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Transcript
Seminario de profesores de Física 5 de noviembre de 2008
Estrategia de aprendizaje
Dolores Lizcano Silva
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL
TIPOS DE MOVIMIENTO
OBJETIVOS:
 Distinguirás entre el movimiento rectilíneo uniformemente (MRU) y el movimiento
uniformemente acelerado (MUA).
 Explicaras la relación que existe entre la fuerza aplicada a un cuerpo de masa
determinada y la aceleración producida (Segunda Ley de Newton1).
 Identificaras que el tiro parabólico es un movimiento compuesto por una
componente vertical (MUA) y una componente horizontal (MRU).
 Aprenderás a manejar el equipo y realizar mediciones.
 Interpretara y realizara graficas
 Reconocerá la importancia de el estudio del movimiento de los cuerpos
INTRODUCCION:
De forma ordinaria, cuando iniciamos nuestras actividades diarias y durante el día,
observamos que todo a nuestro alrededor se mueve y lo vemos como algo común, sin
embargo alguna vez nos hemos preguntado:
¿Que es el movimiento?
¿Cuántos tipos de movimiento existen?
¿Es posible anticipar que sucederá con el movimiento de un cuerpo?
¿Qué variables afectan con el movimiento de un cuerpo?, Etc.
El estudio de la cinemática y la dinámica nos permite explicar el cómo y el porqué se
mueven los objetos en este mundo en constante movimiento.
En esta práctica se pretende, en una sola experiencia práctica de aprendizaje, unificar el
estudio del movimiento (cinemática), las causas que lo producen (dinámica), y estudiar en
un caso particular el movimiento llamado tiro parabólico.
1
Para un objeto de masa constante, la fuerza aplicada es directamente proporcional a la aceleración producida.
1
Diagramas de Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) y Movimiento
Uniformemente Acelerado (MUA)
Movimiento rectilíneo
Movimiento Rectilíneo
Uniforme (MRU)
Se clasifican en
Movimiento Rectilíneo
Variado
Movimiento Uniformemente
Acelerado (MUA)
Distancia recorrida
Se caracterizan mediante
Tiempo empleado
Cuya relación se definen
Rapidez = Modulo de la velocidad
Movimiento Rectilíneo
Uniforme
Cuya variación define
Movimiento Uniformemente
Acelerado
Diagrama de la Segunda Ley de Newton
Cuerpos
Movimiento
Pueden estar en
Reposo
Al aplicar una
Fuerza se modifica el
movimiento
Se produce
Aceleración
2
Tiro Parabólico
Tiro Parabólico
Velocidad inicial
Depende de
Aceleración de la
gravedad
Ángulo de tiro
Razon por la cual el móvil describe
una
Trayectoria parabólica
El movimiento es el cambio de lugar (posición) en función del tiempo, cuando un cuerpo
se mueve se tienen dos variables, una es el tiempo y la otra es la distancia recorrida por
el cuerpo.
La distancia recorrida de un móvil es una magnitud escalar sin importar en que dirección
lo hizo, a diferencia del desplazamiento de un móvil que es una cantidad vectorial que
depende del punto de partida y del punto de llegada del móvil respecto a un sistema de
referencia
.
El movimiento se describe por medio de la velocidad, o bien de la rapidez del móvil, la
rapidez es una cantidad escalar que únicamente indica la magnitud de la velocidad; y la
velocidad es una magnitud vectorial que además de tener magnitud, tiene dirección y
sentido.
Así que podemos determinar a partir de:
rapidez  v 
dis tan cia _ recorrida d

tiempo _ empleado
t
 
 cambio _ de _ posición P2  P1
velocidad  v 

tiempo _ empleado
t 2  t1
3
Las unidades de de medida más utilizadas son:
cm
s
o bien
m
s
o bien
km
h
CONCEPTOS:
 MOVIMIENTO. Cambio de posición respecto a un punto de referencia.
 SISTEMAS DE REFERENCIA. Lugar respecto al cual se dice que el objeto esta en
reposo o mueve.
