo, periodo y longitud.
2. Calcular el periodo promedio.
3. Determinar la incertidumbre del periodo.
4. Calcular la longitud promedio.
5. Determinar la incertidumbre de la longitud.
6. A partir de las presentaciones de la longitud y el periodo, calcular la aceleración de la gravedad promedio, así como su incertidumbre. 

No olviden las operaciones con cifras significativas. De no hacer estas operaciones no tiene sentido el cálculo de errores.

Conclusiones

1. Se concluye con la pregunta implícita en el objetivo general: ¿Cuál es la aceleración de la gravedad en Ciudad Bolívar?
2. ¿Qué factores desencadenaron la incertidumbre de esta aceleración?

La conclusión es individual.