Experiencia P12: Tercera Ley de Newton Sensor de Fuerza

Transcripción

1 Sensor de Fuerza Tema DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) Leyes de ewton P12 Tug of War.DS P15 Tug-of-War P15_TUG.SWS Equipo necesario Cant. Equipo necesario Cant. Sensor de Fuerza (CI-6746) 2 Carrito PASCO (incl. con carril) 2 Puntal (CI-6545) 1 Carril de 2.2 m (ME-9452) 1 Balanza (SE-8723) 1 IDEAS PREVIAS Qué fuerzas actúan sobre dos carritos en el momento en que ambos colisionan entre sí? Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio. FUDAMETO TEÓRICO La tercera Ley de ewton establece que por cada acción existe una reacción de igual módulo y sentido opuesto. F 12 F 21 Si medimos las fuerzas existentes entre dos objetos cuando interaccionan, podemos verificar esta relación. RECUERDE Siga las instrucciones de utilización del equipo. PROCEDIMIETO En esta experiencia, utilice sensores de Fuerza fijados a dos carritos para medir la fuerza de interacción durante la colisión y retroceso. Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para mostrar y analizar las mediciones de la fuerza. P PASCO scientific p. 107

2 PARTE I: COFIGURACIÓ DEL ORDEADOR 1. Conecte el interfaz al ordenador, encienda el interfaz y luego encienda el ordenador. 2. Conecte una clavija DI del sensor de Fuerza en el Canal Analógico A del interfaz, y la otra clavija DI en el Canal Analógico B. 3. Abra el archivo titulado: DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) P12 Tug of War.DS P15 Tug-of-War P15_TUG.SWS El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. El archivo ScienceWorkshop contiene una gráfica con dos curvas de Fuerza frente a Tiempo y displays digitales de fuerza para cada sensor. La recogida de datos está fijada en 100 Hz. Los sensores están calibrados de modo que el conectado al Canal B reacciona de forma opuesta al conectado al Canal A. Por ejemplo, un empuje será negativo para el sensor A y un tirón será positivo para el sensor B. PARTE II: CALIBRADO DEL SESOR Y MOTAJE DEL EQUIPO Para calibrar el sensor de Fuerza, lea el manual del sensor. Cuando calibre el sensor del Canal B, introduzca un tirón como una fuerza positiva. 1. Sitúe el carril sobre una superficie horizontal. ivele el carril poniendo un carrito sobre el carril. Si el carrito se desplaza, utilice los pies ajustables del carril para elevar o bajar el extremo del carril hasta que esté nivelado y el carrito no se mueva. 2. Utilice el tornillo del sensor de Fuerza para montar el sensor sobre la bandeja accesoria de cada carrito. 3. Ponga los carritos sobre el carril de modo que los ganchos de los sensores estén enfrentados. 4. Quite los tornillos de los ganchos de cada sensor. En su lugar, monte los parachoques magnéticos. P PASCO scientific p. 108

3 PARTE IIIA: RECOGIDA DE DATOS - COLISIÓ 1. Ponga un carrito en cada extremo del carril. Presione el botón de tarado de cada sensor para ponerlos a cero. Es importante poner a cero los sensores antes de cada serie de datos. 2. Comience la recogida de datos. 3. Empuje los dos carritos a la vez, deje que choquen a velocidades aproximadamente iguales en el centro del carril. 4. Finalice la recogida de datos después de que los carritos hayan chocado. Los datos aparecerán como Pasada #1. 5. Añada masa adicional en uno de los carritos. Repita el procedimiento de recogida de datos. Recuerde poner a cero los sensores antes de comenzar la recogida de datos. 6. Repita el procedimiento otra vez, pero deje el carrito menos pesado parado y empuje sólo el carrito más pesado. 7. Repita el procedimiento con dos combinaciones de masa y velocidad. Describa cada combinación en el Informe de Laboratorio. PARTE IIIB: RECOGIDA DE DATOS - RETROCESO 1. Retire el sensor de Fuerza de uno de los carritos. 2. Monte el sensor de Fuerza en el puntal. Monte el puntal en la ranura del lateral del carril. El sensor de Fuerza debe estar a la misma altura que el otro sensor montado sobre el carrito. 3. Retire los parachoques magnéticos. En su lugar monte los ganchos. 4. Conecte los dos sensores mediante sus ganchos. Utilice una goma elástica, un hilo o cinta adhesiva para fijar los ganchos. 5. Presione el botón de tarado de cada sensor para ponerlos a cero. 6. Comience la recogida de datos. 7. Empuje y tire del carrito y observe cómo cambian las lecturas de los sensores. Finalice la recogida de datos. P PASCO scientific p. 109

