PRÁCTICA N 2 VELOCIDAD TERMINAL DE UNA GOTA DE AGUA CINEMÁTICA I. REFERENCIAS

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1 CINEMÁTICA ESCELA DE FÍSICA (NAH) SECCIÓN ENSEÑANZA DE LA FÍSICA GÍA PARA PRÁCTICA DE LABORATORIO FÍSICA GENERAL I (FS-100) ATOR: M.Sc. MAXIMINO SAZO PRÁCTICA N 2 VELOCIDAD TERMINAL DE NA GOTA DE AGA I. REFERENCIAS Véase Serway, Raymond A. "Física", 3a edición (Mc Graw-Hill, 1993), sección 6.4 / Movimiento en presencia de fuerzas resistivas; Capítulo 3/ Movimiento en una dimensión. Sears, F.W., Zemansky, M.W., Young, H. D. y Freedman R.A. Física niversitaria, 9na edición (Pearson Educación, 1999), Capitulo 2 / Movimiento a lo largo de una línea recta; Sección 5.4 Fuerzas de fricción: resistencia de fluidos y rapidez terminal. Suazo, M., "Introducción a las mediciones e incertidumbres", Material de lectura, Capítulo 1, sección 1.7/ Valor central e incertidumbre absoluta en medidas aleatorias; Capítulo 3 /Ajuste de datos experimentales. II. OBJETIVOS Al finalizar esta práctica el estudiante será capaz de: 1. Realizar mediciones directas de tiempo usando cronómetro digital manual. 2. Trazar gráficas de la posición en función del tiempo de objetos que se mueven en línea recta escogiendo apropiadamente las escalas. 3. Ajustar datos experimentales a una linea recta utilizando regresión lineal 4. Describir cualitativa y cuantitativamente la cinemática del movimiento de una gota de agua en caída vertical a través de aceite vegetal apoyándose para ello en el análisis gráfico y el cálculo de velocidades promedio. III. PROBLEMA na gota de lluvia formada en la atmósfera superior cae verticalmente hacia la superficie de la tierra moviéndose a través del aire quieto. a) )Cuales son las características cinemáticas de su movimiento? b) Si la gota de agua se moviera en caída vertical a través de aceite vegetal )cambiarían las características de su movimiento respecto al de su caída vertical a través del aire? Figura 2.1. Gene Kelly en la película Cantando bajo la lluvia.

2 8 Cinemática Práctica N 2 IV. REVISIÓN DEL MARCO TEÓRICO De acuerdo a la bibliografía consultada. a) )Cómo se comportan la aceleración y la velocidad de la gota de agua durante la caída a través del aire? (Haga representaciones gráficas a mano alzada de cada una de estas cantidades) b) )Si la gota de agua se moviera en caída vertical a través de aceite vegetal )Cambiarían las características de su movimiento respecto al de su caída a través del aire? Explique c) )Qué cantidades físicas necesitamos medir para registrar este movimiento? d) Haga un listado de las ecuaciones cinemáticas básicas que disponemos para analizar los datos experimentales obtenidos mediante el registro del movimiento. e) Qué es regresión lineal y en qué consiste ese proceso?

