manual de prácticas Archivo - Virtual UAQ
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA PRÁCTICAS DEL LABORATORIO DINÁMICA . Elaborado: DR. IBRAHIM SERROUKH MI. L. JAIME ALVARADO BALLEZA Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 1/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA INDICE 3.1 Introducción...............................................................................................................6 3.2 Objetivo..........................................................................................................................6 4.5 Realizar práctica..............................................................................................................8 4.1 Introducción....................................................................................................................11 4.2 Objetivo..........................................................................................................................11 4.3 Material...........................................................................................................................11 4.4 Realizar práctica.............................................................................................................12 5.1 Objetivo..........................................................................................................................13 5.2 Introducción....................................................................................................................13 5.3 Realizar práctica.............................................................................................................14 4.1 Introducción..................................................................................................................16 4.2 Objetivo..........................................................................................................................16 5.1 Introducción................................................................................................................18 5.2 Objetivo......................................................................................................................19 5.4 Realizar práctica procidimiento.......................................................................................19 6.1 Objetivo.....................................................................................................................21 6.2 Introducción................................................................................................................21 6.4 Realizar practica...............................................................................................................22 Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 2/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA 1. INTRODUCCIÓN La física es la ciencia de medición y estudia las propiedades de los cuerpos y las leyes donde según se modifica su estado sin que se produzca un cambio en la materia. El conocimiento sistemático, reproducible y la utilización de los resultados requieren una cuantificación de los fenómenos físicos. Para llegar el conocimiento, se usan dos métodos científicos: lógico-matemático y experimental. Un experimento puede definirse como una prueba o serie de pruebas en las que se hacen cambios deliberados en las variables de entrada de un proceso o sistema para observar e identificar las razones de los cambios que pudieran observarse en la respuesta de salida. En la parte experimental de este curso se planeará y se realizarán experimentos y del análisis de los datos resultantes a fin de obtener conclusiones válidas y objetivas. En cualquier experimento, los resultados y las conclusiones que puedan obtenerse dependen en gran medida de la forma de cómo se recabaron los datos. En ingeniería, la experimentación desempeńa un papel importante. El objetivo primordial es ensayar con algunos sucesos naturales y establecer leyes que los describan, para ello se recomienda la siguiente secuencia de cualquier experimento: - Observación Planteamiento del problema Hipótesis Experimento Registro de resultados Interpretación Verificación de las hipótesis propuestas Conclusiones (cuya finalidad es obtener una ley que me describa el fenómeno que se esta estudiando). Las prácticas descritas en este manual se dirigen a la asignatura de Dinámica perteneciente al segundo semestre de la carrera ingeniería civil impartida en la Facultad de Ingeniería, UAQ. Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 3/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA Se debe tener conocimientos de las áreas de estática, álgebra, trigonometría, vectores, geometría analítica, cálculo diferencial así como los conceptos de estadística básica, error, representación gráfica y métodos de ajustes a los datos experimentales. Los propósitos de las prácticas son los siguientes: • Conocer las reglas de la naturaleza de los fenómenos físicos estudiados. • Concretar la física como un área de solución de problemas del entorno. Observar, medir, analizar y expresar los fenómenos físicos diseńados en la experimentación propuesta. • Obtener experiencia práctica de los conceptos físicos. • 2. REDACCIÓN DEL INFORME El informe de la práctica debe ser claro de tal forma que se pueda entender por el público al que va dirigido. El contenido del reporte se deberá ordenarse de la siguiente forma: • Presentación: En la primera hoja deberá ser la presentación con la siguiente información: nombre de la institución con escudos, materia, número y nombre de la práctica, nombre del alumno, grupo, brigada, fecha, nombre del profesor. • Objetivo: Elaborar el objetivo general que refleje lo que se va a realizar en el experimento. • Hipótesis: Elaborar una serie de hipótesis para predecir el fenómeno físico a ensayar mismo que será comprobado con la experimentación. • Marco teórico: Se deberán incluir el fundamento principal del introduciendo ecuaciones que se van a utilizar para resolver el problema. • Metodología: Se describirá el procedimiento experimental a detalle. • Materiales y equipos: Se debe de incluir los instrumentos utilizados anotando sus características, marcas, precisiones, alcances, limitaciones, etc. De preferencia introducir al informe fotografías tanto del equipo como el procedimiento de la practica. Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 fenómeno, 4/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA • Resultados: Se presentarán en forma de tablas, gráficas, dibujos, cuadros, etc. seguidos por títulos y descripción. • Discusión: Se interpretan los resultados y se relacionarán con la hipótesis planteadas misma que debe ser confiable y valida. • Conclusiones: Se presenta los resultados más destacables que cumplan con el objetivo de la investigación de forma resumida en puntos. • Referencias Bibliográficas: Las obras consultadas se numeran al final del informe con el siguiente orden: nombre del autor, el ańo de publicación, título del artículo entre comillas, el volumen, número de revista y las páginas, editorial, país. Recomendaciones a) Manuscrito Se sugiere realizar una planeación tanto del experimento y el manuscrito, cuya finalidad será tener una coherencia y concordancia entre las partes del documento. Después de terminar, se debe pulir el escrito cuando sea necesario. Los requisitos de una redacción debe ser sencilla, fácil de entender y sin errores gramáticos. Se recomienda la lectura del escrito por alguno de los miembros de la brigada para obtener detalles olvidados y hacer comentarios tanto al contenido como estilo. b) Laboratorio Dentro de las recomendaciones para llevar acabo el laboratorio se resume en lo siguiente: • Lectura previa antes de la realización de la práctica para encontrar dudas y conocer las precauciones. • Mantener el espacio exclusivamente para material de experimento. • Usar los equipos según las indicaciones. • Deben conocer como forma de seguridad la ubicación de los extintores y la salida más cercana • En caso de emergencia (lesión o accidente), avisar a tu profesor responsable. Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 5/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA PRACTICA 3 PRÁCTICA : CAIDA LIBRE CAÍDA LIBRE Introducción En general, toda ley física es el resultado de la experiencia, de la aplicación del método científico a lo largo de muchos ańos. La primera piedra como impulso importante en física fue por Galileo. Los hechos históricos demuestran que entre los primeros experimentos que dieron origen a las leyes de la mecánica clásica se encuentra la caída libre y el pendulo. En esta práctica particular se analizan solamente los movimientos uniformemente acelerado, la aceleración debido a la fuerza conocida en la Física clásica por gravedad. Entre el razonamiento de Galileo, concluyendo de que el tiempo de caída de todos los cuerpos desde la