 DESPLAZAMIENTO. Es la cantidad física que describe el cambio de posición de
un cuerpo. Si la posición del cuerpo no cambia, el desplazamiento es cero.
 DISTANCIA RECORRIDA. Es la longitud del cambio recorrido.
 RAPIDEZ. La magnitud del vector velocidad.
 RAPIDEZ MEDIA. El coeficiente de la distancia total recorrida entre el tiempo de
recorrido.
 VELOCIDAD. Es el coeficiente de desplazamiento y el tiempo transcurrido.
 MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME (MRU). Es aquel en el que un cuerpo
avanza en línea recta, en un mismo sentido y con una rapidez constante.
 ESCALAR. Cantidad que se expresa con un número y la unidad correspondiente.
 VECTOR. Cantidad física que se representa con una magnitud, una dirección y un
sentido
Dos vectores son iguales si tienen la misma magnitud y están orientados en la
misma dirección y apuntando en el mismo sentido.
 MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE ACELERADO (MUA). Es el cual la velocidad
de un móvil va aumentando o disminuyendo de manera uniformemente a medida
que este se va desplazando.
 VELOCIDAD MEDIA. Es el coeficiente de desplazamiento total entre el tiempo de
recorrido.
 VELOCIDAD INSTANTÁNEA. Es la velocidad de un cuerpo en un momento
preciso.
 ACELERACIÓN. Cantidad física que mide los cambios de velocidad en el tiempo.
 CAÍDA LIBRE. Movimiento de un cuerpo bajo la acción de la gravedad de la
Tierra, sin ninguna otra influencia.
 PRINCIPIO DE GALILEO. Todo cuerpo se mantendrá en movimiento con una
velocidad constante o permanecerá en reposo a menos que haya una influencia
externa que cambie esos estados.
 MASA. Es la medida de la inercia de los cuerpos.
 PESO. Es la medida de atracción o fuerza gravitacional que se ejerce sobre el.
 FUERZA. Es todo agente externo que actúa sobre un cuerpo para modificar su
estado de reposo o movimiento.
 LEY HOOKE. Cuando un sólido es deformado elásticamente (sin rebasar el límite
de elasticidad) la deformación del sólido es directamente proporcional a la fuerza
aplicada.
 LA FUERZA RESULTANTE. Es la diagonal que sale del origen de los dos vectores
y termina en el vértice opuesto.
 UN NEWTON. Es la fuerza que necesita aplicarse a un cuerpo de 1 Kg de masa
para que alcance una aceleración de 1m/s2.
 PRIMERA LEY DE NEWTON. Todo cuerpo continúa en estado de reposo o
movimiento uniforme en línea recta a menos que sea forzado a cambiar este
estado por fuerzas que actúan sobre el.
4
 SEGUNDA LEY DE NEWTON. La aceleración que tiene un cuerpo es
directamente proporcional a la fuerza aplicada e inversamente proporcional a su
masa, y tiene la misma dirección y sentido que la fuerza resultante.
 TERCERA LEY DE NEWTON. A la fuerza de acción de un cuerpo sobre otro
cuerpo le corresponde una fuerza de reacción del segundo cuerpo sobre el
primero. Las fuerzas de acción y reacción son de igual magnitud y tienen la misma
dirección, pero actúan en sentidos opuestos.
 EQUILIBRIO MECÁNICO. Ocurre cuando un cuerpo permanece en reposo o se
mueve con velocidad constante.
 FUERZA GRAVITACIONAL, FUERZA GRAVITORIA O FUERZA DE LA
GRAVEDAD. Es la fuerza de atracción entre dos objetos cualesquiera, debida a
sus masas.
 LEY GRAVITACIÓN UNIVERSAL. La fuerza con la que se atraen dos cuerpos es
directamente proporcional al producto de sus masas, e inversamente proporcional
al cuadrado de la distancia entre los cuerpos.
HIPÓTESIS DE TRABAJO:
o En ausencia de fricción, es posible estudiar los movimientos MRU y MUA en el
Laboratorio
o Al duplicar la fuerza que se aplica a un cuerpo, en ausencia de fricción, se produce
una aceleración doble.
