PRINCIPIOS FÍSICOS EVIDENCIADOS EN EL MOVIMIENTO DEL YO-YO

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1 PRINCIPIOS FÍSICOS EVIDENCIADOS EN EL MOVIMIENTO DEL YO-YO Grupo 1 Angie Johana Ortiz Torres Diana Sofía Umaña Vargas Edwin Antonio Rodriguez Rivas Luisa Fernanda Burbano Rosas Nataly Vanessa Avila Espinel Valentina Velandia Diaz Universidad Nacional de Colombia Bogotá 2017

2 I. INTRODUCCIÓN En la práctica que se realizó, donde se estudia el movimiento de un yoyo, vamos a dar a conocer ciertos conceptos importantes con relación a este fenómeno, desarrollando una evaluación de lo que evidenciamos en el mismo. Para realizar este análisis, se hará uso de la herramienta de tracker (programa para analizar videos de movimiento), dado que este programa nos muestra la fisica detras de los momentos cotidianos. Facilitando la elaboración de gráficas, donde se representa la relación de los datos que tiene el movimiento del yoyo. II. OBJETIVOS Objetivo general: Analizar con la herramienta tracker el fenómeno que se produce en el movimiento de un yoyo. Objetivos específicos: 1. Desarrollar habilidades en el manejo de la herramienta tracker. 2. Realizar gráficas, de las diferentes magnitud vectoriales que se producen por el movimiento del yoyo. 3. Analizar las gráficas,vectores y tablas de datos que se generan con la herramienta tracker. III. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL 1.1. Definición de Física Ciencia y Método Científico Física: La física es la ciencia que trata de la materia y de la energía, del espacio y del tiempo. Incluye los principios que gobiernan el movimiento de las partículas y las ondas, las interacciones de las partículas y las propiedades de las moléculas, los átomos y los núcleos atómicos, así como los sistemas de mayor escala. [1] Método Científico: Consiste en construir, probar y relacionar modelos con el objetivo de describir, explicar y predecir la realidad. Esta metodología comporta establecer hipótesis, realizar experimentos que se puedan repetir y observar y formular nuevas hipótesis. [2] Yo-Yo: Es un objeto formado por un disco de plástico o madera, con una ranura en el centro del disco, alrededor de este se enrolla una cuerda; al momento de agarrar la cuerda y soltar el disco, este se hace subir y bajar sucesivamente.

3 1.2 Dinamica Evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con las causas que provocan el cambio de estado físico y/o estado de movimiento. esta rama tiene un objetivo principal describir factores y o alteraciones de un sistema físico, y a la vez plantear ecuaciones de movimiento. [3] En el yoyo podemos ver la dinámica, ya que en este objeto intervienen dos fuerzas: el peso (fuerza gravitatoria) que actúa en el centro del disco (centro del yoyo) la tensión de la cuerda que actúa en el ambiente. Peso: es una medida de la fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto. Tensión: fuerza con que una cuerda o un cable tenso tira de cualquier cuerpo unido a dos extremos. 1.3 Energía La energía es la propiedad o capacidad que tienen los cuerpos y sustancias para producir transformaciones a su alrededor. Durante las transformaciones la energía se intercambia mediante dos mecanismos: en forma de trabajo o en forma de calor. Energía cinética: Es la energía que poseen los cuerpos que están en movimiento. Energía potencial: Esta se asocia con la posición del cuerpo y esta conformada por tres tipos. Energia potencial gravitatoria: la poseen los objetos segun su altura. Energia potencial elastica: Es la energía que se libera cuando un muelle o un resorte que estaba comprimido, se suelta. La energía que tendrá dependerá de la deformación sufrida por el muelle, más deformación quiere decir más energía. Esta energía se puede utilizar para desarrollar trabajo, por ejemplo para impulsar una pelota. Energía potencial eléctrica: Energía potencial eléctrica de una carga, en un punto de un campo eléctrico, es el trabajo que realiza el campo eléctrico cuando la carga se traslada desde ese punto al infinito. [4] El Yoyo se lanza hacia el suelo o hacia donde queramos, incluso en vertical. El hilo se desenrolla por la fuerza de la gravedad o por la fuerza que nosotros le hemos dado. Cuando la cuerda se termina el Yoyo sigue girando porque el hilo está algo suelto, permitiendo que el giro continúe.