misma altura es el mismo, siendo la resistencia del aire despreciable. En la caída libre de los cuerpos estos tienen una aceleración constante. Es un ejemplo de movimiento uniformemente acelerado. Así los análisis gráficos pueden relacionar tiempo espacio, rapideztiempo y aceleración-tiempo como magnitudes independientes ya que el movimiento mucho más pequeńo que la luz. En el estudio del movimiento de un cuerpo se puede reducir al movimiento de una partícula, siempre y cuando las dimensiones del objeto sean muy pequeńas frente a otras dimensiones tal como la distancia recorrida. Desplazamiento: es el cambio de posición en un intervalo de tiempo. Velocidad media: es la relación entre el desplazamiento respecto al tiempo. Velocidad instantánea: relación entre el incremento del desplazamiento respecto al incremento del tiempo. El movimiento es rectilíneo uniforme, cuando la trayectoria es una línea recta y velocidad constante. Todos los cuerpos en caída libre tienen una aceleración dirigida hacia el centro gravitacional cuyo valor depende del lugar en el que se encuentren. En la Tierra el valor medio es de aproximadamente 9,81 m/s² es decir que los cuerpos caen aumentando su velocidad en 9,81 m/s en cada segundo. Desprecindo la resistencia del aire. 2 Objetivo Estudiar y deducir las ecuaciones de gobiernan el concepto de movimiento debido a la gravedad. De forma particular se mide los tiempos y anota las distancia de la caida de los objetos. Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 6/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA Lluego se representa graficamente y se deduce las ecuaciones matemáticas del movimiento. 3 Material Instrumentos de medición (ME-8930) Cuerpo (pelota) Cinta metrica Cronómetro Se recomienda 2 métodos la primera basada en la técnologia la secunda practicamente como lo planifico Galilleo principalmente por la rapidez de la caida de los objetos y por consiiguiente son tiempos muy cortos por las distancias en el laboratorio. Por ello, en base a los sensores de alta resolución se puede medir en laboratorio sin tener que subir a una torre. Método 1: uso de tecnología PASCO Se empieza contar el tiempo inmediatamente cuando se suelta el objeto. El tiempo se mide usando el Kit (sensor de tiempo y magneto que sujeta objeto) Smart Timer (ME-8930) Figura 3.1 Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 7/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA 5 Método 2 tipo Galilleo Se requiere suber a un edificio donde se puede lanzar los objetos mediendo tiempo en diferentes alturas. Objeto a lanzar Cronómetros Cintas para medir 6 Realizar práctica. Método 1 Se usa en este experimento el equipo diseńado para la caída libre figura 3.1, y varios objetos. Solo se puede usar masa inferior a 50g en el sistema. Armar el montaje como se indica en la figura 3.1. Deje caer el objeto de una altura h, mientras estás midiendo los tiempos. Se debe contar con una computadora, interfase PASCO 500, programa Data Studio, equipo PASCO de caída libre, masa, soporte y regla. Se fija la bola en el suporte a una altura deseada. Conectar los cables al control electrónico. • Insertar “ Smart Timer” al canal 1 interfase 500 o 750. • Conecte accesorio del tiempo de vuelo en el canal 2 • Se cuelga las bolas que se van cayendo (figura 3.1). • Seleccionar “ Measurement” hasta que aparezca “ Time” en el display. • Selecciona “ Mode” hasta “ Two Gates” • Selecciona el botón “ Stara/stop. • El botón Timer Switch para soltar la bola. • Cuando la bola golpea el accesorio puesto en el suelo, el tiempo aparece en el display. • R epresenta gráficamente la variación de la distancia recorrida en función del tiempo y velocidad en función del tiempo. żQue tipo de movimiento es? Utilizando diferentes pesos, żvaria la aceleración con la masa? Explique sus resultados. Representar la distancia recorrida en función del tiempo Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 8/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA A partir de la distancia y velocidad, determine el valor de la aceleración de la gravedad (g) y las respectivas incertidumbres. Comparar el valor de (g) obtenido del gráfico de la distanciatiempo con el valor de g obtenido del gráfico de la velocidad-tiempo. Discuta los resultados. 