Experiencia P06: Aceleración de la gravedad Sensor de movimiento

Transcripción

1 Experiencia P06: Aceleración de la gravedad Sensor de movimiento Tema DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) Movimiento rectilineo P06 Gravity.ds G14 Gravity G14_GRAV.SWS Equipo necesario Cant. Otros Cant. Sensor de movimiento(ci-6742) 2 Pelota de goma 1 Base y soporte (ME-9355) 1 Plancha de madera plana (opcional) 1 Cinta métrica 1 IDEAS PREVIAS Cómo se utilizaría un Sensor de movimiento para determinar la aceleración debida a la gravedad de un objeto en caída libre? FUNDAMENTO TEÓRICO Hace más de veintidós siglos, un filósofo griego llamado Aristóteles afirmó que había una fuerza natural que atraía a los objetos pesados hacia el centro de la tierra. Denominó a esta fuerza gravedad. En el siglo diecisiete, el científico inglés Isaac Newton demostró que la gravedad es una fuerza universal que actúa más allá de la Tierra. La gravedad es la fuerza que hace que la Luna gire en órbita alrededor de la Tierra y la tierra alrededor del Sol. Cuando un objeto está en caída libre, la única fuerza que actúa sobre él es la fuerza de la gravedad. A medida que cae, acelera. Para un objeto en caída libre cerca de la Tierra, la variación en el tiempo de la velocidad es constante. Este valor constante es la aceleración de la gravedad. Si se ignora la resistencia del aire, una pelota acelera a medida que cae. Se puede estudiar el movimiento de la pelota en caída libre para determinar el valor de la aceleración de la gravedad. RECUERDE Siga las instrucciones de utilización del equipo PASCO scientific P06.1

2 PROCEDIMIENTO Utilice el Sensor de movimiento para medir el movimiento de la pelota a medida que cae y rebota. Utilice el DataStudio o el ScienceWorkshop para registrar y mostrar los datos de posición y velocidad de la pelota. Examine la pendiente de la curva de la gráfica de velocidad frente al tiempo para determinar la aceleración de la pelota. ACERCA DEL SENSOR DE MOVIMIENTO El Sensor de movimiento envía pulsos de ultrasonidos y registra sus ecos cuando rebotan en los objetos situados frente a él. El software del programa mide el tiempo que transcurre desde que los pulsos se envían hasta que el eco regresa. La mitad de este tiempo SENSOR corresponde al tiempo que tardó el ultrasonido en alcanzar el objeto. Dado que los ultrasonidos van a la velocidad del sonido, unos 344 m/s, el programa calcula la distancia a la que está el objeto de esta manera: Distancia velocidad tiempo Distancia PULSO 344m / s tiempo( s) 2 La velocidad del sonido depende de muchos factores, incluida la temperatura del aire. Dado que la temperatura del aire varía, la velocidad del sonido puede variar. El Sensor de movimiento puede ser calibrado de modo que utilice un valor de la velocidad del sonido lo más exacta posible. ECO OBJETO PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR 1. Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador PASCO scientific P06.2

3 2. Enchufe el conector modular de uno de los extremos del cable del interfaz en el lateral del Sensor de movimiento. Conecte las clavijas digitales del Sensor de movimiento en los Canales digitales 1 y 2 del interfaz. Conecte la clavija amarilla en el Canal digital 1 y la otra clavija en el Canal digital Abra el archivo titulado: DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) P06 Gravity.ds G14 Gravity G14_GRAV.SWS El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. El archivo ScienceWorkshop contiene una gráfica de posición y velocidad frente a tiempo. El ritmo del Sensor de movimiento está fijado en 60 veces por segundo (60 Hz). PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO Calibrado del Sensor Calibre el Sensor de movimiento de manera que pueda utilizar una medida muy aproximada de la velocidad del sonido en el aire. Se necesitará una cinta métrica y una superficie plana que pueda ser usada como objeto para reflejar los pulsos del Sensor. Montaje del Sensor 1. Monte el Sensor de movimiento de manera que esté exactamente a un metro de una superficie llana que pueda reflejar sus pulsos PASCO scientific P06.3

4 Por ejemplo, monte el Sensor en un soporte cerca del borde de una mesa. Apunte el Sensor hacia el suelo. Si hay una alfombra o moqueta en el suelo, ponga encima una pieza de madera o cualquier otra superficie lisa directamente debajo del Sensor. NOTA: Retire la cinta métrica después de utilizarla para medir la distancia entre el suelo y el Sensor PASCO scientific P06.4

