GUÍA DE TRABAJO EN LABORATORIO

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1 Versión 02 Fecha IDENTIFICACIÓN Nombre de la práctica: FRICCIÓN Y CONSERVACIÓN DE LA ENERGIA. Programa Plan de estudio # Asignatura Física Mecánica (Física I) Código Guía No.3 Créditos 2. PERTINENCIA ACADÉMICA ELEMENTOS DE COMPETENCIAS - Vivir los conceptos de la Dinámica. - Describir el movimiento en función de fuerza. - Aplicar las leyes de newton en el análisis de la práctica. - Usar diagramas de cuerpo libre. - Entender fricción en función del área de contacto y peso. - Evaluar el trabajo mecánico en diversas situaciones. - Aplicar las fuerzas conservativas en el análisis de un problema 3. ACTIVIDADES PREVIAS CONTENIDO TEMÁTICO - Dinámica. - Conservación de la energía. INDICADOR DE LOGRO Hallar los resultados esperados a partir de las gráficas. Conocimientos previos de: Cinemática. Razón de cambio Leyes del movimiento Leyes de Newton Trabajo y Energía 3.1 Marco teórico Explicado por cada docente Recursos requeridos Equipos: 1 Plano inclinado. 1 Bloque de madera. 1 balanza. 1 Regla. 2 Masas de 10g. 1 recipiente colgante 1 cronómetro. 4. PROCEDIMIENTO 4.1 Descripción de las actividades Los métodos que aquí se describen se realizarán en varias aplicaciones, utilícelo en la aplicación indicada. Página 1 de 7

2 Método de la tangente. Coeficiente de fricción estático 1. Coloque el bloque de madera sobre el plano inclinado en un ángulo de cero grados. (Ilustración 1) 2. Eleve el plano inclinado hasta que el bloque de madera inicie el movimiento. (Ilustración 2) 3. Registre la altura alcanzada. 4. Registre la longitud de la base del plano inclinado. 5. Repita este procedimiento por triplicado. 6. El coeficiente de fricción estático se determina por el valor de la tangente del ángulo formado por el plano o la división de la altura sobre la base. Método del dinamómetro. Coeficiente de fricción estático y cinético 1. Coloque el bloque de madera sobre el plano inclinado en un ángulo de cero grados. (Ilustración 1) 2. Acople el dinamómetro al bloque de madera. (Ilustración 3) 3. Hale con fuerza constante el dinamómetro por todo el plano inclinado tomando el valor de fuerza del inicio del movimiento (fuerza umbral F s ) y cuando está en movimiento (fuerza de rozamiento F k ) (Ilustración 4). 4. Repita este procedimiento por triplicado. PRIMERA PARTE: VARIACIÓN DE LA FUERZA DE FRICCIÓN CON EL AREA. 1. Determine la masa del bloque asignado utilizando la balanza. Registre los datos en la tabla 1 2. Mida el largo y el ancho de la cara del bloque en madera. Registre los datos en la tabla 1 3. Realice el procedimiento descrito como método de la tangente para el bloque asignado. Utilizando la cara más grande. No olvide realizar este procedimiento por triplicado. Registre los datos en la tabla Realice el procedimiento descrito como método del dinamómetro para el bloque asignado. Registre los datos en la tabla 1 5. Repita este procedimiento utilizando la cara menor (canto) SEGUNDA PARTE: VARIACIÓN DE LA FUERZA DE FRICCIÓN CON EL PESO. En este experimento utilizaremos el bloque de madera por la cara más grande. 1. Adicione al bloque de madera una masa de 50g verifique el masa en la balanza. Regístrelo en la tabla de datos Realice el procedimiento descrito como método de la tangente para el bloque asignado. Utilizando la cara más grande. No olvide realizar este procedimiento por triplicado. Registre los datos en la tabla Realice el procedimiento descrito como método del dinamómetro para el bloque asignado. Registre los datos en la tabla 2 4. Repita este procedimiento hasta adicionar una masa de 150 gramos al bloque de madera. Página 2 de 7

3 PARTE TRES: CONSERVACIÓN DE LA ENERGIA. En este experimento utilizaremos el bloque de madera por la cara más grande. 1. Con el plano en cero grados, conecte el bloque al recipiente asignado por medio de la cuerda, pasando por la polea dejando que el recipiente cuelgue libremente (Ilustración 4) 2. Con las masas que tiene, verifique que el bloque solo inicia movimiento al dar un suave golpe en la mesa, esto lo logra colocando masas en el bloque o en el recipiente de manera que el bloque se mueva lentamente por el plano. 3. Registre el tiempo que demora el bloque en su recorrido por el plano. Consigne este valor en la tabla Tome la masa del recipiente y el bloque asignado con la balanza. Consigne este valor en la tabla 3. (recuerda que se trabaja con tres mediciones con el fin de obtener una media) 4.2 IMÁGENES DE LOS PROCEDIMIENTOS: Ilustración 1: Bloque de madera en el plano en ángulo cero. Ilustración 2: Elevación del plano inclinado Ilustración 3: Dinamómetro Ilustración 4: Conservación de la Energía Página 3 de 7

