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Martes 21 de Septiembre de 2021 |
 

Trabajo práctico de física. Colegio Nacional de Buenos Aires.

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Cinemática. Estudio del movimiento de un cuerpo de una pista inclinada.

Agregado: 20 de SEPTIEMBRE de 2003 (Por Michel Mosse) | Palabras: 1589 | Votar | Sin Votos | Sin comentarios | Agregar Comentario
Categoría: Apuntes y Monografías > Física >
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    Objetivos:

    Estudio del movimiento de un cuerpo de una pista inclinada

    Materiales:

    1 pista

    1 carro

    1 regla plástica con franjas oscuras para el carro

    2 sensores de barrera o fotogate (FG)

    1 cronómetro Smart Timer (SM)

    1 soporte para inclinar la pista

    Introducción


    Procedimiento Experimental:


    Primera parte

    1.      Inclinamos la pista (Fig 1)hasta lograr un desnivel de aproximadamente 10 cm entre ambos extremos. Luego colocamos el carro al extremo de la pista que se encontraba a menor altura, apoyado sobre el tope de la pista, adosándole una regla (Fig 2), que serviría luego para interrumpir los haces de luz infrarroja emitidos por los Fotogates y así poder realizar las mediciones.

    Especificamos un origen de coordenadas. El primer Fotogate, que llamaremos FG1 se ubicó dentro de un rango de unos 40 cm. del cero (posición desde la cual dejamos en libertad el carro) y se mantuvo fijo en esta posición durante toda la experiencia. Este Fotogate fue el que disparó la medición del tiempo y por lo tanto fijó el origen temporal.

    El FG1 se conectó al CANAL 1 del ST. El segundo FG se conectó al CANAL 2 del ST y se colocó a 5 cm del FG1. La medición del tiempo culminó cuando la regla plástica del carro , luego de interrumpir el haz de luz infrarroja del FG1, interrumpió el haz del FG2.

    Medimos el tiempo empleado por el carro para realizar distintos desplazamientos sobre la pista, siendo las Xf diferentes en cada caso. Las primera seis mediciones fueron para una Xf de 5cm, 10cm, 15cm, 20cm, 25cm, 30cm, y de las séptima a la duodécima, las Xf aumentaron de diez en diez, siendo la Xf7 de 30cm y Xf12 de 70cm. (Tabla 1)

    Para cada posición del segundo Fotogate realizamos tres mediciones, ya que era necesario para poder, luego, sacar el tiempo promedio con la incerteza correspondiente, en cada desplazamiento.

    2.      Luego realizamos las mediciones de la velocidad del carro. (Tabla 1) Preparamos el Smart Timer en el modo apropiado para medir velocidades. Para esta medición sólo utilizamos un Fotogate, al cual fuimos desplazando a las mismas posiciones que en la primera parte de la experiencia. El FG que utilizamos fue el FG2 que fue conectado al CANAL 1 del ST (Smart Timer). Repetimos las posiciones del caso anterior ya que esto era necesario para asociar la velocidad con el tiempo. Para cada valor de posición medimos tres veces la velocidad, ya que nos ayudó a verificar la veracidad de los resultados y nos proporcionó mayor exactitud en el cálculo del valor promedio de las variables de velocidad.

    3.      En esta tercera parte medimos la aceleración del carro para completar el estudio del movimiento. (Tabla 1)

    Seleccionamos en el ST el modo que permite medir aceleraciones con dos FG, en este modo se mide la aceleración media del carro en el tramo de la pista definido por el FG1 y el FG2. Conectamos un FG a cada canal del Smart Timer. Medimos la aceleración colocando el FG2 en al menos cinco de las posiciones elegidas anteriormente, realizando nuevamente tres mediciones para cada posición para obtener el valor representativo.

    Segunda Parte:

    Repetimos este procedimiento con una nueva y mayor inclinación de la pista.