7 Realización de la práctica, Método 2 En un edificio de altura aproximada de 6 metros de altura establecer puntos de referencia: 1, 2, 3, 4, 5 y 6 metros. O según las plantas que se dispoe del edificio. - Por cada punto de referencia, debe de haber un alumno monitoreando el tiempo con un cronometro. - En la parte superior un alumno debe de dejar caer la masa en estudio (pelota, tabique (mientras se toman en consideración las medidas de seguridad), o cualquier objeto que se desea estudiar). - En cuanto pase la masa sobre los puntos de referencia, se debe parar el cronometro. - Se toman los datos correspondientes en la tabla 3.2 de campo Distancia (m) Tiempo (s) Velocidad (m/s) Aceleración (m/s2) Tabla 3.2 Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 9/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA PRACTICA 1 - CAIDALIBRE - REPRESENTACIÓN GRAFICA: - Con los datos experimentales se presenta las graficas del movimiento representado por velocidad en función del tiempo y la distancia en función del tiempol Deducir de los datos experimentales que las ecuaciones matemáticas de movimiento (3.1) establicidas en el siglo 18 que se cumplan. Ya que en la actualidad contamos con sensores de alta resolución sino tenemos que lanzar objetos de altura grandes como torre de pisa. - v=v o +at - 1 y=y o +v o t− gt 2 2 (3.1) Realizar conclusiones. Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 10/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA PRACTICA 1 TÍRO PARABÓLICO I CALIBRACIÓN DE LA VELOCIDAD INICIAL DE UN PROYECTIL. 1 Introducción Para predecir donde caerá un proyectil en el suelo cuando es lanzada con un ángulo de inclinación, es necesario determinar la velocidad inicial. Esta velocidad se puede determinar lanzando el proyectil con un ángulo horizontal primero y medir la distancia horizontal y con respecto al tiempo. También se puede conocer la velocidad inicial cuando es lanzada con un ángulo de inclinación definido. La velocidad inicial se determina resolviendo el movimiento uniforme o uniformemente acelerado. La distancia vertical máxima se determina con la caída libre. Así el movimiento de un proyectil es la combinación de movimiento rectilíneo uniforme y movimiento uniformemente acelerado. Lo cual genera una trayectoria parabólica. Con una velocidad inicial, formando un ángulo determinado , la distancia vertical y horizontal son respectivamente calculadas con las formulas 4.1 y 4.2 y=y 0 +( v 0 sin α ) t − 1 2 gt 2 (4.1) x=v 0 cos αt (4.2) 2 Objetivo Determinar la velocidad inicial de un proyectil lanzado en forma horizontal o con ángulo de salida. 3 Material Equipo de Proyectil (ME6800) • Proyectil • Bola de plástico • Metro • Papel de carbono Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 11/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA • Papel blanco • Se coloca el proyectil en la mesa • Ajustar el ángulo de salida del proyectil. 4 Realizar práctica - Colocar el aparato del proyectil en una mesa de estudio y escoger el tipo velocidad que se va a calibrar en el aparato: corta, media o larga. - Se coloca un papel blanco para la posición de las caídas. Un papel de carbono cubre el papel blanco para marcar automáticamente la posición con la caída libre de la bola. - Poner la bola de plástico en el proyectil con el ángulo deseado y lanzarlo. - Localizar el punto de caída en el suelo - Medir el tiempo de vuelo y distancia de alcance del proyectil y anotarlo en la hoja de campo tabla 4.1. Tabla 4.1 No .Ensayo 1 2 3 5 6 7 8 9 10 - T (s) x(m) y(m) Vx m/s Vy m/s Repetir 10 veces el experimento. Determinar la velocidad inicial a partir de la formula 6.2, donde α sea el ángulo de salida . Obtener una velocidad promedio del experimento. Hacer el informe y realizar conclusiones. Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 12/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA PRACTICA 3 TÍRO PARABÓLICO II VALORES CARACTERÍSTICOS Y LA GEOMETRÍA DEL MOVIMIENTO DE UN PROYECTIL. 1 Objetivo Obtener los valores característicos del movimiento de una partícula y su representación, lanzada con velocidad inicial y ángulo conocido, definida a través de un movimiento parabólico. 