4 5. Pre-informe: Práctica 3: FRICCIÓN Y CONSERVACIÓN DE LA ENERGIA. Una copia de este pre-informe se deja en el laboratorio para entregar al docente. Docente: Materia grupo Nombre apellidos del estudiante Carnet 5.1. Datos experimentales PRIMERA PARTE: VARIACIÓN DE LA FUERZA DE FRICCIÓN CON EL AREA. Tabla 1: Datos de la variación del coeficiente de fricción con el área Masa del bloque: Área mayor Área menor Largo Largo Ancho Ancho Área Mayor Área Menor Método de la Altura alcanzada tangente Largo de la base Método del Fuerza umbral dinamómetro Fuerza de rozamiento SEGUNDA PARTE: VARIACIÓN DE LA FUERZA DE FRICCIÓN CON EL PESO. Tabla 2: Variación de la Fuerza de fricción con el peso. Masa del bloque Método de la Altura alcanzada tangente Largo de la base Método del Fuerza umbral dinamómetro Fuerza de rozamiento TERCERA PARTE: CONSERVACIÓN DE LA ENERGIA Tabla 3: Conservación de la energía. Masa del masa de la Experiencia bloque fuerza aplicada desplazamiento tiempo Página 4 de 7

5 Trabajo realizado k=fk/mg Fuerza de rozamient s=fs/mg Fuerza umbral =Tan = alto base Largo de la base Altura alcanzada GUÍA DE TRABAJO EN 6. Análisis de Datos y resultados PRIMERA PARTE: VARIACIÓN DE LA FUERZA DE FRICCIÓN CON EL AREA Con los datos de la tabla 1, Complete la tabla 4. utilice los promedios de los resultados obtenidos. Área Mayor Área Menor Tabla 4: resultados de la variación del Área Método de la tangente Largo Altura =Tan de la alcanzada = alto base base Fuerza Estática (F s) Método del dinamómetro Fuerza de s =F s /mg Cinética k =F k /mg (F k ) Trabajo realizado por la Fuerza cinética Trabajo realizado por la Fuerza cinética SEGUNDA PARTE: VARIACIÓN DE LA FUERZA DE FRICCIÓN CON EL PESO Con los datos de la tabla 1 para el área mayor llene la primera fila de datos de la tabla Con los datos de la tabla 2, Complete las otras tres filas de la tabla 5. Tabla 5: Resultados de la variación del peso. Masa Método de la tangente Método del dinamómetro por Fk: o (Fk) (Fs) PARTE TRES: CONSERVACIÓN DE LA ENERGIA. 1. Con los datos de la tabla 3, Complete la tabla Realice el diagrama de cuerpo libre para esta experiencia Página 5 de 7

6 3. Plantee las ecuaciones necesarias que le permitan obtener el coeficiente de fricción experimental y compárelo con el teórico reportado en el texto de referencia (halle el porcentaje de error) Tabla 6: resultados de la conservación de la energía. Masa del bloque Masa del recipiente desplazamiento tiempo Velocidad MUA* coeficiente de fricción Velocidad por E** %error velocidad *Velocidad MUA: Calcula la velocidad usando las ecuaciones de movimiento uniforme acelerado. ** Velocidad por E: Calcula la velocidad usando la ecuación de energía cinética Cálculos y análisis de los resultados, en este numeral debe registrarse el análisis de los resultados a partir de los cálculos realizados, las medidas obtenidas durante la práctica y la comparación de los mismos con los resultados esperados. 7. Pautas y lineamientos El informe lo realizaras en Word en el formato boletín, máximo de 6 hojas en el cual debe contener: Introducción. Marco teórico. Tabla de datos y resultados Modelo de cálculo. Análisis de resultados. Conclusiones. Bibliografía. 8. Rubrica de evaluación: La acuerda cada docente. 9. Bibliografía Raymond A. Serway (1998), Física Tomo 1, Cuarta edición, Colombia, McGraw-Hill Interamericana Editores S.A. Manual equipos ENOSA, Empresa Nacional de Óptica SA, Madrid - España Preparado por Jorge Wilson Ocampo Vásquez Elaborado por: Revisada por: Jorge Wilson Ocampo Vásquez Docentes Física Unidad de Fundamentación científica Versión: 1.0 Fecha: Noviembre 5 de 2014 Aprobado por: Diana Victoria Aguilar Piedrahita Página 6 de 7

7 Anexo de fórmulas útiles: Ecuaciones Vectores debe tener en cuenta que el angulo siempre se mide con respecto al eje x positivo. Magnitud del vector 2 V = X 2 + Y 2 Componente X Componente Y Angulo o dirección Ecuaciones movimiento acelerado V x = V cos α V Y = V sin α α = tan 1 V Y V X Ecuaciones M. U. A. Caída Libre Variable que falta V en Función de t v = v 0 + at v = v 0 + gt Desplazamiento desplazamiento en x x función de v y t 0 = 1 2 (v + v 0)t y y 0 = 1 2 (v + v Aceleración 0)t gravedad Desplazamiento x x como función de t 0 = v 0 t at2 y y 0 = v 0 t 1 Velocidad final 2 gt2 V como función del v 2 = v a(x x 0 ) v 2 = v g(y y 0 ) Tiempo desplazamiento o Ecuaciones de movimiento Parabólico: Ecuación Componente de velocidad horizontal Componente de velocidad vertical Componente de posición horizontal Componente de posición vertical Alcance máximo del proyectil Altura máxima del proyectil Tiempo total de vuelo del proyectil v x = v x0 = v 0 cos θ 0 = constante v y = v y0 gt = v 0 sin θ 0 gt x = v xo t = (v 0 cos θ 0 )t y = v y0 t = (v 0 sin θ 0 )t 1 2 gt2 R = v 0 2 sin 2θ 0 g h = v 0 2 sin θ 0 2g t = v 0 sin θ 0 g Ecuaciones de energía: Energía Potencial: Energía Cinética: Trabajo: E P = mgh E k = 1 2 mv2 W = F d Página 7 de 7