    Resultados:

    Tabla 1

    Obs

    ∆x (cm)

    ε∆x

    t (s)

    tp - t

    tp (s) εtp

    v (cm/s)

    vp (cm/s) εvp

    A (cm/s2)

    Ap - A

    ap (cm/s2) εap

    1

     

    5,0

    0,4

    0,1961

    0,0004

     

    0,1957

    0,0004

    28,5

     

    28,3

    2,3

    24,9

    0,1

     

    24,9

    0,2

    0,1957

    0,0001

    28,2

    24,8

    -0,1

    0,1953

    -0,0004

    28,2

    25,1

    0,2

    2

     

    10,0

    0,4

    0,3652

    -0,0020

     

    0,3672

    0,0036

    31,8

     

    31,9

    1,6

    24,8

    0,1

     

    24,7

    0,1

    0,3661

    -0,0011

    32,2

    24,8

    0,1

    0,3703

    0,0036

    31,7

    24,6

    -0,1

    3

     

    15,0

    0,4

    0,5142

    0,0018

     

    0,5124

    0,0018

    35,9

     

    35,8

    1,1

    24,9

    0,1

     

    24,9

    0,1

    0,5119

    -0,0005

    35,9

    24,9

    0,1

    0,5111

    -0,0013

    35,7

    24,8

    -0,1

    4

     

    20,0

    0,4

    0,6396

    -0,0006

     

    0,6402

    0,0028

    39,6

     

    39,9

    1,0

    24,6

    0,1

     

    24,5

    0,1

    0,6379

    -0,0023

    39,8

    24,5

    0,1

    0,6430

    0,0028

    40,3

    24,5

    0,1

    5

     

    25,0

    0,4

    0,7626

    0,0020

     

    0,7606

    0,0020

    43,1

     

    42,8

    0,7

    24,6

    -0,2

     

    24,8

    0,2

    0,7601

    -0,005

    42,5

    24,9

    0,1

    0,7590

    -0,0016

    42,7

    24,9

    0,1

    6

     

    30,0

    0,4

    0,8781

    -0,0023

     

    0,8804

    0,0043

    45,6

     

    45,3

    0,8

    24,9

    0,2

     

    24,7

    0,2

    0,8847

    0,0043

    45,4

    24,8

    0,1

    0,8784

    -0,0020

    44,8

    24,6

    -0,1

    7

     

    40,0

    0,4

    1,0833

    -0,0054

     

    1,0887

    0,0068

    50,0

     

    50,4

    0,8

    24,8

    0,1

     

    24,7

    0,2

    1,0872

    -0,0015

    50,5

    24,6

    -0,1

    1,0955

    0,0068

    50,7

    24,8

    0,2

    8

     

    50,0

    0,4

    1,2805

    0,0018

     

    1,2787

    0,0053

    54,6

     

    54,6

    0,7

    24,7

    -0,3

     

    25,0

    0,3

    1,2821

    0,0034

    54,6

    25,1

    0,1

    1,2734

    -0,0053

    54,6

    25,1

    0,1

    9

     

    60,0

    0,4

    1,4811

    0,0145

     

    1,4666

    0,0145

    58,4

     

    58,5

    1,0

    25,0

    0,1

     

    25,0

    0,2

    1,4568

    -0,0098

    58,4

    24,8

    -0,2

    1,4620

    -0,0046

    58,8

    25,1

    0,1

    10

     

    70,0

    0,4

    1,6348

    0,0021

     

    1,6327

    0,0079

    62,1

     

    62,1

    0,7

    25,1

    -0,1

     

    25,2

    0,5

    1,6385

    0,0058

    62,1

    25,7

    0,5

    1,6248

    -0,0079

    62,1

    24,9

    -0,3

    Tabla 2

    Obs

    ∆x (cm)

    ε∆x

    t (s)

    tp - t

    tp (s) εtp

    v (cm/s)

    vp (cm/s) εvp

    A (cm/s2)

    Ap - A

    ap (cm/s2) εap

    1

     

    5,0

    0,4

    0,1408

    0,0003

     

    0,1405

    0,0006

    42,5

     

    42,7

    3,6

    55,1

    0,1

     

    55,1

    0,4

    0,1399

    -0,0006

    42,7

    54,7

    -0,4

    0,1408

    0,0003

    42,9

    55,4

    0,3

    2

     

    10,0

    0,4

    0,2518

    -0,0001

     

    0,2519

    0,0006

    48,3

     

    48,1

    2,0

     

     

     

    0,2525

    0,0006

    48,0

     

     

    0,2514

    -0,0005

    48,0

     

     

    3

     

    15,0

    0,4

    0,3483

    0,0010

     

    0,3473

    0,0011

    54,0

     

    54,0

    1,6

    53,6

    -0,4

     

