LABORATORIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL

Transcripción

1 LABORATORIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL Manual del Estudiante Agosto-Diciembre 2011 Profesor Responsable: Dr. Alejandro Martínez Borquez 1

2 Índice 1. Introducción. 2. Objetivos 3. Descripción de las actividades. El proyecto. Programa. Evaluación. Asesoría. Recursos. Responsabilidades. Formato del reporte. 2

3 1. Introducción. El laboratorio de física te permitirá observar fenómenos de la naturaleza que en la clase teórica solo te los imaginas. Además te interactuar activamente en la creación de prototipos originales en donde desarrollas la creatividad y aplicas las Leyes Físicas tan vistas en el salón de clase. 2. Objetivos generales. 1) Reproducir fenómenos físicos y hacer un estudio detallado sobre el mismo para ser explicado con las respectivas leyes. 2) Diseñar y construir prototipos que faciliten el aprendizaje. 3) Que el alumno adquiera la madures para la reflexión ante diversas situaciones que se pueden presentar en su formación académica. 4) Que alumno aprenda a realizar trabajo en grupo, como diseñar proyectos en colaboración. 3. Descripción de las actividades. 3.1 Actividad. En el programa se encuentran marcadas las diferentes actividades a realizar durante el semestre. Este se encuentra en cuatro tipos de actividades, práctica, práctica libre, evaluación y proyecto. Para la práctica el profesor tiene la aligación de proporcionar el material de los no consumibles, para las practicas libres, el alumno puede contar con el material del laboratorio y el material faltante para su práctica lo debe conseguir por su cuenta, para el proyecto el alumno se hace responsable del total del material requerido. 3.2 Programa. Aquí encontraras una tabla-guía de las actividades que estarás realizando durante el curso de laboratorio y la hora en que deberás entregarlas. 3

4 Sesión Fecha 1 17/Ago 2 24/Ago 3 31/Ago 4 7/Sep 5 14/Sep 6 21/Sep 7 28/Sep 8 5/Oct 9 12/Oct 10 19/Oct 11 26/Oct Bienvenida Hora: Lunes de 09:00 a 11:00 ACTIVIDAD Instrumentos de Medición Mediciones, Tipos de variables, Incertidumbre y Propagación del error Trayectorias; Movimiento Lineal, Circular y Parabólico Tipos de Fuerzas; Gravitacional, Elástica, Fricción estática y Cinética, Normal Prototipo Construcción de una Máquina Simple con poleas Evaluación Presentar los temas vistos en las sesiones 3, 4, 5 y 6. Electrostática; Electroscopio, Interacción entre cargas eléctricas, Líneas de Campo eléctrico, Capacitores entre placas paralelas, Campo Eléctrico entre placas y El Electrón en un campo Eléctrico. Circuito Eléctrico Campo magnético; Líneas de Campo magnético, Inducción de Corriente eléctrica y El Electrón en un campo Magnético. Transformadores, El motor eléctrico, Bobina de Tesla y Radio de galena. ENTREGA Ninguno Ninguna 7/Sep 14/Sep 21/Sep Diseño, Reporte y Construcción del Prototipo 21/Sep Presentación PowerPoint: 28/Sep 12/Oct 19/Oct 26/Oct 9/Nov 1) Qué diferencia existe entre trabajo hecho por fuerzas conservativas y no conservativas? 2) En el experimento existe conservación de la energía en cada uno de los puntos? 4 13