2 Introducción El movimiento parabólico, es tal vez el más común de los movimientos, pues lo experimentamos en todos los cuerpos que son lanzados. Por lo que es importante se estudio, además de interpretar su comportamiento nos lleva a adentrarnos al estudio geométrico del movimiento de los cuerpos. Con la práctica y con las ecuaciones del movimiento podremos conocerlo. El estudio del movimiento parabólico, con la práctica podremos corroborar los valores característicos de su movimiento, además de poder conocer la trayectoria de su movimiento. Con el apoyo de las ecuaciones referidas a un marco cartesiano ecuaciones 5.1 a 5.4. Ecuaciones del movimiento uniforme acelerado para un proyectil x=x o +v x t 1 y=y o +v y t− gt 2 2 (5.1) (5.2) v y =voy −gt 2 v 2y =voy +2g ( y− y o ) (5.3) (5.4) El rango horizontal x, entre el lanzador y donde cae la bola: x=(v 0 cos α )t Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 13/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA Tiempo en el cual alcanza su altura máxima, se tiene que su velocidad en ese punto es cero: v y= 0=v 0 sin α −gt t= 2 v 0 sin α g En este caso la bola cae a diferente nivel de la mesa. y=y 0 +v 0 sin α ) t − 1 2 gt 2 tabla 5.1 Material Equipo de Proyectil (ME6500) Bola de plástico Metro Papel de carbono Papel blanco 5 Realizar práctica Opción 1 caída al mismo nivel Opción 2 caída a diferente nivel Se coloca el proyectil en la mesa Ajustar el ángulo del proyectil (30º, 45o, 60º) Tomar el tiempo de vuelo del proyectil y anotarlo en la tabla 5.1. Velocidad inicial: práctica anterior - Determinar un tiempo promedio de vuelo para ese ángulo de lanzamiento. Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 14/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA - Con el tiempo promedio, dividir en cinco partes iguales y con los datos obtenidos determinar los componentes de la velocidad, posición y orientación de la masa, en la tabla 5.2: Tiempo, s Posición x y Magnitud Vx Vy Dirección Resultante x y 1 2 3 4 5 Tabla 5.2 - Con los componentes de posición x y y realizar el gráfico de la trayectoria del proyectil, algo similar a la figura 5.1 - Establecer conclusiones. Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 15/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA PRACTICA 4 PENDULO PRÁCTICA 4: PENDULO 1 Introducción Otro juguete de importancia que sigue siendo un impulso importante en física fue adoptado por Galileo. Los hechos históricos demuestran que dio oigen al desarrollo matemáconceptos de movimiento. Sobre todo movimientos uniformemente acelerado debido a la gravedad. De igual manera el razonamiento de los cientificos desde antes Galileo, la caída de todos los cuerpos (pendulo) desde la misma altura es el mismo, siendo la resistencia del aire despreciable. Es un ejmplo de movimiento uniformemente acelerado. Así los análisis gráficos pueden relacionar tiempo espacio, rapidez-tiempo y aceleración-tiempo como magnitudes independientes ya que la velocidad mucho más pequeńo que la luz y el ángulo de oscilaciín no más de 15 grados. Otras condiciones que facilitan el cálculo es de consiserar cuerpos como<puntuales, siempre y cuando las dimensiones del objeto sean muy pequeńas frente a otras dimensiones tal como la distancia recorrida. 2 Objetivo Estudiar y deducir las ecuaciones de gobiernan el concepto de movimiento debido a la gravedad. De forma particular se mide los tiempos o periodo de oscilación que nos permita de cálcular la aceleración debido a la gravedad. Se representa graficamente la variación del periodo en función de la longitud del pendulo es una función lineal. Se mide la velocidad y se deduce del cálculo teórico. Asimismo se hace la comprativa. Implicitamente se considera la ley de la conservación de energia. En Otra práctica (Conservación de energía) se tomará estos resultados para confirmar o desechar esta ley. Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 16/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA 3 Material Hilo masa despreciable Cuerpo (pesado) Transportador Cronómetro 4 Método 1: Se deja oscilar con un ángulo de bajo 15 grados. Contar el tiempo inmediatamente cuando se suelta el objeto. El tiempo se mide dejando oscilar 5 ciclos mínimo midiendo el tiempo. Quizás repitimos 3 vecer por razones stadisticos. En teória el periodo es fución de la longitud y la gravedad. Iniciando con la concervación de energía o la secunda ley de Newton, se puede demostrar T2=4π2 l/g No .Ensayo v=l w=l 2π/T T (s) α(m) l(m) Vx m/s h=.5gt2 1 2 3 5 6 7 1. 2. 3. 4. calculando la altura y el tiempo de vuelo se deduce la aceleración debido a la gravedad aplicando de la conservación de energía se deduce la aceleración debido a la gravedad se compara el resultado entre los 3 métodos. 2 experiementales y 1 téorico por último se demuestra que en águlos grandes no se aplica el modelo. Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 17/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA PRACTICA N 5 FRICCIÓN DINÁMICA PRÁCTICA 5: FUERZA DE FRICCIÓN DINÁMICA 1 Introducción El coeficiente de rozamiento es de importancia tanto estática comoen dinámica o en movimiento de los cuerpos que se encuentran en contacto con otros cuerpos. El coeficiente de fricción estático no es el objeto en este manual ya quese encuenta desarollado dentro de las prácticas de la matería estática. El coeficiente de fricción dinámica (μ k) se puede determinar cuando un bloque en un plano inclinado de superficie rugosa se desliza, figura 5.1. La segunda ley de Newton (F=ma) nos permite conocer el comportamiento de los cuerpos en equilibrio y movimiento. Por la no conservación de energía aplicando concepto de energía cinética y potencial,experimentalmente, se demuestra que la fuerza de fricción es inferior o igual a la del caso de equilibrio. Fr≤ µkN, donde N es la fuerza normal de reacción ejercida por la superficie. El coeficiente de fricción es adimensional y depende de los materiales, entre otros. En general el coeficiente de rozamiento estático (μ s) es mayor que el coeficiente dinámico (μ k) y ambos no son mayores que la unidad. Los valores numéricos de la aceleración se pueden determinar midiendo tanto la distancia que el carro recorre hasta parar y el tiempo que corresponde. Teniendo estos valores se puede determinar la aceleración según la ecuación 5.1, ya que se genera un movimiento uniforme acelerado: a1 = 2d t2 (5.1) Figura 5.1 Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 18/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA 2 Objetivo Determinar el coeficiente de rozamiento dinámico y la fuerza de fricción cinética entre un cuerpo y una superficie. 3 Material – – Bloque rampa Pruebas 1 2 3 4 5 d(cm) t(s) v(m/s) a(cm/s2) tabla 5.2 4 Realizar práctica procidimiento realizar el experimento con el kit de la empresa pasco como aplicación se toma una objeto a estudiar su fricción estática y dinámica. Puede escoger un bloque de madera de diferente masa pero de la misma área de contacto y en otras ocasiones de diferente área pero de la misma masa. Medir Armar el dispositivo de la fig. 5.1 (carrito plano inclinado) el ángulo de inclinación de la rampa Impulsando el carrito hacia arriba el objeto llega al máximo de distancia. Aplicando la ley de la conservación de energía se puede concluir que la no conservación es debido al trabajo de la fuerza de fricción. Asimismo, la energía mecánia incial es igual a la energía mecánica final más el trabajo realizado por la fuerza de fricción. Se recomienda verificar esta conclusión. Impulsar el carro pendiente arriba. Medir distancia y tiempo. Repetir 5 veces. Generar una tabla de datos 4.2 Una vez se determina la aceleración, calcular el coeficiente de fricción (µk) y la fuerza de rozamiento. Determinar la velocidad inicial, con el concepto de Trabajo y Energía. Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 19/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA Una vez se determina la aceleración, calcular el coeficiente de fricción (k) y la fuerza de rozamiento Determinar la velocidad inicial, con el concepto de Trabajo y Energía. Establecer conclusiones. Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 20/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA PRACTICA N 6 CONSERVACIÓN DE ENERGÍA LEY DE CONSERVACIÓN DE ENERGÍA 1 Objetivo Uno de los fundamentos de las leyes de Física es la conservación de energía. La energía puede tener diferentes formas. La forma gravitaional, cinética, calor, elástica, electrica, química, radiación y nuclear, masa ,..etc. Apesar de que las formas de energías son abstractas siempre nos lleva a un número matemático constante. Una de las energías más extrańas es la nuclear. Sin tener motivo conocido por gravitacional o eléctrico, la energía se relaciona con acómodo entre protones y neutrones (partículas que formán el núcleo del átomo). La energía es estrechamente relacionada con la masa. Materia y antimateria pueden sumarse lo que les haccen desaparecer dejando lugar a la apareción en forma de Energía y vise versa. La pregunta que cabe este momento cual son las energía que podemos usar para uso humano?. Sol, lluvia, carbono, hidrógeno, Uranio, viento, muscculo,..etc. En este trabajo el concepto de la Conservación de la Energía esta tratado en marco de la Física clásica. En experimento se mostrará que la energía cinética