CARRIL NEUMÁTICO 1. OBJETIVO

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Pascual Sosa Blázquez
hace 7 años
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1 CARRIL NEUMÁTICO. OBJETIVO Comprobar la conservación de la cantidad de movimiento, p, y de la energía cinética, Ec, en choques elásticos e inelásticos. Determinar los coeficientes de restitución.. MATERIAL UTILIZADO Soplante Carril neumático Listón con fotocélulas de reflexión Fuente de Alimentación Equipo informático carritos pantallas Horquillas enchufables con goma elástica placa enchufable para choque elástico tubo enchufable para choque inelástico aguja enchufable para choque inelástico Tarjeta externa de adquisición de datos El banco de cojín neumático consta de las siguientes piezas: A) Banco de cojín neumático, riel: tubo de aluminio cuadrado 63 mm x 63 mm, de m de longitud, apoyado en tres patas que permiten su nivelación. Presenta una serie de orificios por los que sale aire a presión, formando un colchón o cojín neumático entre el carril y el móvil que minimiza el rozamiento. La corriente de aire es suministrada por una soplante conectada al carril mediante una manguera flexible. B) Carrito: perfil de aluminio anodizado, l=30 mm, al que se pueden incorporar varios elementos enchufables. C) Pantalla enchufable de plástico con enchufe de manojo, montable en el carrito para interrumpir los rayos de luz de la puerta fotoeléctrica.(l=35 mm). Carril neumático. Movimiento unidimensional

2 Elementos enchufables Todos los elementos tienen aproximadamente el centro de gravedad en la misma posición, son intercambiables a voluntad y se enchufan en los orificios de 4 mm del carro o en el tope del riel. D) Tubo enchufable: en combinación con la aguja enchufable para ensayos de choque inelástico. E) Aguja enchufable: en combinación con el tubo enchufable para ensayos de choque inelástico. F) Placa enchufable: en combinación con la horquilla para ensayos de choque elástico. G) Horquilla enchufable con goma elástica H) Gomas elásticas Para la toma de datos se utiliza un conjunto de 6 fotocélulas de reflexión. Estas fotocélulas están colocadas en un listón metálico situado en la parte superior del carril. Cuando la pantalla reflectante (blanca) incorporada al carrito, pasa por debajo de una de las fotocélulas, éstas se activan y se registra en el ordenador el tiempo de entrada y de salida de la pantalla. 3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS En general, un choque es una situación intermedia entre las situaciones extremas de choque elástico, en el que las velocidades de los dos objetos que intervienen en el choque se invierten, y choque perfectamente inelástico, donde los objetos permanecen unidos después del choque y se desplazan a la velocidad del centro de masas. En los choques elásticos los objetos que intervienen no sufren deformaciones permanentes durante el impacto. En estas colisiones se conservan tanto el momento lineal como la energía cinética del sistema, y no hay intercambio de masa entre los objetos, que se separan después del choque. Ecinicial=Ecfinal pinicial=pfinal mv+mv=mv +mv m v + m v = m v' + m v' Por el contrario, en las colisiones inelásticas parte de la energía cinética se transforma en energía térmica y en energía potencial elástica interna, cuando los cuerpos se deforman durante la colisión. No obstante, aunque no se conserva la energía cinética, sí se conserva el momento lineal total del sistema: Ecinicial Ecfinal m v + m v (m + m )v' () pinicial=pfinal mv+mv= v (m+m) () Carril neumático. Movimiento unidimensional