5 - Riel de ángulo. - Transportador - Cronómetro - Flexómetro - Balín Problema: Verificar experimentalmente la ley de conservación de la energía. Objetivos: - Comprobará la transformación de la energía de un cuerpo. - Estudiar las diferentes manifestaciones de energía que posee un cuerpo. - Estimará las incertidumbres en medidas directas e indirectas. - Comparará los resultados experimentales con modelos propuestos. Desarrollo: Construir un plano inclinado para dejar caer objetos sobre él. Se analiza la energía que posee el cuerpo en cada uno de los puntos marcados en la figura y comparar los resultados obtenidos. Recuerda que es muy importante tomar en cuenta el el trabajo hecho por la fuerza de fricción. A B C D 1) Determinar el trabajo hecho por la fuerza de fricción. 2) Obtener la velocidad para cada punto marcado sobre el plano inclinado. 3) Con esta velocidad, altura, masa y trabajo hecho por fricción, calcular la energía correspondiente a cada punto. Contesta las siguientes preguntas E F 12 9/Nov 13 16/Nov 14 23/Nov 15 30/Nov Presentación Exposición de las prácticas de las sesiones 8, 9, 10 y 11. La focal de una lente, Índice de refracción, Espectro de luz blanca y Difracción de Fraunhofer Interferometría, polarización y filtros. Evaluación Exposición de los temas de las sesiones 13 y /Abr 23/Nov 30/Nov Presentación: 30/Nov La retroalimentación de sus entregas se les dará inmediatamente después de haber revisado el producto. Si en la retroalimentación se les indica que deben corregir algunos puntos, se les cuestionarán en particular estos puntos en la evaluación correspondiente. 3.3 Evaluación s 1) Reporte escrito (equipo) 70% 2) Evaluación parcial (personal) 30% Criterios para calificar cada uno de estos puntos: 1) Reporte escrito. Debe contener el formato requerido por el profesor, contar con la información clara que refleje las experiencias de la práctica además como punto mas importante debe contener la interpretación de los resultados adecuadamente fundamentada según las leyes físicas. 2) Planeación. Debe garantizar que el proyecto se entregará a tiempo y bien hecho. 3) Diseño. Bosquejo hecho a mano, que contenga las variables que influyan en el funcionamiento del proyecto. 4) Funcionalidad. Que el prototipo se detenga dentro del rango establecido. 5) Presentación (equipo). Uso de tiempo, claridad en la exposición, presentación personal, adecuada profundidad, respuesta a preguntas generales. 12 5

6 6) Preguntas (personal). Respuestas correctas a preguntas personales. 3.4 Asesoría. En el programa están marcadas las sesiones de proyecto mismas que se utilizarán para a asesoría. En caso que se requiera de un experto en un taller determinado, el alumno debe hacerlo saber al profesor para facilitar el mismo. 3.5 Recursos. Cuentas con un gran número de recursos que puedes utilizar para el mejor desempeño de tus proyectos: Biblioteca, Centro de Cómputo, Talleres, etc. El laboratorio en el que te encuentras se convertirá en tu lugar de trabajo, por eso es importante que lo mantengas en buen estado. Al finalizar la sesión debes dejar todo en su lugar y cuidar el orden y la limpieza. Material 1 Bloque de madera, 1 Abrazadera con polea, 1 Plano inclinado con transportador, 1 Pesas de ranura, 1 Balanza granataria. Objetos para dejar caer sobre el plano. Hilo para sujetar los objetos Desarrollo: 1.- Colocar los objetos en el plano inclinado como se muestra en la figura y medimos el ángulo de inclinación en el momento exacto en que el peso vence la fuerza de fricción. Medir el ángulo de al menos 5 objetos y hacer 5 repeticiones (una polea, una pesa pequeña, una cinta, un plástico y una barra de metal). 4 Responsabilidades. Del alumno: Cumplir puntualmente con cada una de las entregas. Participar activamente en su equipo de trabajo. Mantener el orden, disciplina y respeto dentro y fuera del lugar de trabajo. Asistir puntualmente a cada una de las sesiones (La falta a clase implica una calificación de cero en el reporte correspondiente) Del tutor: Asistir puntualmente a cada una de las sesiones. Evaluar de acuerdo a lo estipulado en la sección 3.3 Retroalimentar y evaluar los productos entregados. 5. Formato del Reporte. Hoja de presentación: Nombre de la materia, Título de la práctica, Nombres 2.- Con estos ángulos calcular la fuerza de fricción estática máxima de los 5 objetos. 3.- Elaborar una gráfica de fricción contra fuerza normal. Cómo es el comportamiento? 4.- Proponer la fuerza de fricción como proporcional a la fuerza normal, F f =µn, donde F f es la fuerza de fricción, N es la fuerza normal y µ es el factor de proporcionalidad. Qué es el factor de proporcionalidad? 5.- Calcular µ para las 5 objetos y hacer una gráfica de este con respecto al ángulo y comparar la gráfica con la de tanө. Donde Ө es el ángulo de inclinación del plano inclinado. 6.- Demostrar analíticamente la expresión algebraica µ = tanө. Donde µ es el coeficiente de fricción estático y Ө el ángulo de inclinación del plano inclinado. Material: Conservación de la Energía 6 11

