PRINCIPIO DE MASA

 

 

Objetivos: 

                    Estudio del movimiento de un cuerpo ante la aplicación de fuerzas de distinto                    módulo e igual dirección.

 

 

Materiales:

-          1 pista graduada en centímetros (menor división del instrumento = 0,1 cm)

-          1 carro

-          1 regla plástica con franjas oscuras para el carro

-          1 soporte para pesas

-          1 polea

-          2 sensores de barrera o fotogate (FG)

-          1 cronómetro Smart Timer (ST)

-          pesas

-          hilo

-          2 topes para pista

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Introducción:

 

Durante el desarrollo del Trabajo Práctico estudiaremos el movimiento de un carro que se desliza por una pista horizontal. A pesar de que para realizar ese procedimiento podríamos utilizar un reloj para medir el tiempo, utilizaremos materiales que responden a una tecnología un poco más avanzada: dos sensores de barrera conectados a un cronómetro ST. Estos instrumentos nos ayudarán a tomar datos con mayor precisión.

 

                                                      

Procedimiento experimental:                      

 

A continuación se detallan los pasos a seguir para estudiar el movimiento del carro:

 

1º - mantener la pista en posición horizontal

2º - colocar en la pista dos topes, uno en cada extremo de ésta, para limitar el movimiento        del carro

3º - ubicar, a los costados, los dos FG  (FG1 y FG2)  a una altura determinada para que    

       puedan registrar las interrupciones provistas por las franjas oscuras de la regla

4º - ubicar el carro con la regla adosada sobre la pista

5º - se debe especificar un origen de coordenadas, que puede coincidir con el cero de la        cinta métrica adosada a la pista.  El primer FG, llamado FG1, se ubicará dentro de        unos 20 cm del cero (desde donde se dejará en libertad al carro) y se mantendrá fijo        en esa posición durante toda la realización del trabajo práctico.  El segundo FG, o        FG2, y se colocará en diferentes posiciones (salvo para la medición de la aceleración,        donde los mismos tienen un lugar fijo)

6º - conectar el carro al soporte mediante el hilo y pasar éste por la polea para lograr un        mejor movimiento del sistema

7º - colocar una pesa de 5g en el soporte para pesas y poner las demás sobre el carrito,       junto con una de las barras de 500g

 

Estos son los pasos generales que hay que llevar a cabo, pero luego, según lo que se quiera obtener (en este caso: t(s), v(cm/s) y a(cm/s²)), se deben realizar ciertos pasos específicos para adquirir cada dato. Es por esto que a continuación dividimos el procedimiento en las partes 1 (dividida en a y b) y 2 (dividida en c y d) (las posiciones en las que se ubique el FG2 deberán ser las mismas para cada parte, excepto para la aceleración, donde tienen una posición fija). 

 

 

Parte 1:  Estudio del movimiento del carro.  En esta parte, estudiaremos el movimiento del                carrito sobre la pista horizontal sometido a la acción de una fuerza de valor                constante.

 

 a: en esta parte se midió el tiempo empleado por el carro para realizar distintos                     desplazamientos sobre la pista.

 

i -   conectar el FG1 (el que dispare la medición de tiempo y, por lo tanto, el que fije el 

      origen temporal –t₀-) al canal 1 del ST y el FG2 (el que detendrá el tiempo) al canal 2

ii -  colocar el carro en el tope inicial y soltarlo

iii - medir tres veces el tiempo correspondiente a cada posición del carro

iv - registrar diez mediciones distintas, asegurando barrer la longitud completa de la pista

 

b: en esta parte se midió, de manera directa, la velocidad del carro.

 

i -   conectar el FG2 al canal 1 del ST

ii -  colocar el carro en el tope inicial y soltarlo

iii - medir tres veces la velocidad correspondiente a cada posición del carro

iv - registrar diez mediciones distintas, asegurando barrer la longitud completa de la pista

 

 

Parte 2:  Relación entre la fuerza aplicada y la aceleración adquirida.  En esta parte, se                 pretende investigar el efecto que produce en el movimiento del sistema toda                 variación en el valor de la fuerza aplicada.

