MANUAL DE LABORATORIO DE FÍSICA GENERAL 9ª Edición EXPERIENCIA N 03

Transcripción

1 MOVIMIENTO DE UN PROYECTIL EXPERIENCIA N 03 Galileo Galilei Nació en Pisa el 15 de febrero de Consiguió completar la última más importante de sus obras: los Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno à due nueve scienze, publicado en Leiden por Luis Elzevir en Partiendo de la discusión sobre la estructura la resistencia de los materiales, sentó las bases físicas matemáticas para un análisis del movimiento, que le permitió demostrar las lees de caída de los graves en el vacío elaborar una teoría completa del disparo de proectiles. La obra estaba destinada a convertirse en la piedra angular de la ciencia de la mecánica construida por los científicos de la siguiente generación, con Newton a la cabeza. Nota I. OBJETIVOS Investigar la independencia de las componentes horizontal vertical del movimiento parabólico. Hallar eperimentalmente la ecuación de la traectoria de un proectil lanzado al aire con una cierta rapidez ángulo de disparo inicial que cae bajo el efecto de la gravedad. Desarrollar habilidad en la interpretación de gráficas usando la técnica de linealización. II. EQUIPOS / MATERIALES 1 Soporte universal 1 Cronómetro 1 Rampa acanalada 1 Canica (de vidrio / acero) 1 Prensa 1 Plomada 1 Regla de 1 m 1 Papel carbón 1 Cinta adhesiva III. FUNDAMENTO TEÓRICO Suponga una región ingrávida del universo. Si soltara una canica en esa zona, está no se movería. En cambio, si lanzara la canica esta seguiría moviéndose uniformemente con la misma velocidad de lanzamiento (MRU). La ecuación de la posición + vt = 0 describe qué tan lejos está el objeto. 0 La ecuación de la rapidez v =, indica qué tan rápido se mueve el objeto. t 5

2 Pero estando en la Tierra. Si soltara aquí la canica Qué sucedería?.. Ecuación de la posición de la partícula es: Si se considera las condiciones iniciales (c. i.): Para t o =0 se tiene o =0, o =0, v o =0 1 gt v t = o + o (1) = o+ v o.t () Aplicando esta c.i. en la ecuación (1) despejando el tiempo de la ecuación () tenemos: t = /v o (3) Reemplazando (3) en (4): 1 gt = (4) g = v o (5) Donde, g es la aceleración gravedad. (g = 9,81 m/s ). El movimiento estudiado normalmente se describe como un movimiento compuesto; de un lado con una componente horizontal del movimiento (MRU) de otro una componente vertical (caída libre). En adelante, la idea será obtener registros por separados de estos movimientos componentes del movimiento. 6

3 IV. PROCEDIMIENTO MONTAJE 1. Monte el equipo tal como muestra el diseño eperimental de la Figura.. Cuide que la rampa quede fija tal que cuando la canica se desprenda de ella lo haga horizontalmente. 3. La sección AB, horizontal, de la rampa debe estar a una altura no menor de 30 cm respecto al piso o la mesa de trabajo. 4. Haga pruebas para ubicar el punto desde donde se soltará la canica. Ubicado el punto de lanzamiento, este será un punto fijo P. Marque esa posición. H PA =... cm Haga revisar este paso por el profesor. 5. Coloque sobre la mesa el papel carbón papel bond. 6. Mida la longitud de la altura h. (Use la plomada, que pase por los puntos B C ). NOTA. h se mide a lo largo del eje negativo h = ± Mida la longitud horizontal (alcance máimo). X = ±... NOTA. el alcance se mide desde el punto señalado por la plomada hasta el punto marcado por la billa en el papel. P C A B D 8. Repita la operación del paso 6 7 variando la altura, una vez fijada mida el alcance, repita este paso cinco veces. Complete la Tabla 1. Grafique versus e versus. Interprete la gráfica calcule la rapidez de salida de la canica en el punto B (Use papel milimetrado) (Pegue su gráfica aquí) Sugerencia: para hallar la rapidez de salida de la canica use la ecuación (5), previo ajuste de curva. 7

4 TABLA 1 (cm) 1 (cm) (cm) 3 (cm) 4 (cm) 5 (cm) (cm) 9. Trace las gráficas: versus e versus. Interprete las gráficas (ambas en un papel milimetrado). Eiste alguna relación entre el alcance horizontal la velocidad de salida del proectil?. Qué papel juega la resistencia del aire?. 10. Cambie de altura al punto P repita el paso 8 Cuál es el alcance horizontal (distancia desde el pie del punto de salida al punto de impacto en el papel)? A = ±... Cuál es el tiempo de vuelo? t vuelo = ±... Qué velocidad lleva la bola en el instante del impacto con el papel? v = ±... 8

5 11. Haga un estimado del alcance horizontal CD de la canica. Calcule el alcance. Use la ecuación:. Opere así: Alcance X = ±... Haga revisar este estimado por el profesor. Eiste alguna relación entre el alcance horizontal la velocidad de salida del proectil? Calcule el tiempo t que tarda la canica en caer de B a D. Use la ecuación:. Opero así:... t = ± Considerando el valor promedio de la aceleración de la gravedad en Lima como 9,78 m/s, encuentre la magnitud de la velocidad inicial cuando la bola pasa por el origen de coordenadas. 13. Suponga que no conoce la velocidad de salida de la canica. Suelte la canica desde el punto P. Mida el alcance horizontal (sin hacer la predicción). Efectué el cálculo a la inversa para hallar la rapidez de salida de la canica. Observación: Este es un buen método para calcular rapideces en general. EXP. N 03 MOVIMIENTO DE UN PROYECTIL FECHA: ALUMNO: MATRÍCULA: V. B. DEL PROFESOR 9

6 V. EVALUACIÓN 1. Cómo usaría la conservación de la energía para hallar la velocidad de la esfera, que es la esfera que está en la parte superior de la rampa con energía potencial se desliza sale despedida con energía cinética?. Por qué Ud. afirmaría que el físico al tomar como variable independiente el rotulado como eje Y la variable dependiente en el eje X, está cometiendo un error?, cómo usa las Matemáticas un físico? 3. Investigue sobre cómo se coloca un satélite qué gira alrededor de la Tierra. 4. Qué características tiene un satélite geoestacionario que uso se le da? 5. Realice una eperiencia sencilla colocando los ejes en una hoja milimetrada desde el origen impulse con su dedo pulgar la salida de la canica entintada con dirección oblicua, repita para otras dos tincadas. Coloque esta hoja trabajada. 6. Observe las tres traectorias. Podría hacer una solución para una de ellas, pues tiene el alcance la altura máima el ángulo de tiro. Describa la traectoria. 30

7 VI. CONCLUSIONES VII. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES 31