EQUIPO Y MATERIAL NECESARIO:
El material para la actividad es:
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Un Riel de aire con compresor de aire, con deslizador.
Dos fotoceldas para detectar el movimiento del cuerpo.
Un flexo metro
Un marco de pesas
Una polea
Hilo trenzado para polea
Lápiz o Pluma
Calculadora
Un cronometro
5
PARTE A . MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME
DESARROLLO:
1. Arma el equipo como se muestra en la figura 1.
FOTOCELDAS
COMPRESOR
LIGA
CRONOMETRO
DESLIZADOR
RIEL
FIGURA 1
2. Coloca el riel en la mesa de trabajo, procurando que quede horizontal de forma tal
que las celdas sensoras del movimiento se encuentren cercanas al extremo donde
va iniciar su movimiento deslizador.
3. Divide el riel, marcando con el lápiz, distancias iguales en la parte horizontal.
4. Conecta el compresor, coloca el deslizador en el extremo donde esta la liga y mide
la distancia entre las dos fotoceldas.
5. impulsa el deslizador con la liga, arranca el cronometro y mide el tiempo que tarda
en cubrir la distancia entre la posición de la fotocelda inicial y la posición de la
segunda fotocelda.
6. Incrementa la distancia entre las fotoceldas recorrido un poco mas la segunda,
vuelve a dar el impulso con la liga al deslizador, y vuelve a tomar el tiempo que
tarda en cubrir la distancia entre la posición de la fotocelda inicial y la nueva
posición de la segunda fotocelda.
7. Repite la operación mencionada en el inciso 6 cuando menos cinco distancias
diferentes en total y registra tus resultados en la tabla I
6
Distancia recorrida (cm)
Tiempo
(s)
0
0
TABLA 1
8. Con tus datos construye una grafica de distancia contra tiempo.
DISTANCIA CONTRA TIEMPO
D
I
S
T
A
N
C
I
A
(cm)
TIEMPO (S)
9. Identifica la relación que existe entre las dos varibles.
7
Ejercicios de Movimiento rectilíneo uniforme
Autoevaluación respecto al movimiento rectilíneo uniforme.
a) Identifica las variables que se relacionan en el movimiento rectilineo uniforme.
b) ¿Porque se dice que la velocidad es constante?.
c) ¿Cuáles son las unidades de medida para el MRU?.
1.- Un automóvil sigue una trayectoria recta en la cual realiza desplazamientos iguales en
tiempos iguales, en un segundo el automóvil se desplaza 2 metros; al transcurrir 2
segundos, se habrá desplazado 4 metros; al transcurrir 3 segundos, se habrá desplazado
6 metros.
a) Demuestra que su velocidad es constante por medio de la ecuación
b) Realiza una grafica del desplazamiento en función con el tiempo
c) Convertir las unidades de m/s a km/h
8
PARTE B . MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO
Y SEGUNDA LEY DE NEWTON.
1.- MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO
DESARROLLO:
1. Monta el equipo como se muestra en la figura 2. (se ha agregado una polea, se ha
fijado el deslizador con un cordel que pasa por la polea y lo une una pesa y el
impulso lo va a dar la pesa
FOTOCELDAS
COMPRESOR
LIGA
CRONOMETRO
CORDEL
POLEA
DESLIZADOR
RIEL
PESA
FIGURA 2
2. Con base en lo realizado en la parte 1 opera el equipo experimental mostrado en la
figura 2 de tal manera que en lugar de impulsar el deslizador empleado una liga se
emplee una pesa.
3. Toma cuando menos 5 lecturas de tiempo a diferentes distancias iniciales del
deslizador. Registra tus resultados en la Tabla II
TABLA II
Distancia recorrida (cm)
0
Tiempo
(s)
0
4. Con tus datos construye una grafica de distancia contra tiempo.
9
DISTANCIA CONTRA TIEMPO
D
I
S
T
A
N
C
I
A
(cm)
TIEMPO (S)
5. Identifica la relación que existe entre las dos variables.
2. SEGUNDA LEY DE NEWTON.
DESARROLLO
1. Utiliza el mismo equipo para estudiar la segunda ley de Newton.
2. coloca las fotoceldas a una distancia determinada, la cual se anota expresándola
en metros.