 

c: en esta parte se midió, de manera directa, la aceleración del carro para completar 

    el estudio del movimiento.  Se fue variando la fuerza aplicada, trasladando las pesas     del carro al soporte para pesas, incrementando la masa colgante del soporte,      manteniendo constante la masa total del sistema.  En cada medición, la fuerza aplicada     será igual al peso de la masa colgante total (masa de todas las pesas colocadas en el     soporte + masa del soporte).

i -   conectar el FG1 al canal 1 del ST y el FG2 al canal 2

ii -  colocar los dos FG a una distancia fija de 30 cm

iii - colocar el carro en el tope inicial y soltarlo

iv - medir tres veces la aceleración correspondiente a cada fuerza aplicada

 

d: repetir el procedimiento c, agregando al carrito una barra de 500g, lo cual modifica la     masa total del sistema

 

En primer lugar, se debe dejar la pista en posición horizontal. Luego, se deben colocar dos topes, uno en cada extremo de la pista, para limitar el movimiento del carro. A continuación se colocarán a los costados de la pista ambos FG, a una altura tal que puedan detectar las interrupciones que se produzcan en el haz de luz infrarroja cada vez que el haz es interceptado por un objeto (en este caso la regla acrílica).   Para lograrlo, se alinea el primer patrón de la regla con el haz de los FG y en función de ello se determinará la altura a la que se encontrarán los mismos.  El paso siguiente es ubicar el carro (con la regla adosada) sobre la pista.  

 

Como se desea estudiar el movimiento de un cuerpo en una pista horizontal ante la aplicación de fuerzas, es necesario realizar varias mediciones  -tiempo, velocidad y aceleración-.  Para la medición del tiempo  (tiempo empleado por el carro para realizar los distintos desplazamientos sobre la pista) se debe utilizar un modo de medición del tipo  “Two Gates” (dos FG) donde el ST mide el tiempo que transcurre entre el bloqueo sucesivo de dos FG.  Para medir en este modo se debe conectar al canal 1 el FG que dispare la medición de tiempo (FG1) y al canal 2 aquél que lo detendrá (FG2).  En esta instancia el carro, ubicado en el tope inicial, es soltado con el propósito de efectuar las mediciones para las partes a (medición del tiempo)y b (medición de la velocidad), con la diferencia que en la parte b se usa un solo FG (se conecta el FG2 al canal 1).

Lo enumerado anteriormente se repite tres veces para cada posición del carro (con el objetivo de evaluar las incertezas experimentales para luego calcular el valor promedio y su incerteza absoluta) para las diez posiciones del carro.  Ver Tabla I.

 

Luego, para medir la aceleración, se debe utilizar un modo de medición del tipo “Two Gates” (dos FG) donde el ST mide la aceleración entre el bloqueo sucesivo de los FG.  Para medir en este modo se debe conectar al canal 1 el FG que dispare la medición de la aceleración (FG2) y al canal 2 aquél que la detendrá (FG2).  El carro, ubicado en el tope inicial, es soltado con el objeto de realizar las mediciones para las partes c y d (mediciones de la aceleración) y los FG deben encontrarse a una distancia fija de 30 cm.

Este proceso se repite tres veces para cada fuerza aplicada (para evaluar las incertezas experimentales para luego calcular el valor promedio y su incerteza absoluta) para las diez  fuerzas aplicadas sobre el sistema.  Ver Tabla II.

A continuación, debe realizarse nuevamente la medición de la aceleración, pero esta vez debe agregarse al carro la otra pesa de 500g.  Ver Tabla III

 

Las magnitudes que se midieron fueron:   tiempo (t), velocidad (v) y aceleración (a).   Y con estas mediciones se pudo analizar el movimiento del carro.   

 

Los instrumentos que se utilizaron para esta medición fueron los dos FG conectados al ST y la regla plástica con franjas oscuras.

 

El TP se realizó en el Laboratorio de Física del Colegio a temperatura ambiente.

Resultados:  

 

TABLA I

 

 

 

TABLA II