Universidad Manuela Beltrán. Facultad de Ingeniería Electrónica. Física óptica.

Universidad Manuela Beltrán.
Facultad de Ingeniería Electrónica.
Física óptica.
Laboratorio movimiento circular uniforme.
INTRODUCCION.
En física, el movimiento circular uniforme describe el movimiento de un cuerpo
atravesando, con rapidez constante, una trayectoria circular
OBJETIVOS
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

Estudiar los efectos de masa, radio, velocidad angular y la fuerza centrípeta
que actúa sobre un cuerpo que sigue una trayectoria circular.
Analizar las variaciones de periodo y frecuencia en un movimiento circular
uniforme.
Verificar experimentalmente la relación que existe entre las variables que
actúan en el sistema.
MARCO TEÓRICO.
Cuando un cuerpo de masa M está obligado a moverse en una trayectoria circular,
experimenta una fuerza centrípeta dada por la ecuación:
Donde v es la velocidad tangencial y w la velocidad angular (V
Remplazando tenemos:
r
Donde F es la fuerza centrípeta, M es la masa que experimenta la fuerza
centrípeta, y T es el periodo de oscilación del sistema. La ecuación obtenida
queda en términos del radio y del periodo, ésta será objeto de estudio en nuestro
experimento.
MATERIALES A UTILIZAR.
Hilo
1 Equipo de dinámica rotacional
1 Balanza
1 Base y soporte
1 Juego de masas
1 Cronómetro
1 Interfase Science work shop
1 Computador
PROCEDIMIENTO.
El modelo aquí mencionado consiste en medir el periodo de rotación de un cuerpo
sujeto a un resorte por medio de una cuerda que describe una trayectoria circular,
experimentando una fuerza centrípeta constante.
 Inicialmente se monta el sistema en equilibrio para fijar la fuerza centrípeta
Fc constante, esto se hace colocando una pesa (w).
 Luego se desequilibra quitando la pesa y se le imprime un movimiento
circular de tal forma que restablezca el equilibrio debido al efecto de la
fuerza centrípeta. Hay que conservar la masa girando en un plano
horizontal con velocidad uniforme para hacer la medida del período.
Parte I: Radio variable (Fuerza centrípeta y masa (M) constante)
En la Figura (c) se observa cada una de las partes que conforman nuestro equipo
de dinámica rotacional. Tenga en cuenta esta grafica para armar su equipo ya que
cada una de ellas está referenciada en la guía.
Determine el valor de la masa colgante que va a girar (M). Este valor corresponde
a la masa constante.
 Cuelgue el cuerpo del poste lateral y conéctelo a una cuerda del extremo
del resorte haciéndolo pasar por la polea pequeña del poste central.
 Coloque la polea ranurada al extremo del riel cerca de la masa colgante.
 Ate el extremo de una cuerda a la masa colgante (M) (la que experimentara
el movimiento circular), y del otro extremo, pasando por la polea, cuelgue
una pesa de masa (m) conocida, este valor en Kg multiplicado por la
gravedad dará el valor de la fuerza centrípeta constante, como se observa
en la Figura (d). ¡Si utiliza un portamasas para colgar la pesa sume ambas
masas para tener una masa total!
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Seleccione un radio alineando la línea del poste lateral con algún valor en la
cinta métrica del riel.
Asegure que el porte quede totalmente vertical mientras aprieta el tornillo
que lo fija al riel. Anote este valor del radio.
Ajuste el tornillo que soporta el resorte para que la cuerda que sostiene el
cuerpo se alinee con la línea del poste lateral.
Alinee el otro soporte del poste central con el disco indicador rojo cuando el
sistema esté perfectamente equilibrado. Éste indicará la posición de
equilibrio cuando el sistema esté rotando, como se observa en la figura (e).
Es fundamental para el éxito del experimento que cuando el sistema esté en
equilibrio y estén bien alineadas las cuerdas horizontales y verticales, se marque
en este caso con el soporte dado por el fabricante la posición del indicador rojo,
así podemos afirmar que:

Quite la polea ranurada con el peso que cuelga, el sistema sale del
equilibrio. Ahora lo que se pretende es llevarlo nuevamente a la situación
de equilibrio introduciendo la fuerza centrípeta dada por el movimiento
circular uniforme de tal forma que se cumpla:
Ponga a rotar el sistema como se observa en la figura (f). Cuando el disco
indicador rojo esté dentro del soporte, esto indica que la cuerda que soporta el
objeto es de nuevo vertical y, así el objeto colgante (M) está en el radio deseado,
es en ese instante de tiempo que la fuerza centrípeta Fc es igual al peso de la
masa (m) conocida.


Cuando el indicador está dentro del soporte sin detener el sistema,
comenzamos a tomar el tiempo que duran 10 oscilaciones y calculamos el
periodo, para esto utilice el cronómetro.
Repita esta medida por lo menos las veces que considere su instructor y
saque un promedio.

Mueva el poste lateral a un nuevo radio y repita el procedimiento varias
veces, hasta completar la Tabla 1.
radio
0,1
0,09
0,08
0,07
t1
1,521
1,338
1,14
1,039
t2
1,451
1,409
1,149
1,091
t3
1,517
1,301
1,181
1,081
pom t
1,49633333
1,34933333
1,15666667
1,07033333
t^2
2,239013444
1,820700444
1,337877778
1,145613444
0.12
0.1
0.08
0.06
Series1
0.04
0.02
0
0
0.5
1
pendiente m punto b
0,052011727 0,01041467
𝑦 = 0,05𝑥 +0,010
𝐹𝑐 =m*M*4*π^2
fc exp
1.5
2
2.5
M
0,2069
0,2069
0,2069
0,2069
0,42481113
Teorico:
𝐹𝑐 = 𝑚 ∗ 𝑔
Fc
0,46844
Error
𝑉𝑡 − 𝑉𝑒
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = (
) ∗ 100
𝑉𝑡
error
9,313652318
1. Realice un análisis físico a nivel estático de las fuerzas presentes en el
sistema.
2. Del análisis de los gráficos, explique la dependencia lineal o no lineal de la
fuerza centrípeta con el radio y el periodo.
En las graficas es evidente que el radio de la circunferencia tiene una
respuesta lineal frente a t^2, por lo tanto el radio es inversamente
proporcional a la frecuencia.
3. Explique por qué es necesario llevar el sistema nuevamente a la posición
de equilibrio mediante un movimiento circula uniforme.
Es necesario llevar lo a equilibrio debido a que al momento de ejercer
fuerza en el eje para comenzar la rotación, se debe suministrar más
velocidad o me nos velocidad dependiendo del radio de la circunferencia o
de la masa a analizar.
4. Describa las posibles causas que usted considere que influyeron en el
experimento para que los resultados obtenidos no fueran los mejores.
Para esta práctica no se utilizo sensores de movimiento, y la posición de la
mese no era lo suficientemente recta y alineada, por lo tanto al momento
que la masa llega a una posición aumenta o disminuye la aceleración por la
inclinación.
CONCLUSIONES.
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
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En este laboratorio se analizo el funcionamiento de un sistema en
movimiento circular.
Se corroboro los datos teóricos en un experimento controlado.
Los errores de mediadas se deben a las variables físicas de experimento,
como lo es la inclinación de las mesas y el viento.