Laboratorio de Física I - Cinemática (PDF)

LABORATORIO DE FISICA I TEMA: CINEMÁTICA Entrega de informe: 2/04/2024 Integrantes: Marisabel Condo, Salome Vergara Paralelo: ECE 1. Ob...

LABORATORIO DE FISICA I TEMA: CINEMÁTICA Entrega de informe: 2/04/2024 Integrantes: Marisabel Condo, Salome Vergara Paralelo: ECE 1. Objetivo 1. Conocer los tipos de movimiento que envuelve la cinemática, identificando las características, parámetros y magnitudes con los cuales se hace cinemática. 2. Aplicar el ajuste de curvas (Regresión lineal) mediante el uso del método de los mínimos cuadrados. 3. Emplear efectivamente las herramientas y métodos estadísticos para determinar los aspectos más importantes del estudio del movimiento: desplazamiento, tiempo, velocidad y aceleración. 2. Fundamentos Teóricos La cinemática es la parte de la mecánica clásica que se encarga del estudio del movimiento, sin considerar las causas que los generan. A partir de la experiencia cotidiana es claro que el movimiento de un objeto representa un cambio continuo en la posición de un objeto. En física se clasifica por categorías el movimiento en tres tipos: traslacional, rotacional y vibratorio. Un automóvil que viaja en una autopista es un ejemplo de movimiento traslacional, el giro de la Tierra sobre su eje es un ejemplo de movimiento rotacional, y el movimiento de ida y vuelta de un péndulo es un ejemplo de movimiento vibratorio. 1.1 POSICIÓN La posición de una partícula es la ubicación de la partícula respecto a un punto de referencia elegido que se considera el origen de un sistema coordenado. 1.2 DESPLAZAMIENTO El desplazamiento de una partícula se define como su cambio en posición en algún intervalo de   r tiempo. Conforme la partícula se mueve desde una posición inicial ri a una posición final f , su desplazamiento se conoce por:    r  r f  ri 1.3 DISTANCIA La distancia recorrida por un móvil es la longitud de su trayectoria y se trata de una magnitud escalar Únicamente en el movimiento rectilíneo coincide que el módulo del vector desplazamiento es igual a la distancia recorrida por la partícula. 1  1.4 SISTEMAS DE REFERENCIA Un sistema de referencia es un conjunto de convenciones usadas por un observador para poder medir la posición y otras magnitudes físicas de un sistema físico y de mecánica. Estos pueden ser el punto, la recta, el plano cartesiano o el espacio (con sus diferentes formas de expresar: cartesianas, cilíndricas, esféricas). 1.5 VELOCIDAD La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que relaciona el cambio de posición (o desplazamiento) con el tiempo. Se representa con:   r v t En análisis dimensional sus dimensiones son L t-1. Su unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el metro por segundo (símbolo, m/s). 1.6 RAPIDEZ La rapidez, magnitud escalar, es la relación entre la distancia recorrida y el tiempo empleado. La rapidez no tiene en cuenta la dirección. La velocidad sí que tiene en cuenta la dirección. La velocidad es una magnitud vectorial que relaciona el desplazamiento o cambio de la posición con el tiempo. d v t En física, la aceleración es una magnitud derivada vectorial que nos indica la variación de velocidad por unidad de tiempo. En el contexto de la mecánica vectorial newtoniana se representa normalmente por:   v a t Y su módulo por a. Sus dimensiones son [L ⋅ T − 2]. Su unidad en el Sistema Internacional es m/s2. 