Práctica 4. Movimiento y energía en un plano inclinado

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1 Página 1/11 Práctica 4. Movimiento y energía en un plano inclinado Página 1

2 Página /11 1. Seguridad en la ejecución Peligro o fuente de energía 1 Base de soporte universal Canaleta del equipo Riesgo asociado Mal colocado en la mesa puede caerse y causar un daño. Mal colocado y mal asegurado puede caerse y dañarse.. Objetivos de aprendizaje a) Obtener los modelos gráfico y matemático lineales del desplazamiento x de un móvil sobre un plano inclinado, sin fricción, con un ángulo con respecto a la horizontal, en función del tiempo de recorrido t. b) Obtener el modelo gráfico de la energía potencial EP del móvil en función de su altura h. c) Obtener el modelo gráfico de la energía cinética EC del móvil en función de su altura h. 3. Material y equipo base de soporte universal tornillo de sujeción varilla de 1 [m] plano inclinado (pelota plástica, actuador y sensor) cronómetro con sus cables flexómetro caja de madera Página

3 Página 3/11 Para el maestro balanza digital 4. Desarrollo de las actividades Actividad 1 Analizar el flexómetro e identificar sus características estáticas: rango, resolución y legibilidad. Llenar la siguiente tabla. Rango Resolución Legibilidad Actividad De acuerdo con el diagrama determine el valor de H, sabiendo que la longitud del plano inclinado es L= 1.46 m y su inclinación de 15. Valor de H: (m) Página 3

4 Página 4/11 Actividad 3 Armar y conectar el equipo como se muestra en las figuras 1 y, sin encenderlo. Figura 1. Conexiones del plano inclinado. Figura. Partes fundamentales del equipo. Página 4

5 Página 5/11 Instrucciones de armado a) En el extremo superior de la canaleta coloque el actuador, sujetándolo con sus dos tornillos (Figura 1). b) El sensor debe ubicarse a una distancia x (variable independiente) con respecto al centro de la esfera colocada en el actuador, asegurándolo con su propio tornillo a la canaleta (Figura 3). La esfera debe estar bien sujeta al actuador. Figura 3. Distancia de X del actuador al sensor. c) El actuador y el sensor deben conectarse a las terminales del cronómetro digital, el cual debe estar conectado y apagado. d) En el extremo inferior del plano inclinado debe colocarse la caja de madera para evitar que la esfera se caiga y se extravíe. e) Ajustar y medir con el flexómetro una distancia x de 60 cm. Página 5

6 Página 6/11 f) Encender el cronómetro, oprimiendo su switch de color rojo en la parte superior. El botón izquierdo de la carátula deberá de tener una luz azulada, lo que indica que está listo para funcionar. Para realizar mediciones de desplazamiento de la esfera, se deberá poner en ceros el cronómetro. g) El actuador soltará la esfera y el cronómetro comenzará a medir el tiempo de desplazamiento de la misma. Actividad 4 Varíe la distancia x entre el actuador y el sensor de tal forma que corresponda a los desplazamientos seleccionados pedidos en la siguiente tabla y mida en cada caso el tiempo para cada uno. x [m] t 1 [s] t [s] t 3 [s] t 4 [s] t 5 [s] t L [s] Página 6

7 Página 7/11 Actividad 5 Con las mediciones obtenidas y el empleo de las expresiones matemáticas proporcionadas, completar el llenado de la tabla. t [s] L t p [s] t [s] t L ts Actividad 6 Complete la siguiente tabla elevando al cuadrado el tiempo leído promedio, t s L z. x [m] t [s] z t L s L Página 7

8 Página 8/11 Actividad 7 Realice la gráfica distancia x contra z, donde t s L z sea la variable independiente. Actividad 8 Con la balanza proporcionada, mida la masa de la pelota. Masa de la pelota: (kg) Actividad 9 Determine la energía potencial para cada valor de x y complete la siguiente tabla. x [m] Ep= m g x (J) Página 8

9 Página 9/11 5. Cuestionario 1. Cuál es el modelo matemático del desplazamiento x en función del cuadrado del tiempo empleado?. Cuál es el significado físico de la pendiente del modelo matemático obtenido? 3. Cuáles son las expresiones experimentales para la rapidez y la aceleración del móvil sobre el plano inclinado? 4. Dibuje la gráfica de la energía potencial del móvil sobre todo el plano inclinado en función de su altura h, tome en cuenta que esta función es una recta y requiere del cálculo de la energía potencial máxima y mínima para dos valores extremos de la altura h; es decir: h = 60 cm y h = 0 cm. 5. Dibuje la gráfica de la energía cinética del móvil sobre todo el plano inclinado en función de su altura h, tome los mismos valores de ésta empleados en el punto 4 y calcule las energías cinéticas mínima y máxima; esta función también es una recta. 6. Conclusiones Página 9

10 Página 10/11 7. Bibliografía Young H. D. y Freedman R. A.; Sears y Zemansky FISICA UNIVERSITARIA CON FÍSICA MODERNA Vol. ; Editorial Pearson; 13ª edición; México, Anexo Expresiones matemáticas necesarias x 1 t p EP = m g h EC = m v g sen g = 9.78 m s H L sen z t s L Modelos gráficos x [m] t L s m b z [s ] t p =[s] m s x[m]= m zs b Página 10

11 Página 11/11 y como z t L : m L s x[m]= m t s bm ; v = d x d t d v ; E C a [J] = d t h [m] 0 H 0 H h [m] Página 11