5 Calibrado del Software 2. En la ventana de configuración del experimento, haga doble clic en el icono del Sensor. Resultado: En el DataStudio, se abre la ventana Sensor Properties. Haga clic en el tabulador Motion Sensor. Resultado: La ventana de calibrado del Sensor de abre y el Sensor comienza a hacer clic unas cuantas veces por segundo. Resultado: En el ScienceWorkshop, se abre la ventana de calibrado del Sensor y el Sensor comienza a hacer clic unas cuantas veces por segundo. 3. Calibre el software. Primero, asegúrese de que el Sensor está a un metro del suelo. Segundo, haga clic en el botón Calibrate en la ventana de del Sensor de movimiento. Resultado: El software calcula la velocidad del sonido basándose en la distancia de calibrado (un metro) y el tiempo del pulso y el eco. 4. Haga clic en OK para regresar a la ventana de configuración del experimento. C Montaje del Equipo Asegúrese de que el suelo está nivelado. Si no lo está, sitúe una superficie dura y plana sobre el suelo y utilice papel plegado para nivelarla. 1. Monte una base y un soporte cerca del borde de la mesa. Monte el Sensor en el soporte de modo que apunte directamente hacia el suelo PASCO scientific P06.5

6 2. Ajuste la posición del Sensor de manera que esté a 1,5 m del suelo. PARTEIII: RECOGIDA DE DATOS 1. Prepárese para dejar caer la pelota directamente por debajo del Sensor. Sostenga la pelota entre sus dedos a unos 15 cm por debajo del Sensor. 2. Comience la recogida de datos. (Sugerencia: En el DataStudio, haga clic en Start. En el ScienceWorkshop, haga clic en Grabar ). Deje caer la pelota. Deje que la pelota rebote muchas veces. NOTA: Retire su mano tan pronto como suelte la pelota. 3. Después de que la pelota rebote muchas veces contra el suelo, finalice la recogida de datos PASCO scientific P06.6

7 ANÁLISIS DE DATOS La curva de posición de la gráfica refleja el movimiento de una pelota rebotando sobre una superficie plana. La curva de velocidad tiene forma de dientes de sierra. Observe que en la curva de velocidad, la velocidad de la pelota es positiva en una zona y negativa en otra, respecto al eje del tiempo. El Sensor registra el movimiento cuando se aleja como positivo, y negativo cuando se acerca. 1. En la curva de velocidad frente a tiempo, utilice el cursor para dibujar un rectángulo alrededor de una región que sea sensiblemente recta. 2. Utilice las herramientas de análisis de la gráfica para determinar la pendiente de la región seleccionada. Sugerencia: En el DataStudio, seleccione Linear en el menú Fit ( ). Sugerencia: En el ScienceWorkshop, haga clic en el botón Estadísticas ( ) para abrir el área estadística. Seleccione Ajuste de curva, ajuste lineal en el Menú de estadísticas ( ) PASCO scientific P06.7

8 3. Registre el valor de la pendiente en la tabla de datos. Este valor corresponde a la aceleración de la gravedad sobre el objeto en caída libre. Sugerencia: En el DataStudio, la pendiente aparece en la ventana Fit. Sugerencia: En el ScienceWorkshop, el área estadística recoge la fórmula general de una línea (y = a1 + a2 x), la constante a1 y el coeficiente lineal a2. El coeficiente lineal corresponde a la pendiente de la curva. ÁREA ESTADÍSTICA: a1 ES LA CONSTANTE, a2 EL COEFICIENTE LINEAL Y chi^2 EL VALOR DEL MEJOR AJUSTE. Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio PASCO scientific P06.8

9 Informe de Laboratorio Experiencia P06: Aceleración de la gravedad IDEAS PREVIAS Cómo se utilizaría un Sensor de movimiento para determinar la aceleración debida a la gravedad de un objeto en caída libre? Tabla de datos g (pendiente de velocidad frente a tiempo)= CONCLUSIONES Y APLICACIONES 1. Compare el valor que se ha obtenido para g (pendiente de velocidad frente a tiempo) con el valor comunmente aceptado de la aceleración de la gravedad (9.8 m/s 2 ). 2. Qué factores pueden hacer que el valor obtenido para g sea diferente del valor comunmente aceptado de la aceleración de la gravedad? 1999 PASCO scientific P06.9