7 2 Sobre el plano se lanza un canica con pintura, la cual describirá una trayectoria sobre el rotafolio, para verificar esto, elegimos ejes coordenados para determinar puntos de la trayectoria y con los puntos, estos puntos deben satisfacer la ecuación de una parábola. 3 Con la definición de parábola verificar si esta trayectoria es una parábola Es el lugar geométrico de los puntos que se encuentran a la misma distancia de un punto fijo (foco) que de una recta (directriz) 4 De acuerdo con el diagrama de cuerpo libre y la segunda ley de Newton la ecuación de moviento es 2 ( tan φ ) 2 y = x tan φ x 4 y max siendo (x,y) las coordenadas del punto colocando el origen en el punto de lanzamiento del proyectil(canica) y φ el ángulo de inclinación de la velocidad inicial, como se muestra en la figura Verificar por lo menos 5 puntos medidos con la ecuación anterior. 5 De acuerdo con esto, escribir la ecuación de la parábola en su 2 y = ax + bx + c forma general ecuación de movimiento. y max (x,y) y comparar los términos con la Fricción Estática Objetivo Analizar el comportamiento de la fuerza de fricción como función de la fuerza normal y el coeficiente de fricción con respecto al ángulo de inclinación de un plano. Entender el concepto de fuerza y coeficiente de fricción. Fecha y hora de entrega Introducción: Breve descripción de la práctica. Objetivos: Escribir literalmente los objetivos planteados en la practica. Desarrollo: Descripción detallada y resultados de las mediciones. Marco Teórico: Estudio teórico del Fenómeno. Interpretación de Resultados: Analizar detalladamente los resultados y hacer comparaciones con datos teóricos. Conclusiones: Explicación y/o aclaraciones de los resultados en base a los objetivos. Bibliografía: Fuente consultada. 5. Prácticas. Mediciones y errores de medición Material 1 Regla graduada ó Cinta-métrica 1 Vernier o pie de rey 1 Tubo de ensayo graduado 1 Balanza granataria 1 Dinamómetro Multímetro Objetivo Utilizar herramientas con límites de precisión. Desarrollo NOTA: TODAS LAS MEDICIONES SON POR INTEGRANTE Y DEVES REGISTRAR LA INCERTIDUMBRE X =( máxima(x i) - mínima(x i))/2 PARA LAS VARIABLES INDIRECTAS REGISTRAR LA INCERTIDUMBRE SEGÚN LA TABLA (A-B) = A + B (A+B) = A + B (A B) = A B + B A A 2 =2A A (ka)=k A (sen θ) = (cos θ) θ. A n = na n-1 A (ln x) = A = B A B + B A 2 2 B B 1 x x 10 7

8 1) Reportar las incertidumbres en todos los casos 2) Medir las dimensiones de al menos tres objetos diferentes con una regla graduada. 3) Medir las dimensiones de al menos tres objetos diferentes con vernier o pie de rey. 4) Medir la masa de al menos tres objetos diferentes con la balanza granataria. 5) Medir las dimensiones de un cono y estimar su volumen. 6) Describir un objeto en base a sus dimensiones y hacer un dibujo del mismo. 7) Medir el periodo de un péndulo y calcular su frecuencia. (f = 1/T) Investigación 1.- Qué precisión tiene un Vernier? 2.- Qué precisión tiene un micrómetro? 3.- Qué precisión tiene una balanza granataria? 4.- Para medir un objeto de cm, Qué utilizas? Y Por qué? 5.- Que diferencias notas en la medida del dinamómetro y la balanza? Movimiento Lineal acelerado Objetivo Analizar el comportamiento de la posición para un movimiento en una dimensión. Reproducir un movimiento acelerado y uno no acelerado, en ambos casos elaborar una gráfica posición-tiempo con su desviación estándar para los puntos. Material 2 Riel (vara en ángulo de metal) 1 Balines esféricos, 1 Cinta métrica (3 metros), 4 Cronómetro, 1 Balanza granataria. 1 transportador Desarrollo 1.- Montar un riel con un ángulo de inclinación de 20 a 30 grados. Ver figura Idear un dispositivo para que la velocidad de salida del balín en el riel horizontal sea la misma en cada experimento. Para el riel inclinado los balines se solo se dejan caer. 3.- Graduar los dos rieles. 4.- Medir el tiempo en cada caso para 15 diferentes posiciones (cada medición tres veces) 5.- A los datos anteriores, calcular la desviación estándar para las tres mediciones. 6.- Trazar en una misma gráfica posición vs tiempo los resultados de las mediciones. Cada punto debe tener la desviación estándar correspondiente. 7.- Comparar los resultados del movimiento acelerado con la ecuación de movimiento. Traza en la misma gráfica anterior la ecuación x = 1/2 g senα t 2 Material Tiro Parabólico Hoja de Rotafolio. Guantes y bata. Colorante Vaso para mezcla de colorante con agua. Plano inclinado. Nivel de mano. Manguera de nivel. α Objetivo Estudio de las propiedades del movimiento de proyectil mediante la medición de las posiciones que un proyectil sigue al ser lanzado. Actividad 1 Colocar la hoja de rotafolio sobre un plano inclinado(mesa), como se muestra en la figura. Rotafolio 9 α mesa