4 El Yoyo transforma la energía potencial gravitatoria en energía cinética de rotación. Cuando el Yoyo pierde velocidad y se enrolla sobre la cuerda de nuevo, y sube. La cuerda también entra en juego, ya que usa fuerza elástica para ayudar a que el Yoyo vuelva a nuestras manos. Cuando lanzamos el Yoyo la cuerda se va estirando, e imperceptiblemente, se alarga más de lo normal, cuando regresa a su estado habitual lo hace con una fuerza de regreso que va replegando de nuevo el Yoyo. Lo anteriormente dicho nos muestra cómo se cumple la ley de la conservación de la energía que dice que " La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma ". [5] IV. EL EXPERIMENTO La práctica consiste básicamente en el registro videográfico de dos fenómenos: 1. Por un lado el movimiento natural de un yo-yo, en donde se analizan sus componentes X y Y respecto a T, junto con otras variables que permiten comprender este fenómeno de una manera más completa. 2. Por otra parte, se ha colocado el yo-yo sobre un plano de referencia horizontal, para luego jalar la cuerda generando una fuerza en una dirección, esto con el fin de realizar el respectivo análisis de la rotación y el torque generados. A continuación se encuentran las gráficas que representan los resultados obtenidos a partir del uso de la herramienta Tracker. 1. Movimiento del Yo-yo Como se puede observar en la imagen, se ha decidido escoger como eje principal de todo el sistema, el momento en el que el yo-yo se encuentra abajo, ya que en general lo que se desea en medir distancias positivas hacía arriba y evitar confusiones al momento de graficar, por otra parte, el ancho de la cuerda es la medida que se tiene de referencia (80 cm). Una vez determinados estos parámetros, es posible realizar un análisis pertinente en tracker, de donde se obtengan gráficas las cuales permitan analizar el fenómeno.

5 En primer lugar, se ha obtenida la siguiente gráfica, en la cual se observa la posición en x respecto al tiempo transcurrido. En un primer momento es posible determinar que la trayectoria descrita por el fenómeno es en cierto sentido periódica, pues los intervalos se repiten con ligeras variaciones a través del tiempo, y esto de hecho tiene sentido, pues el movimiento de un yo-yo se repite una y otra vez describiendo el movimiento tantas veces como se desee. Analizando lo que podríamos considerar el primer periodo de la gráfica (cuya ampliación se puede encontrar a continuación), nos damos cuenta que en promedio tarda 1.4 segundos en realizar el movimiento completo. Respecto a esto, es importante tener muy en cuenta los intervalos de tiempo en los cuales se realiza el movimiento. Debido a que el movimiento comienza desde el momento en que la cuerda se encuentra totalmente estirada, debemos asumir que este es nuestro instante t=0. Por otra parte, el movimiento de regreso hacia la mano se da aproximadamente en los intervalos de t=0 a t=0,5. En el intervalo de t=0,5 hasta t=1.1 se efectúa el movimiento del muñequeo para luego volver a soltar el yo-yo Finalmente, desde los intervalos t=1.1 hasta que se llega a t=1.4 describen el movimiento del yo-yo hacia abajo Es importante tener estos intervalos de tiempo en cuenta pues resultan ser los mismos en (esta primera práctica) para las demás gráficas analizadas por medio de

6 Tracker. Puede que esto no se comprenda bien en un primer momento, sin embargo a continuación se encuentran comparadas tres gráficas: Energía cinética respecto a tiempo Eje Y respecto a tiempo Velocidad angular respecto a tiempo En donde el marco de referencia del tiempo resulta ser el mismo que el de la gráfica del eje x respecto al tiempo. 2. Rotación sobre plano horizontal Como se puede observar en la imagen, se ha decidido escoger como eje principal de todo el sistema, el momento en el que el yo-yo inicia el movimiento, en este caso se

7 trata de ejercer la menor fuerza posible para que no altere los resultados.por otra parte, el ancho de la cuerda es la medida que se tiene de referencia (80 cm). Una vez determinados estos parámetros, es posible realizar un análisis pertinente en tracker, de donde se obtengan gráficas las cuales permitan analizar el fenómeno. En la primera gráfica se puede ver el cambio de posición x en función del tiempo. Se puede inducir que el cambio tiende a ser constante, aunque debido a el movimiento de la cámara se observan algunas variaciones. En la gráfica de velocidad angular contra tiempo se observa que en el intervalo t=0 y t=1.5 la velocidad angular varía entre w= 3 y w=-3. De t=1,5 en adelante la velocidad angular tiende a ser 0. para las demás gráficas analizadas por medio de Tracker. Puede que esto no se comprenda bien en un primer momento, sin embargo a continuación se encuentran comparadas tres gráficas: velocidad en x respecto a tiempo Eje Y respecto a tiempo angulo de rotacion con respecto a tiempo

8 [3] o/yoyo/yoyo.htm [4] [5]