3. Fija al extremo del cordel una de las pesas cuyo peso es conocido.
4. De manera simultanea, suelta la pesa y arranca el cronometro.
5. Registra el tiempo empleado por el deslizador para cubrir la distancia entre dos foto
celdas.
6. Repite al menos 5 pesas diferentes, lo mencionado anteriormente.
7. En la tabla III registra el tiempo y los pesos (fuerzas ) empleados y calcula la
aceleración que adquiere el deslizador con la siguiente formula.
10
V = d/t
a= v/t
8. A partir de los valores de Fuerza (N) y aceleración (m/s2), determina el cociente
que resulta de dividir la fuerza aplicada al deslizador entre la aceleración
producida. Registra tus datos en la Tabla III.
Tiempo
(s)
Tabla III
Fuerza (N)
aceleración
(Peso de la pesa)
(m/s2)
Fuerza/Aceleracion
(m)
11
MOVIMIENTO DE PROYECTILES
Descripción del problema:
HIPÓTESIS DE TRABAJO:
o El tiempo de vuelo del balin es independiente de la rapidez de salida del balin
o Una vez que abandona el tubo, el balin el movimiento de caída libre se combina
con un movimiento rectilineo uniforme por lo describe una trayectoria parecida a
una parábola
o
EQUIPO Y MATERIAL NECESARIO:
El material para la actividad es:
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Un Riel de aproximadamente 50 cm de longitud.
Un trozo de 10 cm de tubo de ¾ (cobre).
Un flexo metro
Unas pinzas para bureta
Un soporte universal
Un cronometro
Un balín de acero de diámetro adecuado para el riel
Cinta adhesiva
Un marcador tinta indeleble
5 hojas de papel blanco
Una hoja de papel carbón
Lápiz o Pluma
Calculadora
DESARROLLO
1. Arma el equipo como se te muestra en la figura 3.
SOPORTE UNIVERSAL
35 cm
PINZAS
RIEL
TUBO
BALIN
V
MESA DE TRABAJO
FIGURA 3
12
2. Divide la longitud del riel en cuatro partes iguales.
3. Lanza el balín del punto más alto y observa el alcance máximo. Marca el lugar del
impacto del balín contra el suelo.
4. Para detectar el punto de impacto del balin con el suelo adhiere a él hoja de papel
y encima el papel carbón.
5. Mide el tiempo que transcurre desde las suelas del balin en la parte más alta del
riel hasta que se impacta contra el suelo. Registra los valores en la Tabla IV.
6. Mide la distancia horizontal que hay desde el extremo de la mesa y el punto donde
se impacto el balin contra el suelo. Registra los valores en la Tabla IV.
7. Desde el lugar en que termina el tubo, deja caer libremente el balin (en caida libre)
y mide el tiempo que tarde en chocar contra el suelo Registra los valores en la
Tabla IV.
8. Compara este tiempo con el tiempo promedio que tarda el balin desde que sale del
punto más alto del riel hasta que choca contra el suelo. Compáralo con el tiempo
que tarda el balin desde que se deja caer de cada marca del riel hasta que choca
contra el suelo.
Distancia recorrida (cm)
0
Tiempo
(s)
0
TABLA IV
AUTOEVALUACION
1.
2.
3.
4.
Estable las diferencias entre el MRU y MUA
¿Por que se dice que en un MUA, la aceleracion es cero?
¿Que sucede con la velocidad de un movil que se mueve con un MUA?
¿Que sucede con la velocidad del deslizador en la practica sobre movimiento
rectilineo uniforme al incrementar la distancia entre las fotoceldas?
13
5. Para las mismas distancias entre las foto celdas La velocidad del deslizador al pasar
entre dos foto celdas?
6.
7.
8.
9.
10.
CONCLUSION
¿Pudiste validar las hipótesis de trabajo planteadas?
Describe porque y si encontraste diferencias explícalas y reformula tus hipótesis.
_________________________________________________________
14