Guías de Prácticas de Laboratorio

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1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Guías de Prácticas de Laboratorio Laboratorio de: FÍSICA MECÀNICA Número de Páginas: 7 Codificación: LAF-G-109 Fecha Emisión: 16/07/14 Revisión No.: 0 Titulo de la Práctica de Laboratorio: Elaborado por: Revisado por: Aprobado por: Angel M Chaparro Cardenas Comitê de Departamento de Física El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor Pagina 1 de 8

2 Control de Cambios Razones del Cambio Cambio a la Revisión # Fecha de emisión Guía de práctica de laboratorio 0 30/09/16 inicial 1. FACULTAD O UNIDAD ACADÉMICA: Departamento de Física 2. PROGRAMA: Ingeniería: Multimedia, Civil, Mecatrónica, Industrial y Telecomunicaciones. 3. ASIGNATURA: Laboratorio de Física Mecánica 4. SEMESTRE: Segundo 5. OBJETIVOS: 5.1 OBJETIVO GENERAL Analizar e interpretar mediante análisis dinámico las diferentes opciones de movimiento para un sistema de dos bloques conectados mediante una cuerda ligera, según figura. 2

3 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA 5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Hallar el rango de valores de m en términos de M, para las diferentes opciones de movimiento del sistema Interpretar y describir desde el punto de vista físico el movimiento del sistema como modelo idealizado ( no fricción en ninguna parte del sistema) Interpretar y describir desde el punto de vista físico el movimiento del sistema teniendo en cuenta fuerzas de fricción entre el bloque de masa M y la superficie Hallar la máxima fuerza de rozamiento estático e interpretar, porque esta se define mediante una desigualdad (fs µsn) Determinar y verificar que la fuerza de rozamiento cinética es menor que la máxima fuerza de rozamiento estático 6. COMPETENCIAS A DESARROLLAR: Aplicar el conocimiento teórico de la Física en la realización e interpretación de experimentos. Que el estudiante construya y desarrolle argumentos validos que le permitan identificar y diferenciar las diferentes opciones de movimiento del sistema Construir y desarrollar argumentaciones válidas, identificando hipótesis y conclusiones. Demostrar destrezas experimentales y métodos adecuados de trabajo en el laboratorio. Demostrar hábitos de trabajo en equipo involucrando el rigor científico, el aprendizaje y disciplina. Buscar, interpretar y utilizar literatura científica. Comunicar conceptos y resultados científicos en lenguaje oral y escrito. El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor Pagina 3 de 8

4 7. MARCO TEORICO: Conceptos previos. Fuerzas de rozamiento estático y cinético. Coeficiente de rozamiento. Leyes de newton. Diagramas de fuerzas. El sistema consta de dos masas M y m que se conectan por una cuerda ligera, flexible e inextensible que pasa por una polea fija conforme se muestra en la figura. Existe fricción entre M y la superficie (μs es el coeficiente de rozamiento estático y μk es el coeficiente de rozamiento cinético). Grafica 2 Los estudiantes, previo al desarrollo de la práctica y mediante la realización de diagramas de fuerzas y aplicando leyes de newton, deben desarrollar teóricamente las siguientes situaciones según grafica 2. Expresar las repuestas en términos de M, µk, µs y g. a) Si no existiera friccion en ninguna parte del sistema, el sistema se mueve o se mantiene en reposo? Cuál sería el mínimo valor de m o los valores de m que permiten que M se deslice sobre la superficie horizontal? b) Considerando solamente friccion entre M y la superficie y mediante análisis de fuerzas muestre que el valor de m para que M no se deslice sobre la superficie horizontal es: m µsm Con mmax.= µsm (1) c) Considerando solamente fricción entre M y la superficie y mediante análisis de fuerzas muestre que el valor de m que garantice que el sistema se mueva con rapidez constante es: m = µkm (2) d) Considerando solamente friccion entre M y la superficie y mediante análisis de fuerzas muestre que si el sistema tiene aceleración, esta, se puede expresar como: 4

5 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA (3) NOTA.Se puede mostrar que con la expresión anterior se puede llegar a los resultados de b) y c) y además se puede calcular la aceleración del sistema si no existiera friccion y corroborar la interpretación para m del caso a). 8. MATERIALES, INSTRUMENTOS, SOFTWARE, HARDWARE O EQUIPOS: Plano inclinado Superficies de diferente material: madera, acrílico, caucho. Dinamómetro Conjunto de pesas Balanza 9. PRECAUCIONES CON LOS MATERIALES, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS UTILIZAR: No existe ninguna precaución en particular para la realización de esta práctica. 10. CAMPO DE APLICACIÓN: En el campo de la ingeniería existen numerosos sistemas de transmisión en el movimiento de sistemas de dos o más cuerpos conectados por cuerdas y sostenidos por poleas. Para lo cual se hace necesario poder analizar y determinar bajo que condiciones un sistema puede tener una condición específica de movimiento teniendo en cuenta la relación de las masas de los cuerpos, los efectos de fricción entre los diferentes componentes del sistema y el efecto de las cuerdas y poleas como medios de conexión. El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor Pagina 5 de 8