de la bola lanzada verticalmente se transformada en energía potencial utilizando la energía potencial del resorte cuya constante esta conocida (1000N/m). La masa del objeto es de de .2 kg. 2 Introducción La segunda Ley de Newton nos permite establecer, que cuando se presentan sólo las fuerzas conservativas, se puede establecer la relación entre el Trabajo y Energía Cinética mediante la Ley de Conservación de la Energía (U1+T1 = U2+T2) . Para ello debemos entender lo que se denomina fuerzas conservativas. Un tipo único de fuerza que actúa sobre una partícula y que solo depende de la posición. Su trabajo no dependiende de la trayectoria. Caso específico de esta tipo de fuerzas son de la gravedad, fuerza elástica del resorte, y fuerza eléctrica. El caso que no haya conservación de energía, las fuerzas no conservativas como la fuerza de fricción su trabajo depende de la trayectoria. 3 Material Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 21/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA Equipo de Proyectil (ME6800) Proyectil Metro T c =U P =U k y= 1 2 gt 2 4 Realizar practica Método 1: Definir el peso de la masa Se coloca el lanzador apuntando verticalmente Se dispara, Conocida la velocidad inicial. Medir la distancia vertical alcanzada Generar tablas de datos Se pone la masa en el resorte de constante k de 1000N/m, se comprime a una distancia de .1m Deducir la energía potencial del resorte. • Calcular la altura considerando la C.E. • Medir experimentalmente la altura del objeto. • Comparar con el valor deducido de la ecuación de movimiento altura-aceleración h=.5 g t 2. • Conclusiones No Ensayo T (s) h(m) Uk(J) Up(J) 1 2 3 5 6 7 Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 22/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA Método 2 : De la práctica 4 se deduce la velocidad tangencial de la velocidad ángular. Luego se cálcula la energía cinética Se cálcula la altura para cácluar la Energía potencial se verifica si la energía se conserva En el mismo reporte porporciona un ejemplo de conservación de energía ebasado en el módelo planetario TIERRA-SOL : Planetas siguen curvas matemáticas elipse, parabolas o hiperbolas Porque?. La naturaleza obede a las matemáticas y la ley Física. Mientras Kepler ha descubierto las leyes matemáticas, Galilleo estaba estudiando las leyes Físicas del movimiento. Tal como de la inercía. El movimiento o la dirección de un objeto no se cambia a menos aplicando una fuerza externa. En el vaccio todos los cuerpos independiente de su pespo cayen con la misma velocidad y aceleración. Entender esto pudiera siguir como misterio si no fuera el concepto de la derivada en matemática. En la epoca de los griegos pensaban que los cuerpos pesado cayerán con más velocidad que los cuerpos ligeros. Según galilleo las distacias enintervalos de tiempo sigue una regla matemática de los número simpares. En primer intervalo de tiempo es una unidad de distancia. En el segundo intervalo es 1 más 3 unidades sería cuatro unidades de distancia. En el siguiente intervalo es la suma de 4 más 5 sería 9 unidades. Son cuadrado perfectos. Asimismo, se puede deducir que la distancia es proporcional al cuadrado del tiempo (ec.). Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 23/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 24/23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS • • Susan Pick, Ana Luisa López Velasco de Faubert, “ Como investigar en ciencias sociales” 2002. PASCO scientific 10101 Foothills Blvd.. Roseville, CA 95747-7100 Phone (916) 7863800 . www.pasco.com. Referencias prácticas: 2.- Movimiento de un proyectil (ME 6800) 3.- Conservación de energía (ME 6800) (ME 6955) 4.- Colisiones 5.- Oscilación armónica simple 6.- Sistemas de poleas 7.- Impulso 8.- Conservación de momento angular (ME 8950) 9.- Fuerza centrípeta (ME 8952) 10.- Segunda ley de Newton (ME 6955) • Paul A. Tripler Vol. 1 Edición 1999 • Serway Tome 1 Edición 1999 • DISEŃO Y ANÁLISIS DE EXPERIMENTOS, SEGUNDA EDICIÓN, MONTGOMERY, LIMUSA WILEY, 2004. • METROLOGÍA GEOMÉTRICA DIMENSIONAL, SEGUNDA EDICIÓN, ROBERTO GALICIA SÁNCHEZ, NOÉ GARCÍA LIRA, AGT EDITOR, S.A., 2003. • TECNOLOGÍA DE MEDICIÓN PARA LA INDUSTRIA, SERGIO A. VILLANUEVA PRUNEDA, AGT EDITOS, S.A., 2003. • FÍSICA UNIVERSITARIA, SEARS-ZEMANKY-YOUNG-FREEDMAN, XI ED, V1,PEARSON, 2004. • MECÁNIOCA PARA INGENIEROS, ESTÁTICA, RUSSELL C. HIBBELER VI ED ,CECSA, 1992. Cerro de las Campanas s/n Querétaro 76010 25/23
