Física Mecánica. Sesión de Problemas Experimento. TEMA: TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA.

Transcripción

1 TEM: TEOREM DEL TRJO Y L ENERGÍ. PRINCIPIO DE CONSERVCIÓN DE L ENERGÍ. Problema experimento #10: Trabajo y Conservación de la energía con plano inclinado. Medir el espesor de un pequeño bloque de madera por medio del método de la conservación de la energía. Dos objetos idénticos parten del reposo desde la misma altura h y deslizan sobre rampas sin fricción. El cuerpo desliza sin contratiempos sobre la plataforma horizontal una distancia x, mientras el objeto encuentra después de bajar la altura h un desnivel de profundidad h/2, recorriendo una distancia x/2, como se muestra en la figura 1. l final de las dos plataformas hay un sensor que mide la rapidez y el tiempo transcurrido desde la salida, calcule estas dos cantidades. h h x h/2 x/2 En el montaje mostrado en la figura, el planeador desciende por el carril con un pequeño desnivel. Parte : La fotocompuerta, colocada en el modo gate, mide el tiempo en el que la bandera de ancho d interrumpe el rayo. Diseñe un procedimiento para medir el desnivel h entre los soportes del carril en función de éste tiempo. Parte : La fotocompuerta en el modo pulse mide el tiempo que emplea el planeador en recorrer la distancia x. Encuentre una expresión para el desnivel h entre los soportes del carril y el tiempo medido por el cronómetro en el modo pulse. Por último mida el espesor del bloque con el calibrador. d FIGUR 2 x

2 TEM: TEOREM DEL TRJO Y L ENERGÍ. PRINCIPIO DE CONSERVCIÓN DE L ENERGÍ. Problema experimento #11: Problema experimento de Trabajo y conservación de la energía. plicar el principio de conservación de la energía para predecir: Parte : El valor mínimo del ángulo θ, necesario para que la esfera de la figura 1, describa un círculo alrededor del punto O. Parte : El valor del ángulo para que la esfera de la figura 2 golpee la puntilla. Una pequeña masa M cuelga por medio de una cuerda de longitud l. Una puntilla está en la vertical una distancia d abajo del punto de soporte de la cuerda, como se muestra en la figura 1. Se separa la cuerda un ángulo de la horizontal y se suelta. Cuál debe ser el mínimo valor de para que la masa describa un circulo entero alrededor del punto O? PRTE PRTE l θ l θ d O FIGUR 2 Cuál debe ser el ángulo para que la masa M golpee la puntilla? Realice el montaje y mida la longitud l de la cuerda, mida la distancia d entre el soporte y la puntilla y calcule los ángulos de la parte y de la parte. Luego proceda a comprobarlos. El ángulo obtenido experimentalmente debe ser el resultado de varios lanzamientos.

3 TEM: CNTIDD DE MOVIMIENTO. PRINCIPIO DE CONSERVCIÓN DE L CNTIDD DE MOVIMIENTO Problema experimento #12: Conservación de la cantidad de movimiento lineal. Colisión elástica. partir de la conservación de cantidad de movimiento, predecir teóricamente el tipo de movimiento de los deslizadores. Choque elástico Dos cuerpos y, con masa conocida m y con masa desconocida, se mueven sobre un carril sin fricción, en direcciones opuestas con rapideces v y v. Chocan elásticamente y se alejan con rapideces v y v. Calcule la masa del bloque. antes v v después v v Con el carril de aire, los deslizadores y los materiales complementarios suministrados por el profesor para este problema experimental, implemente el montaje y procedimiento que le permita solucionar experimentalmente el problema teórico planteado en la figura 1.

4 TEM: CNTIDD DE MOVIMIENTO. PRINCIPIO DE CONSERVCIÓN DE L CNTIDD DE MOVIMIENTO Problema experimento #13: Conservación de la cantidad de movimiento lineal. Colisión inelástica. partir de la conservación de cantidad de movimiento, predecir teóricamente el tipo de movimiento de los deslizadores. Choque inelástico Dos cuerpos y, con masa conocida m y con masa desconocida, se mueven sobre un carril sin fricción, en direcciones opuestas con rapideces v y v. Chocan y luego se mueven unidos con la rapidez v. a. Calcular la masa del bloque ; b. Calcular la energía perdida en la colisión. antes v v después V Con el carril de aire, los deslizadores y los materiales complementarios suministrados por el profesor para este problema experimental, implemente el montaje y procedimiento que le permita solucionar experimentalmente el problema teórico planteado en la figura 1.

