Área de Ciencias Naturales LABORATORIO DE FÍSICA. Física I. Actividad experimental No. 1. Magnitudes físicas y su medición

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1 Área de Ciencias Naturales LABORATORIO DE FÍSICA Física I ALUMNO(A): GRUPO: EQUIPO: PROFESOR(A): FECHA: CALIFICACIÓN: Actividad experimental No. 1 Magnitudes físicas y su medición EXPERIMENTO No. 1 Medición directa y medición indirecta 1. OBJETIVOS: Aprender a diferenciar una medición directa de una medición indirecta. 2. MATERIALES: Una regla graduada en milímetros. Una probeta. Un cilindro metálico (pilas doble AA) o tornillos. 3. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA: Manual de prácticas de física. Carlos Gutiérrez Aranzeta; Mc. Graw Hill. Física 1. Carlos Gutiérrez Aranzeta. Mc. Graw Hill. Física 1. Vázquez. Pearson Educación. Física 1 Bachillerato General. Héctor Pérez Montiel. Publicaciones Cultural. Fundamentos de Física 1 Programa DGB. Serway y Faughn. Thomson. 4. ASPECTOS TEÓRICOS: Al efectuar la medición de diferentes magnitudes, podemos observar que algunas de ellas se miden directamente. Tal es el caso de medir la longitud de una mesa mediante una regla graduada. También podemos medir la masa de un objeto si utilizamos una balanza, medir la capacidad de un recipiente observando la cantidad de litros de agua para llenarlo. Sin embargo, no siempre es posible realizar mediciones directas para determinar el valor de una 1

2 magnitud, por eso se requiere de mediciones indirectas. Por ejemplo: el volumen de un cuerpo irregular se determina empleando una probeta graduada, en otras ocasiones podemos hacer una medición indirecta utilizando una fórmula o ecuación algebraica; por ejemplo si conocemos el radio de un círculo, podemos calcular su área con la fórmula: A = π r CUESTIONARIO: Investiga, en la bibliografía indicada en este manual, las respuestas a las preguntas que a continuación se te plantean y regístralas, de manera breve y clara, en los espacios correspondientes. 1. Qué es la física? 2. Por qué es importante la física? 3. Qué es una medición directa? 4. Menciona tres ejemplos de mediciones directas. 5. Qué es una medición indirecta? 6. Por qué? y Para qué se emplean las mediciones indirectas? 2

3 6. PROCEDIMIENTO: Medición directa (longitud). Coloca la regla graduada en centímetros de modo que el cero de su escala coincida con el punto A como se observa en la figura y que su borde pase por el punto B. Registra en la tabla 1 la graduación de la escala que coincide con el punto B para determinar la longitud del segmento. Medición indirecta (longitud). Ahora coloca la regla de modo que el cero de su escala coincida con el punto C y que el borde pase por el segmento AB. Anota en la tabla No. 1, las lecturas sobre la longitud de los puntos A y B que corresponderían a los segmentos CA y CB. Para conocer la longitud de AB, aplica la ecuación siguiente: Registra en la tabla No. 1 el resultado obtenido. Medición indirecta (Volumen). Vierte agua en la probeta hasta una altura que rebase el cuerpo cuyo volumen se va a medir. Toma la lectura V1 (volumen inicial del agua), como se ilustra en la figura y registra dicho valor en la tabla. Ahora sumerge con cuidado el cuerpo en el agua de la probeta y registra el nuevo volumen V2 (volumen final del agua), que incluye los volúmenes del cuerpo y del agua. Determina el volumen del cuerpo V con la ecuación siguiente: V = V2 V1 3

4 Repite el procedimiento anterior dos ocasiones más con volúmenes V1 diferentes (agrega un poco de agua en cada caso). Anota los resultados en la tabla No RESULTADOS: Tabla No. 1: Graduación en la que se juntan los dedos índices. Medición directa Longitud de (cm) Medición indirecta Longitud de (cm) Longitud de (cm) Longitud (cm) Tabla No. 2 Medición del volumen de un cuerpo. Número V1 (cm 3 ) V2 (cm 3 ) V = V2 V

