FORMULAR EL PROBLEMA de manera clara y concisa Formular hipótesis que permitan considerar posibles soluciones Medición de la constante del resorte

Transcripción

1 :: OBJETIVOS [5.1] Identificar los pasos del método científico en el desarrollo del experimento. Verificar mediante la observación científica la existencia de fuerzas recuperadoras. Identificar las características de estas fuerzas Verificar la ley de Hooke en el campo experimental. Obtener la constante elástica K del resorte usado en el experimento Aplicar el método gráfico para determinar la ecuación matemática de las magnitudes relacionadas en la ley de Hooke. Determinar la incertidumbre de la constante elástica K. MARCO TEÓRICO [5.2] Todo proceso científico basa sus conclusiones en la observación, el cual mantiene atenta visualización del fenómeno físico para captar los hechos y efectos que modifican ó alteran el fenómeno físico en estudio. Pero como cualquier caso de la vida, el solo hecho de determinar la existencia del fenómeno implica un interés, que normalmente surge por la identificación de un problema que debemos identificar, es decir, FORMULAR EL PROBLEMA de manera clara y concisa. Identificar y formular el problema implica para el científico que lo estudia, plantear posibles soluciones, es decir Formular hipótesis que permitan considerar posibles soluciones al problema planteado. Estas hipótesis son la base de cualquier proceso experimental, pues son ellas las que se buscan confirmar con los experimentos controlados que se suelen plantear en los laboratorios científicos. Por supuesto, esta última formulación define un proceso muy importante, y es la de la experimentación, el cual implica Diseñar el experimento que busca confirmar la hipótesis planteada. Medición de la constante del resorte: Hay dos métodos para la medición de la constante del resorte K, el método estático y el método dinámico.

2 Método estático: Se basa en el equilibrio existente entre la fuerza aplicada a un resorte y la fuerza de recuperación, es decir: Si la fuerza de recuperación es Fr = Kx y la fuerza aplicada es FA entonces A F = Kx Método Dinámico: Este método se basa en la oscilación periódica del resorte, cuando una fuerza aplicada FA se mantiene en el sistema. Por lo tanto, Donde w = 2f K = w 2 m Como se repiten varios tiempos f = n/t K = m (2n/t) 2 EQUIPOS Y MATERIALES [5.3] PROCEDIMIENTO [5.4] 1. Identifique el problema. (Identifique las variables involucradas en el experimento y la variable objetivo) 2. Formule la ó las Hipótesis que a su entender explican el fenómeno en estudio. 3. Efectúe el procedimiento diseñado, para este experimento, en la toma de datos. TOMA DE DATOS: 1. Monte el resorte en el soporte (Como se nota en la figura) 2. Mida la posición del otro extremo del resorte sobre la regla y anótelo en la tabla 1 columna Xi. (tenga en cuenta de seguir usando el mismo punto para determinar la posición del resorte). 3. Agréguele al otro extremo del resorte la masa que no sobrepase la capacidad elástica del resorte, en otras palabras, tenga en cuenta que el resorte no se deforme, es decir, no se estire demasiado (sin causar deformación del resorte).

3 Datos Experimentales de la masa Mida la nueva posición del resorte sobre la regla del fondo. (Use el mismo punto escogido en el numeral 2) y anótelo en la tabla 1 columna Xf. 5. Tome estas dos medidas al menos 10 veces. (Anotarlas en la tabla 1) 6. La misma masa levántela al punto de reposo Xi y luego déjelo caer para que oscile 10 veces (frecuencia- f ). Mida este tiempo (es el período- T ) y anote en la tabla 2 lo medido. Repita esta medida 10 veces. 7. Coja la masa y mídala en la balanza de triple brazo de 5% de error en la medida. Repita esta medida 10 veces para obtener un dato confiable. Anote estos valores en la tabla2. 8. mientras el compañero esta efectuando el punto 7, Tome la masa2 y mida la nueva posición del extremo del resorte (sin masa) sobre la regla y anótelo en la segunda fila de la columna Xi de la Tabla 1 repitiendo los puntos 4, 5, 6 y Repita los puntos 8 y 9 hasta completar los datos para un mínimo de 5 masas diferentes. Tabla No 1

4 Tabla No 2 ANÁLISIS DE DATOS [4.5] 1. Determine la incertidumbre para cada una de las magnitudes medidas 2. Asuma que la gravedad en el laboratorio es g = 978 ± 5 cm/s2. 3. Calcule la magnitud de la variable dependiente (fuerza) aquí buscada y determine su incertidumbre teniendo en cuenta cada uno de los valores medidos. 4. Llene los datos de la tabla 3(ver guía) con estos valores (incluyendo las incertidumbres). 5. Realice la grafica de Fuerza vs. Alargamiento, teniendo en cuenta que la de mayor incertidumbre debe ser graficada sobre el eje horizontal. Tenga en cuenta, como punto experimental, que para masa cero gramos el alargamiento es cero milímetros. Tabla de resultados experimentales Verifique la homogeneidad de los datos usados en los cálculos, y en representarlos en las unidades del S.I. 7. Marque la incertidumbre de los datos en la gráfica. 8. Si el comportamiento es lineal determine la relación matemática de estas dos variables, ó en caso contrario lineal ícelas. Luego determine la relación matemática de las variables en estudio. 9. Determine el coeficiente de correlación y analice el resultado. 10. Determine el error estándar de la estimación de y del conjunto de datos, es decir, el error estimado (estadístico) de la curva. 11. A su entender que representa la pendiente? 12. La recta pasa por el origen? Esto que significa?

5 13. Realice un diagrama de cuerpo libre (ó diagrama de fuerzas) para la masa m, indicando la dirección y el sentido. 14. Los coeficientes de la ecuación hallada será la misma para los resortes utilizados? 15. Cite los casos en que observaron la acción de las fuerzas recuperadoras. 16. Determine el valor de la constante del resorte (k) de la gráfica. Obtenga la función (ecuación) para K que relaciona las variables experimentales. 17. Determine la incertidumbre de la constante elástica K de la ley de Hooke. Que método usaría? Justifíquelo. 18. Investigue los pasos del método científico. 19. Identifique los pasos del método científico en el laboratorio realizado, y analícelos, enumérelos y explíquelos. 20. Al realizar sus conclusiones mantengan claro los objetivos del presente taller. 21. Llene los datos de la siguiente tabla usando los datos de la Tabla Grafique en papel milimetrado estos pares de datos. Si el comportamiento es lineal determine la relación matemática de estas dos variables, ó en caso contrario linealícelas. Luego determine la relación matemática de las variables en estudio. 23. Determine el coeficiente de correlación y analice el resultado. 24. Determine el error estándar de la estimación de y del conjunto de datos, es decir, el error estimado (estadístico) de la curva. 25. Determine el valor de la constante del resorte (k) de la gráfica. Obtenga la función (ecuación) para K que relaciona las variables experimentales. 26. El resorte cuando oscila debido únicamente a la masa, cumple con la ecuación del oscilador armónico simple, lo que implica que Compare la ecuación experimental resultante con este resultado teórico. Analice las diferencias en forma cualitativa y cuantitativa. Recuerde el calculo de la incertidumbre tipo a