3 Práctica N 2 Cinemática 9 V. MONTAJE EXPERIMENTAL MATERIALES Y EQIPO - Tubo de Moreu y accesorios para instalación (ver figura 2.2) - Cronómetro digital manual - Nivel mediano de burbuja - Aceite vegetal y embudo - Cinta adhesiva (Maskin tape) - Recipiente con agua - Gotero - Trozo de tela - Hoja de papel milimetrado o cuadriculado PREPARACIÓN L Instale verticalmente el tubo de Moreu utilizando los accesorios e instrumentos proporcionados por el Instructor y siguiendo las indicaciones verbales que él le proporcionó al inicio de la práctica (vea la figura 2.2). Asegúrese de que el tapón de corcho (o de hule) esté instalado en el extremo inferior del tubo. L sando el embudo vierta el aceite vegetal dentro del tubo de vidrio hasta que el nivel alcance unos 3 cm por debajo del borde superior del tubo. L Verifique la verticalidad del tubo de vidrio usando el nivel de burbuja o una plomada. Figura 2.2. Instalación del tubo de Moreu. VI. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Con el tubo de Moreu ya instalado y preparado debidamente, introduzca la punta de un gotero con agua en la columna de aceite. Apriete la perilla de hule del gotero hasta que se forme una gota de tamazo mediano en el orificio de salida del mismo. Tire del gotero rápidamente hacia arriba (pero con cuidado) a fin de que la gota de agua quede libre. Escoja cualquiera de las marcas superiores de la escala graduada como origen para comenzar a contar el tiempo. Dado que la distancia entre dos marcas consecutivas es de 5.0 cm, sted debe prepararse para registrar el tiempo correspondiente a las posiciones 5.0cm, 10.0cm, 15.0 cm, etc. (ver tabla 2.1). Active el cronómetro cuando el borde inferior de la gota de agua parezca tocar la marca seleccionada. A este evento le corresponde un tiempo t=0.00 s, y una posición vertical Y=0.0 cm. No se olvide de este dato. Cuando el borde inferior de la gota "toque" la siguiente marca indeleble más próxima de la escala, "congele" la medida del tiempo transcurrido que indica el cronómetro y efectúe la lectura correspondiente. Anote este resultado en la tabla 2.1. Active el cronómetro nuevamente. Repita el paso anterior para cada marca sucesiva realizando como mínimo, 12 mediciones. TABLA 2.1. REGISTRO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES. DATO No. Y(cm) t(s)

4 10 Cinemática Práctica N 2 VII. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES ( En una hoja de papel milimetrado construya una gráfica de la posición de la gota de agua en función del tiempo, es decir, Y=Y(t) (suponga que las distancias verticales medidas hacia abajo son positivas). No trace líneas uniendo los puntos que ha graficado. ( Si los puntos graficados se ordenan de manera aproximada siguiendo una línea recta, aplique regresión lineal para calcular la pendiente y el intercepto de dicha recta. ( se los valores numéricos de las constantes calculadas y escriba una ecuación que sirva para calcular la posición de la gota que cae a través del aceite vegetal en función del tiempo. ( Con la ecuación anterior genere puntos suficientes para trazar la linea más representativa de los datos graficados en el primer inciso. se el mismo eje coordenado en el cual graficó los datos experimentales. ( sando todos los datos de la tabla 2.1 calcule la velocidad media para cada par de puntos consecutivos. Es decir, V 12 ' Y 2 &Y 1 t 2 &t 1 ' V 23 ' Y 3 &Y 2 t 3 &t 2 ' ( Obtenga el promedio de las velocidades medias que calculó anteriormente y su incertidumbre absoluta.

5 Práctica N 2 Cinemática 11 VIII. CONCLSIONES i) Cuál es la ecuación que describe la posición en función del tiempo de la gota de agua en caída vertical a través del aceite? Proporcione los valores numéricos de las constantes. ii) Qué relación existe entre la pendiente de la recta y el promedio de velocidades medias? iii) Tomando en cuenta los resultados cómo clasificaría el movimiento de la gota de agua en caída a través de aceite vegetal? iv) )Qué aspectos cualitativos, descritos teóricamente para el movimiento de una gota de agua en caída vertical a través de aire en reposo, se observaron en el laboratorio para el movimiento de una gota de agua cayendo a través de aceite vegetal? v) )A qué conclusión arriba respecto al problema planteado? IX. APLICACIONES N )Qué función desempeza el paracaídas cuando una persona u objeto es lanzado desde un avión? N Cuando una bala ha sido lanzada verticalmente hacia arriba )Regresa al suelo con la misma rapidez con la que salió del cazón del arma? Explique.