    54,0

    0,6

    0,3475

    0,0002

    54,0

    54,6

    0,6

    0,3462

    -0,0011

    54,0

    53,9

    -0,1

    4

     

    20,0

    0,4

    0,4375

    0,0003

     

    0,4372

    0,0003

    58,8

     

    58,8

    1,2

     

     

     

    0,4372

    0,0001

    58,8

     

     

    0,4369

    -0,0003

    58,8

     

     

    5

     

    25,0

    0,4

    0,5208

    0,0008

     

    0,5200

    0,0012

    63,6

     

    63,5

    1,2

    56,0

    1,5

     

    54,5

    1,5

    0,5205

    0,0005

    63,2

    54,4

    -0,1

    0,5188

    -0,0012

    63,6

    53,6

    -0,9

    6

     

    30,0

    0,4

    0,5925

    0,0006

     

    0,5919

    0,0006

    67,5

     

    67,7

    1,0

     

     

     

    0,5917

    -0,0002

    68,0

     

     

    0,5916

    -0,0003

    67,5

     

     

    7

     

    40,0

    0,4

    0,7331

    0,0020

     

    0,7311

    0,0015

    75,1

     

    75,3

    0,9

    53,8

    0,1

     

    53,7

    0,2

    0,7305

    -0,0006

    75,1

    53,7

    0,1

    0,7296

    -0,0015

    75,7

    53,5

    -0,2

    8

     

    50,0

    0,4

    0,8581

    0,0001

     

    0,8580

    0,0005

    82,6

     

    82,6

    0,7

     

     

     

    0,8584

    0,0004

    82,6

     

     

    0,8575

    -0,0005

    82,6

     

     

    9

     

    60,0

    0,4

    0,9765

    0,0021

     

    0,9744

    0,0017

    88,4

     

    88,9

    0,6

    53,5

    -0,9

     

    54,4

    0,9

    0,9734

    -0,0010

    89,2

    54,6

    0,2

    0,9727

    -0,0017

    89,2

    55,2

    0,8

    10

     

    70,0

    0,4

    1,0869

    0,0013

     

    1,0856

    0,0066

    95,2

     

    94,0

    1,1

     

     

     

    1,0790

    -0,0066

    94,3

     

     

    1,0910

    0,0054

    92,5

     

     

     

    Gráficos: (al final del T.P.)

    Nota: Las incertezas en los gráficos son lo más aproximadas a las reales que se pudieron hacer según la escala usada.

    Análisis y Conclusiones:

    ¿Qué tipo de movimiento tiene el carro estudiado sobre la pista inclinada?

    El carro tiene un movimiento de tipo MRUV ya que presenta un movimiento rectilíneo cuya velocidad varía con una aceleración constante. El móvil parte del reposo, y a medida que se desplaza va aumentado su velocidad, teniendo una aceleración constante.

    Pudimos determinar que es un Movimiento Rectilíneo porque se traslada por una recta. Es Uniforme porque la velocidad varía en una misma magnitud cada intervalos iguales de tiempo (es decir, la velocidad varía con una aceleración constante), y es Variado porque la inclinación de la pista hace que el carro aumente su velocidad constantemente.

    Las ecuaciones que describen etse movimiento son

    X(t) = xo + Vot + at2

    V(t) = vo + at

    ¿Qué sucede con parámetros como la velocidad inicial y la aceleración al variar la inclinación de la pista?

    Al variar la inclinación de la pista, la velocidad inicial es mayor, si la pista está más inclinada, y es menor, si la pista está menos inclinada.

    Con respecto a la aceleración, es mayor si la pista está más inclinada y es menor si no está tan inclinada.

    •         Conclusiones sobre los gráficos:

    x(t): Es una parábola, ya que la velocidad no es constante sino que aumenta en forma constante.

    v(t): es una recta con pendiente, ya que la velocidad aumenta constantemente.

    a(t): es una recta sin pendiente ya que la aceleración es constante.

    Al aumentar la inclinación de la pista:

    x(t): la parábola se acerca.

    v(t): la pendiente aumenta.

    a(t): la aceleración es mayor que en el caso anterior.

    •         El carro tiene un movimiento de tipo MRUV, y al aumentar la inclinación aumenta la velocidad inicial y la aceleración.

    •        El ST es muy preciso porque las incertezas de velocidad, tiempo y aceleración son muy pequeñas.


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