5 8. DISCUSIÓN: 1. Pueden emplearse mediciones directas e indirectas en la determinación de una misma magnitud física? Por qué? 2. Los resultados son iguales o diferentes cuando se mide una longitud física, tanto por métodos directos como por métodos indirectos? 3. Hubo necesidad de hacer cálculos en la medición directa de AB? Por qué? 4. Se hicieron mediciones directas en la medición indirecta de AB? Por qué? 5. Cómo se obtiene el valor en la medición indirecta de la longitud AB? 6. Se emplearon fórmulas para obtener el volumen del cuerpo? Cuáles? 7. En qué condiciones se efectúan las mediciones indirectas? Por qué? 9. CONCLUSIONES: 1. Cuál es la diferencia entre una medición directa y una medición indirecta? 5

6 2 Qué conclusiones obtuviste en esta actividad experimental? EXPERIMENTO No. 2 ERROR EXPERIMENTAL 1. OBJETIVO: Comprender que en una medición se cometen errores experimentales 2. MATERIALES: Una regla de un metro de longitud Una pelota de esponja 3. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA: Manual de prácticas de física. Carlos Gutiérrez Aranzeta. Mc. Graw Hill. Física 1. Carlos Gutiérrez Aranzeta. Mc. Graw Hill. Física 1. Vázquez. Pearson Educación. Física 1 Bachillerato General. Héctor Pérez Montiel. Publicaciones Cultural. Fundamentos de Física 1 Programa DGB. Serway y Faughn. Thomson. 4. ASPECTOS TEÓRICOS: En nuestras actividades cotidianas o en la investigación, siempre se busca realizar mediciones que proporcionen resultados confiables, sin embargo, hay que tener presente que cuando se mide una magnitud física, el valor de la medición no será exactamente igual al valor real de dicha magnitud, esta diferencia recibe el nombre de error de medición. Los errores que se cometen al hacer una medición se deben a diferentes causas: Errores sistemáticos. Estos errores se presentan de manera constante en un conjunto de lecturas realizadas al hacer mediciones. Las fuentes de este tipo de error son: a) Defecto en el instrumento de medición, b) Mala calibración del aparato o instrumento usado c) Error de escala. Errores circunstanciales o aleatorios. Este tipo de errores no se repiten de manera regular de una medición a otra y sus causas se deben a los efectos provocados por las variaciones de presión humedad y temperatura del ambiente sobre los instrumentos de medición. También reciben el nombre de aleatorios porque son el resultado de factores inciertos y, por lo tanto, tienen la misma posibilidad de ser positivos o negativos. 5. CUESTIONARIO: 1. Qué es un error de medición? 6

7 2. Qué es un error circunstancial o aleatorio? 3. Qué es un error sistemático? 4. Se pueden eliminar los errores en las mediciones? Por qué? 5. Qué es una incertidumbre experimental? 6. Qué factores intervienen en el proceso de medición para que esté presente el error experimental? 6. PROCEDIMIENTO: Coloca la regla como se muestra en la figura y deja caer la pelota desde una altura de un metro. Mide la altura de rebote (h) de la pelota y registra dicho valor en la tabla. Pide a tres de tus compañeros que también realicen el experimento anterior y que registren los valores obtenidos en la tabla de resultados. 7

8 Número de medición Altura de rebote (h) en cm 7. DISCUSIÓN: 1. Resultaron iguales los valores de la altura de rebote? Por qué? 2. Puedes decir cuál es el valor verdadero o exacto de la altura de rebote? A qué atribuyes que los valores obtenidos hayan sido diferentes? Explica. 3. Qué factores han intervenido para que los valores no sean iguales? 4. la medición de la altura de rebote es directa o indirecta? Por qué? 5. En la medición de la altura se podrá conocer el valor del error? Por qué? 8. CONCLUSIONES: 1. Es posible conocer el valor verdadero de la longitud medida? Por qué? 2. Podemos determinar el valor del error? Cómo? 8