6 11. PROCEDIMIENTO, METODO O ACTIVIDADES: Inicialmente verifique el montaje dado para la practica: El cuerpo de masa M (carrito de madera) debe estar sobre la superficie horizontal con libertad de moverse a lo largo de esta superficie. El bloque de masa M esta conectado al cuerpo de masa m (incluye portapesas), mediante una cuerda ideal que se desliza sobre una polea fija a un soporte según grafico. Para un valor de masa M cualesquiera coloque cuidadosamente en el porta pesas que cuelga, valores de masas que garantice que el sistema se mantenga en reposo o que se mueva suavemente con una rapidez baja en una forma no muy brusca. Realice los ensayos necesarios para llevar a la práctica, las situaciones mencionadas en el marco teórico. La superficie sobre la cual va a deslizarse M es de acrílico y la superficie del bloque M es de madera pero se le puede adecuar otra superficie: acrílico, caucho etc. Análisis Cualitativo 1) Superficie de acrílico y madera a) Inicialmente seleccione un valor de M = 500 gramos y conéctelo mediante una cuerda, al cuerpo de masa m que cuelga en el otro extremo de la cuerda (portapesas únicamente). Agregue en forma sucesiva y cuidadosa pesas hasta que el sistema rompa su estado de reposo. Antes de que el sistema llegue a ese limite agregue pesas de valores lo mas pequeño posible y anote el valor de m (pesas y porta pesas), cuando M pierda el estado de reposo. Este será el valor de m máximo. Repita este proceso unas tres veces y promedie el valor de mmax y exprese su incertidumbre (m= mmax ±Δm ) b) Colocar el sistema nuevamente en la condición inicial. M= 500gramos y el porta pesas suspendido en el extremo de la cuerda. Agregue en forma sucesiva y cuidadosa pesas hasta que el sistema se mueva con rapidez constante. Referenciar este valor de m. Nota. Para lograr este estado el portapesas debe tener una masa m un poco menor que la masa máxima y previo un pequeño golpecito sobre la superficie donde se encuentra M, lograr vencer el estado de reposo de M y que adquiera una rapidez lo mas constante posible. 6

7 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Por qué hay que aplicar ese pequeño golpecito sobre la superficie donde se encuentra M? c) Colocar un valor de masa m sobre el portapesas, que permita que el sistema tenga una aceleración. En que rango de valores debe estar el valor de m? 2) Acondicionar sobre al bloque M una superficie diferente y realizar los mismos procesos a, b y c del caso 1. (Seleccione M = 500 gramos) Analisis Cuantitativo Para que rango de valores de m, el sistema se mantiene en reposo Para qué valor de m o rango de valores de m, el sistema se mueve con rapidez constante Para que rango de valores de m, el sistema tiene una aceleración El rango de valores de m es el mismo para las situaciones 1 y 2? Según los datos experimentales de M y m, calcular el coeficiente de rozamiento estático máxima y coeficiente cinético Con los datos anteriores halle el valor la fuerza de rozamiento estática máxima y la fuerza de rozamiento cinética entre las superficies en contacto tanto en el proceso 1 como 2. Compare estos resultados. Es lo esperado? 12. RESULTADOS ESPERADOS: Según los resultados El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor Pagina 7 de 8

8 En el experimento, podemos decir que los coeficientes de fricción tienen dependencia con: la relación de masas, el tipo de superficies u otra característica. Explique Porque el valor de la fuerza de ficción estática máxima es mayor que la fuerza de rozamiento cinética Para el valor seleccionado en 1.c y 2.c calcule el valor de la aceleración sin fricción y con fricción entre las superficies. Este sistema podría dar un valor igual o mayor a g? Explique Que conclusión o conclusiones puede deducir con respecto al movimiento del sistema. 13. CRITERO DE EVALUACIÓN A LA PRESENTE PRÁCTICA Cada práctica se evaluará de la siguiente forma: 20% 80% Presentación escrita del marco teórico de la práctica a desarrollar que incluye: portada, objetivos, desarrollo del marco teórico, procedimiento, bibliografía y webgrafía; y/o quiz. Presentación escrita del informe de la práctica totalmente desarrollada, con adecuada ortografía y redacción que incluye: toma de datos, representación gráfica de los datos (tablas, graficas), análisis e interpretación de los datos y conclusiones. Nota: Cada práctica se evaluará en la escala de calificación de cero a cinco y la no asistencia del estudiante a la práctica implicará una nota de cero. La nota del corte del laboratorio corresponde al promedio de las notas de las prácticas que incluye la nota de la evaluación final en cada corte. 14. BIBLIOGRAFIA: Serway, Raymond A., Jewet, John W. Jr., Física para ciencias e ingeniería, 6a. edición. Volumen I. 8