5 TEM: PRINCIPIO DE CONSERVCIÓN DE L CNTIDD DE MOVIMIENTO NGULR. Problema experimento #14: Conservación de la cantidad de movimiento angular. partir de el principio de conservación de la cantidad de movimiento angular, predecir teóricamente el tipo de movimiento de los cuerpos que colisionan. Un proyectil (partícula) de masa mp con una v r, se mueve hacia un disco de masa M rapidez 0 y radio R. El disco está estacionario y libre de girar alrededor de un eje que pasa por su eje de simetría. El proyectil se desplaza a lo largo de una línea a una distancia b, de la línea paralela que pasa por el eje del disco. La figura representa la situación vista desde arriba. Después del impacto el proyectil permanece adherido al disco, si se conoce la rapidez angular del sistema discoproyectil después del impacto, encontrar una expresión para el momento de inercia del disco. FIGUR 2 En el carril de aire, manteniendo constante m1, cambie los valores de m2 y mida la aceleración del sistema en cada caso, Complete una tabla similar a la teórica y dibuje la gráf El sistema mostrado en la figura consta de un disco horizontal que puede girar libremente alrededor de un eje vertical. El disco tiene fijo un brazo con tres dispositivos captadores, situados a diferente distancia del eje de giro. Una esfera metálica, de masa conocida, llega con una velocidad horizontal y perpendicular al brazo y es capturada por uno de los dispositivos captadores.

6 Como resultado de la interacción el sistema disco, brazo con captadores y ahora la esfera capturada gira unida al sistema con una rapidez angular. Conociendo la rapidez inicial de la esfera y la rapidez angular final del sistema, calcular el momento de inercia del sistema formado por el disco, el brazo y los tres dispositivos captadores. Como se tienen tres posiciones distintas para el dispositivo captador en uso, se puede calcular tres veces el mismo momento de inercia del sistema. Depto. de Física. Fac. de Ciencias. Pontificia Universidad Javeriana. Física Mecánica ID

7 TEM: ESTÁTIC Y DINÁMIC DEL SÓLIDO RÍGIDO. Problema experimento #15: Problema experimento de torque de una fuerza. partir de las ecuaciones dinámicas de torque, predecir teóricamente las condiciones de equilibrio estático de un arreglo de bloques superpuestos. Situación 1: Se tienen dos bloques rectangulares homogéneos de igual longitud. Se coloca uno encima del otro de tal manera que una parte del bloque superior sobresalga, determine la fracción de la longitud del ladrillo x que puede sobresalir como máximo. Situación 1 Situación 2 FIGUR 2 x Situación 2: Si el conjunto anterior se coloca sobre un tercer bloque, determinar la máxima longitud que el bloque más bajo del conjunto en la situación 1 puede sobresalir al estar sobre el tercer bloque. Determine la posición del centro de masa de los bloques que se dan para el experimento, a continuación solucione las dos situaciones planteadas con los bloques reales y luego compruebe sus predicciones.

8 TEM: OSCILCIONES RMÓNICS. Física Mecánica. Sesión de Problemas Experimento. Problema experimento #16: Problema experimento del péndulo simple. partir de las leyes de Newton y de los principios de trabajo y energía, predecir teóricamente el tipo de movimiento del un péndulo simple. Se tiene una partícula puntual colgando por medio de una cuerda de masa despreciable y de longitud l, si se saca de su posición de equilibrio un pequeño ángulo con la vertical y se suelta, y además el ángulo es menor de 0.1 radian, aproximadamente 5, la partícula realiza un movimiento armónico simple. Encuentre una expresión para el período del movimiento de la partícula. l θ Usando la expresión encontrada en la solución del problema anterior, calcule el tiempo para 10 oscilaciones y complete la tabla siguiente: l(cm) ts Nota: Use la gravedad como 9.81 m/s2. Utilizando el procedimiento de regresión de potencia o el procedimiento de linealización compruebe que la aceleración de la gravedad es la que utilizo para obtener los datos de la tabla. continuación realice el experimento y complete la tabla con los datos reales, tome un mínimo de 5 veces eltiempo para cada longitud y calcule la aceleración de la gravedad.

9 TEM: OSCILCIONES RMÓNICS. Física Mecánica. Sesión de Problemas Experimento. Problema experimento #17: Problema experimento de Péndulo Físico. partir de las leyes de Newton y de los principios de trabajo y energía, predecir teóricamente el tipo de movimiento del un péndulo físico. Se tiene una barra homogénea de longitud L y masa M. Se suspende de un punto que dista una distancia y del centro de masa. Si se separa un ángulo θ de la vertical, con θ < 0.1 radian y se suelta, la barra realiza un movimiento armónico simple. Encontrar una expresión para el periodo del movimiento en función de La masa M, el momento de inercia de la barra respecto al centro de masa Icm y la distancia entre el punto de suspensión y el centro de masa es y. y cm y Tome la barra que se da en el laboratorio para el experimento y mida la masa y la longitud, luego calcule el momento de inercia respecto al centro de masa por el método geométrico. Usando la expresión obtenida en la solución del problema, complete la tabla para diferentes distancias y entre el centro de masa y el punto de pivote, calculando en cada caso el tiempo para 10 oscilaciones: y / cm y 2 y 3 y 4 y 5 y t / s Nota: Use la gravedad como 9.81 m/s2. Diseñe un método gráfico para calcular a partir de estos datos el momento de inercia de la barra respecto al centro de masa. hora realice el experimento y complete la tabla pero con los datos del tiempo encontrados experimentalmente. Tome por lo menos 5 veces cada tiempo. Con el método gráfico de la parte teórica calcule el momento de inercia de la barra.