3 La medida de la elasticidad de una colisión se define a través del coeficiente de restitución, que viene expresado en función de las velocidades de los objetos antes y después de producirse el choque: ' ' (v v ) e = (3) v v Para una colisión perfectamente elástica e=, y para una colisión perfectamente inelástica e=0. 4. EXPERIMENTACIÓN a) Comienzo de la sesión. Enchufen la soplante y la fuente que alimenta a las fotocélulas. Pulsen en el ordenador el icono Carril Neumático ubicado en el escritorio y seleccionen en la pantalla que aparece a continuación la opción Nuevo Usuario. Introduzcan los datos que se solicitan (nombre y apellidos de los alumnos, usuario y contraseña) y pulsen Aceptar. De nuevo aparecerá la pantalla inicial en la cual volverán a introducir el usuario y la contraseña para poder iniciar la experiencia. b) Comprobación de las fotocélulas. En la opción del programa Calibrar seleccionen Test fotocélulas y sigan las instrucciones que se indican. Si se han activado todas las fotocélulas al paso de la pantalla, aparecerá una luz verde a su lado que indica que la lectura se ha realizado correctamente. Pulsen Asignar valores y continúen con la experiencia. c) Toma de datos. Una vez comprobado que las 6 fotocélulas se activan correctamente, se puede comenzar la toma de datos. Para ello, en el menú principal seleccionen el experimento que deseen realizar. Una vez seleccionado el movimiento sigan todas las especificaciones que se indican. Las masas que aparecen antes de la realización del experimento puede que no coincidan con los valores reales, por ello deben pesar todos los elementos que intervienen en cada movimiento e introducir sus valores correspondientes. Se realizan dos tipos de choque: a) Choque elástico: se consigue poniendo en los extremos de los carritos que van a chocar, una horquilla con goma elástica en uno y el accesorio de placa en el otro. b) Choque totalmente inelástico: los dos móviles tras el choque han de permanecer unidos. Esto se consigue con el accesorio de aguja enchufable y el de tubo enchufable con plastilina. Carril neumático. Movimiento unidimensional 3

4 Para cada tipo de choque deben realizarse tres tipos de experiencias: a) con uno de los móviles inicialmente en reposo; b) un choque frontal lanzando los móviles en sentidos opuestos; y c) lanzando los dos móviles en el mismo sentido. Procuren no realizar choques violentos y que el choque tenga lugar en la mitad del carril para tener datos suficientes de cada móvil antes y después del choque. Una vez finalizada la experiencia: Se muestra una pantalla con las gráficas correspondientes al experimento realizado que permite determinar si el movimiento es correcto. Para aquellas experiencias que consideren válidas pulsen la opción Guardar. Los datos se almacenarán automáticamente en el directorio C:\Datos de las prácticas\fecha de la experiencia\usuario\nombre experimento.txt. Si desean guardar sus datos en un disquete u otro dispositivo externo, para la realización del análisis posterior, pulsen la opción Guardar en dispositivo externo una vez que todas las experiencias se han realizado o bien accedan mediante la ruta indicada en el párrafo anterior a sus experimentos y copien los ficheros de interés. Si durante el transcurso de la experiencia se quiere visualizar algún experimento realizado con anterioridad, pulsen el icono situado en la esquina inferior derecha de la pantalla Abrir y seleccionen el experimento. Igualmente se procederá si se desea borrar alguno de los experimentos realizados, seleccionando ahora el icono Borrar. d) Análisis de datos. Los datos aparecen en columnas e indican los siguientes valores: número de fotocélula, tiempo de llegada (tiempo que se registra al detectar cada fotocélula la entrada de la pantalla enchufable) y tiempo de salida (tiempo que se registra al detectar cada fotocélula la salida de la pantalla enchufable). El análisis, que puede realizarse en cualquier hoja de cálculo (en los ordenadores del laboratorio se puede utilizar el EXCEL), consiste en la representación gráfica de los datos calculados. Representen, para cada choque realizado, los gráficos espacio=f(tiempo), realicen un ajuste por mínimos cuadrados a los datos y determinen el valor de las velocidades, antes y después del choque. Cumplimenten las siguientes tablas y comenten los resultados obtenidos. Carril neumático. Movimiento unidimensional 4

5 CHOQUES ELÁSTICOS m= m= v v v v e p (kg ms - ) Ec (mjul) Móvil en reposo Sentidos opuestos Igual sentido CHOQUES INELÁSTICOS m= m= v v v e p (kg ms - ) Ec (mjul) Móvil en reposo Sentidos opuestos Igual sentido simboliza al móvil más cercano al ordenador, y simboliza al móvil más alejado del ordenador. Al terminar la práctica, entreguen una copia de los datos experimentales obtenidos indicando el título de la práctica, sus nombres y apellidos, grupo de teoría al que pertenecen y fecha de realización. En el Informe a entregar, se deben incluir todas las tablas de datos, las gráficas y ajustes realizados, los valores calculados y su comparación con los valores reales, comentando los posibles errores cometidos, y las conclusiones obtenidas. Carril neumático. Movimiento unidimensional 5

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