9 3. Se podrán evitar errores experimentales en las mediciones de longitudes? Por qué? 4. Qué tipo de errores cometiste durante la medición? Por qué? 5. A qué conclusiones llegaste en esta actividad experimental? EXPERIMENTO No. 3 EL VALOR PROMEDIO 1. OBJETIVOS: Determinar el valor promedio de un conjunto de mediciones. Identificar el valor promedio de un conjunto de valores como el valor que puede ser considerado representativo de dicho conjunto. 2. MATERIALES: Una regla Una pelota de esponja 3. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA: Manual de prácticas de física. Carlos Gutiérrez Aranzeta. Mc. Graw Hill. Física 1. Carlos Gutiérrez Aranzeta. Mc. Graw Hill. Física 1. Vázquez. Pearson Educación. Física 1 Bachillerato General. Héctor Pérez Montiel. Publicaciones Cultural. Fundamentos de Física 1 Programa DGB. Serway y Faughn. Thomson. 4. ASPECTOS TEÓRICOS: Cuando no conocemos el valor verdadero o real de una medición, para reducir el error en las mediciones se puede calcular el valor promedio de la medición o media aritmética, la cual se obtiene al sumar el valor de todas las mediciones entre el número de mediciones realizadas. 9

10 5. CUESTIONARIO: 1. Cómo se define el valor promedio? 2. Explica por qué no se puede considerar el valor promedio como el valor verdadero? 3. Sí la medición de una magnitud no se puede repetir, es posible calcular el valor promedio? Por qué? 4. El valor promedio de un conjunto de valores se puede considerar como el resultado de dicho conjunto? Explica. 6. PROCEDIMIENTO Coloca la regla como se muestra en la figura y deja caer la pelota desde una altura de 1 metro. Mide la altura de rebote (h) de la pelota y registra dicho valor en la tabla No. 3. Repite lo anterior en nueve ocasiones más y anota los resultados en la misma tabla No. 3. Emplea la siguiente ecuación para calcular el valor promedio (h) de la altura de rebote con los datos obtenidos y registrados en la tabla No RESULTADOS: 1. Calcula el valor promedio h de los primeros cinco valores de la tabla con esta ecuación. 2. Registra el valor obtenido en la tabla 10

11 3. Determina también el valor promedio de los últimos cinco valores de la tabla con esta ecuación 4. Obtén el valor promedio (h) de las 10 alturas de rebote. Tabla No. 3 Altura de rebote. Número de medición Valores medidos (cm) Tabla No 4. Valores promedio de la altura de rebote Número de alturas Del 1 al 5 (h 1-5) Del 6 al 10 (h 6-10) Del 1 al 10 (h 1-10) Valor promedio de la altura de rebote (cm) 8. DISCUSIÓN: 1. Si se comparan entre sí los valores de la tabla. Por qué no son iguales? 2. Resultaron iguales los valores promedios de la tabla? Por qué? 11

12 3. Qué valor de la tabla se puede seleccionar para representar el valor de la altura de rebote de la pelota? 4. Por qué se puede considerar el valor promedio como el representativo de un conjunto de mediciones? 5. Si se considerase el valor promedio como el valor verdadero, cuál de los obtenidos en la tabla sería el verdadero? 6. Por qué se considera el valor promedio como el más probable de un conjunto de mediciones de la misma magnitud? CONCLUSIONES. 1. El valor promedio es igual que la media aritmética? Cómo se define el valor promedio? 2. Por qué se emplea el valor promedio al reportar un conjunto de mediciones? 3. Qué conclusiones obtuviste? 12

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