3. Materiales y Equipos  Carrito con motor  Carriles  Flexómetro  Cronómetro 4. Actividades 4.1. Actividad 1; Mo v i m ient o co n v elo cida d co nst a nt e 4.1.1. Procedimiento 1. Armar el montaje mostrado en la figura 3. 2. Etiquetar su marco de referencia (punto 0) y etiquetar también 3 puntos (𝑥1 , 𝑥2 , 𝑥3 ) a lo largo de la pista o riel. 3. Medir la distancia desde nuestro punto 0 a cada punto y anotarlo en la tabla 1. 4. Colocar el carrito en el punto 0 y dejarlo andar a una velocidad específica (desconocida). 5. Medir el tiempo que tarda el vehículo en recorrer las distancias a nuestras marcas de 𝑥1 , 𝑥2 y 𝑥3. 6. Repetir el procedimiento 3 veces para cada marca y anotarlo en la tabla 1. 2  7. Para cada columna del tiempo en la tabla 1, calcular el promedio 𝑡 y anotarlo en la tabla 2. 8. Con el correspondiente valor de la distancia, calcule la velocidad del vehículo y realice un promedio (𝑣) de los 3 valores obtenidos por cada distancia. Anótelo en la tabla 2. 9. Realice la gráfica de la posición versus el tiempo con ayuda de Excel y muestre la regresión lineal obtenida. ¿A qué corresponde la pendiente de la recta? 10. Compare el valor de velocidad obtenido por la regresión lineal y el obtenido por la experimentación. 11. Repetir los pasos 4 – 10 con 3 velocidades distintas para el vehículo. 4.1.2. Registro de Datos Tabla 1. Datos obtenidos para movimiento con velocidad constante N° Distancia (m) Tiempo (s) 𝑥1 20cm 1.8s 1.7s 1.7 1 𝑥2 40cm 2.20 2.30 2.40 𝑥3 70cm 3.7 3.9 3.8 𝑥1 30cm 1.7 1.6 1.7 2 𝑥2 70cm 3.6 3.6 3.6 𝑥3 1m 5.2 5.3 5.2 40cm 𝑥1 2 1.9 2 3 𝑥2 80cm 3.4 3.4 3.5 𝑥3 1.10m 4.3 4.3 4.2 Tabla 2. Tabla de resultados para MRU Tiempo Velocidad, Velocidad promedio N° Distancia (m) promedio, 𝑡 (s) 𝑣 (m/s) 𝑣 (m/s) 𝑥1 0,2 1.73 0,1156 1 𝑥2 0,4 2.3 0,1739 0,1579 𝑥3 0,70 3.8 0,1842 3  𝑥1 0,30 1,667 0,1799 2 𝑥2 0,70 3,6 0,1944 0,1885 𝑥3 1 5,23 0,1912 𝑥1 0,4 1,96 0,20 3 𝑥2 0,8 3,4 0,235 0,231 𝑥3 1,1 4,27 0,258 4.2. Actividad 2 4.2.1. Procedimiento  Armar el montaje mostrado en la figura 4  Etiquetar su marco de referencia (punto 0) y colocar los dos vehículos con velocidades diferentes en ese punto (en dos rieles distintas).  Dejar rodar el carrito con velocidad más baja (vehículo 1) y activar el cronómetro (𝑡0 = 0).  Un segundo más tarde dejar rodar el carrito con velocidad mayor (vehículo 2). Anotar el tiempo en el que partió el carrito 2 del punto cero (𝑡1 ). En principio 𝑡1 = 1𝑠, pero podría ser mayor debido al tiempo de reacción.  Cronometrar hasta que ambos vehículos se encuentren (𝑡2 ).  Medir la distancia desde su punto 0 hasta el punto de encuentro 𝛥𝑥. Anotar los datos en la Tabla 3.  Repetir 3 veces los pasos 3 – 6.  Calcular promedios y la velocidad de los dos vehículos. Anotar sus resultados en la Tabla 4. 𝛥𝑥 𝛥𝑥 𝑣1 = 𝛥𝑡 , 𝑣2 = 𝛥𝑡 02 12 4.2.2. Registro de Datos Tabla 3. Datos obtenidos para movimiento con velocidades constantes paralelas Distancia punto de Tiempo de salida del Tiempo al punto de encuentro, 𝑡2 Repetición N° encuentro 𝛥𝑥 (m) segundo carrito, 𝑡1 (s) (s) 1 80cm 1.03s 3.98s 2 80cm 1.02s 3.99s 3 80cm 1.01s 4s Tabla 4. Datos obtenidos para movimiento con velocidades constantes paralelas Promedio distancia punto de encuentro, 𝛥𝑥 (m) 0.8m Promedio tiempo de salida vehículo 2, 𝑡1 1.02 4 Promedio tiempo punto de encuentro, 𝑡2 3.99 𝛥𝑡02 = 𝑡2 − 𝑡0 3.99 𝛥𝑡12 = 𝑡2 − 𝑡1 2.97 𝑣1 (m/s) 0.78m/s 𝑣2 (m/s) 0.20m/s 5