4 AÁLISIS DE DATOS COLISIÓ 1. Para cada uno de los sensores, utilice la integración para determinar el área bajo la gráfica de fuerza frente a tiempo (el impulso mecánico) correspondiente a la colisión. Utilice el Zoom sobre el pico de la gráfica con la herramienta Seleccione Zoom ( ). 2. Seleccione la región de la gráfica que corresponde a la colisión. Utilice el ratón para dibujar un rectángulo alrededor de la región de la gráfica que corresponda al momento de la colisión. Al liberar el botón del ratón la región será resaltada. 3. Integre para determinar el área bajo la curva. En DataStudio, haga clic en el botón de menú Statistics ( ) y seleccione Area. En ScienceWorkshop, haga clic en el botón Estadísticas ( ) para abrir el área estadística a la derecha de la gráfica. En el área estadística, haga clic en el botón Menú de Estadísticas ( ). Seleccione Integración. 4. Registre el valor del área en la Tabla de Datos de la sección Informe de Laboratorio. 5. Repita este procedimiento con la otra gráfica de fuerza frente a tiempo y con cada una de las series de datos. AÁLISIS DE DATOS - RETROCESO 1. Compare la máxima y mínima local de las curvas de fuerza frente a tiempo para los dos sensores. En DataStudio, en la leyenda de la gráfica haga clic en el canal y serie de datos a analizar. Haga clic en Smart Tool ( ) y desplace Smart Tool hasta los puntos correspondientes a los datos. A continuación, haga clic en el otro canal y la misma serie de datos. Aparecerá un segundo Smart Tool. Utilice las dos herramientas para leer los valores. Si es necesario, utilice el zoom. En ScienceWorkshop, en la gráfica, haga clic en Cursor Inteligente ( ) y desplácelo hasta los puntos correspondientes a los datos. Mantenga presionada la tecla Shift para congelar la posición horizontal del cursor. Mueva el cursor verticalmente hasta la curva correspondiente al otro sensor. La fuerza correspondiente a ese punto aparece junto al eje vertical de la gráfica. Si es necesario, utilice el zoom. 2. Registre los dos valores correspondientes a la fuerza en la Tabla de Datos de la sección Informe de laboratorio. Repita este procedimiento con otras dos áreas (cuatro puntos) P PASCO scientific p. 110

5 de las curvas de fuerza frente a tiempo. Registre los valores de la fuerza en la Tabla de Datos. Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio. P PASCO scientific p. 111

6 Informe de Laboratorio IDEAS PREVIAS Qué fuerzas actúan sobre dos carritos en el momento en el que ambos colisionan entre sí? Tablas de Datos Pasada Impulso (Canal A) Impulso (Canal B) otas #1 s s #2 s s #3 s s #4 s s #5 s s Fuerza (Canal A) Fuerza (Canal B) COCLUSIOES Y APLICACIOES 1. Qué carrito experimenta más fuerza cuando uno de ellos no se mueve? 2. Qué carrito experimenta más fuerza cuando ambos carritos se mueven y tienen masas distintas? 3. Qué efecto tiene la velocidad del carrito sobre la fuerza medida? P PASCO scientific p. 112

7 4. Qué efecto tiene la masa de un carrito en la fuerza que experimenta? OPCIOAL Repita la Parte IIIA, pero en lugar de utilizar los parachoques magnéticos utilice un gancho en uno de los sensores de Fuerza. Ponga el parachoques en forma de copa en el otro sensor y aplique un poco de plastelina de moldear sobre este parachoques. Modele un cono con la plastelina. Comience la recogida de datos y empuje los carritos. El gancho debería clavarse en la plastelina generando una colisión no elástica. Integre el área bajo la curva de fuerza frente a tiempo como en la sección Análisis. Anote sus resultados en la siguiente tabla. Impulso (Canal A) Impulso (Canal B) otas CUESTIÓ OPCIOAL 1. Compare los resultados de la colisión elástica con los resultados de la colisión no elástica? P PASCO scientific p. 113