LABORATORIO DE FÍSICA I C.E.C. y T. LÁZARO CÁRDENAS PRÁCTICA No. 14

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1 I.P.N. LABORATORIO DE FÍSICA I C.E.C. y T. LÁZARO CÁRDENAS PRÁCTICA No. 14 NOMBRE BOLETA GRUPO TURNO FECHA ****************************************************************************** I.- II.- III.- IV.- NOMBRE DE LA PRÁCTICA. MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME OBJETIVOS. 1) Representará el fenómeno físico mediante un dibujo del equipo de laboratorio. 2) Determinará tres desplazamientos angulares mediante el equipo de laboratorio. 3) Medirá los tiempos respectivos utilizando los cronómetros. 4) Comprobará la velocidad angular constante, mediante los datos obtenidos en el equipo de laboratorio. 5) Relacionará el movimiento circular uniforme con el movimiento rectilíneo uniforme, mediante la similitud de sus ecuaciones. MATERIAL Y APARATOS EMPLEADOS. 1 Equipo de movimiento formado por : 1 aro metálico de 32 cm de radio. 1 Juego de pesas 1 Anillo metálico con mango. 3 Cronómetros 1 Porta-pesas de aluminio de peso despreciable. 3 Metros de hilo de seda. 2 Varillas con base de metal de 80 cm de longitud. 1 Doble nuez. 2 Trípodes. 1 Polea con mango. CONSIDERACIONES TEÓRICAS. CINEMÁTICA ; MOVIMIENTO CIRCULAR. Nos basta mirar cualquier pieza de maquinaria, como el Chuck de un torno, la broca de un taladro, la llanta de un automóvil, etc. Para comprobar que el movimiento de rotación ó circular es muy común y por lo tanto interesa su estudio. Comenzaremos considerando el movimiento de rotación alrededor de un eje fijo. Todo punto del eje permanece fijo durante el movimiento, mientras que los demás puntos del cuerpo, se mueven describiendo circunferencias concéntricas con el eje y situadas en planos perpendiculares a él.

2 Por ello este movimiento se denomina circular. La posición de un punto cualquiera del cuerpo en rotación, esta completamente determinada si se conoce el ángulo formado por cualquier radio del mismo, con una dirección fija. Si el cuerpo en rotación esta representado por la circunferencia de la figura y es vertical al comenzar el movimiento, el cuerpo gira en sentido de las manecillas del reloj, el ángulo aumenta continuamente mientras el movimiento prosigue, por lo que decimos que este ángulo girado nos dará el desplazamiento angular del cuerpo y se expresa en giros, revoluciones, grados y radianes (una circunferencia = = 2 radianes = radianes). El desplazamiento angular medido en un sentido, se considera positivo y en sentido contrario, negativo. FIGURA 1 VELOCIDAD ANGULAR. La figura representa un cuerpo que gira alrededor de un eje que pasa por O, perpendicular al plano. OA es la posición de cierto radio del cuerpo en el instante ( t 0 ) y OB es la posición del mismo radio en un instante ( t ). Los desplazamientos angulares del radio son : 0 y. La velocidad angular de un cuerpo se define como la relación entre el desplazamiento angular y el tiempo transcurrido y se representa por la letra griega omega ( ). = t = - 0 ; t = t - t 0 MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME. Si se producen desplazamientos angulares iguales en intervalos iguales de tiempo, se dice que el movimiento es circular uniforme.

3 = t t t 0 0 = Constante Si t 0 = 0 y 0 = 0 tenemos : = t FIGURA 2 RELACIÓN ENTRE LA VELOCIDAD ANGULAR Y LINEAL. Considérese el punto en movimiento sobre la trayectoria circular de radio ( R ) de la figura 2, recorriendo el arco AB correspondiente al desplazamiento ( ), que equivale a un desplazamiento lineal ( S ), del arco de cuerda AB si se invierte un tiempo ( t ). Para efectuar el recorrido, la velocidad angular es ( = / t ) y la correspondiente lineal es ( V = S / t ) pero como el arco ( S = R ). R : Radio del punto móvil al eje de giro S = S - S 0 y = - 0 Si S 0 = 0 y 0 = 0 tenemos : S = R arco desplazado. V = S R ; pero t t = V = R constante en magnitud t

4 Observamos la figura 2 y vemos que la velocidad lineal no varía en magnitud, pero en dirección si ; la dirección de (V 0 ) es diferente a la de (V) ; por lo tanto, existe variación en la velocidad lineal debido al cambio de dirección y existe una aceleración que en cualquier punto de la trayectoria será perpendicular a la velocidad lineal y estará dirigida hacia el centro del circulo. Por esta razón se le da el nombre de aceleración radial, normal ó centrípeta y esta dada por la siguiente relación : A c = V = R 2 = V 2 R V.- DESARROLLO DE LA PRÁCTICA. Se enrolla el hilo de seda por uno de sus extremos en la horquilla del equipo de movimientos y por el otro extremo se pasa por una polea colocándole el porta-pesas de aluminio, adicionándole una fuerza para que nos produzca movimiento, después hacemos pasar el porta-pesas por el anillo metálico, de tal forma que la fuerza (pesa) quede depositada y el movimiento se mantenga uniforme. En el aro del equipo de movimientos, se marca un punto que haciendo referencia con la varilla del freno, podemos contar el desplazamiento de este punto en vueltas o revoluciones, y usando cronómetros, podemos medir el tiempo para cada desplazamiento angular que deseemos. VI.- CUESTIONARIO. 1.- Describirá el experimento realizado, mediante un dibujo del equipo de laboratorio. 2.- Determinar tres desplazamientos angulares. 1 = revoluciones = radianes 2 = revoluciones = radianes 3 = revoluciones = radianes 3.- Medir los tiempos de los tres desplazamientos anteriores. t 1 = segundos. t 2 = segundos. t 3 = segundos.

5 4.- Calcular las velocidades angulares respectivas, empleando los datos de los puntos ( 2 ) y ( 3 ). 1 = rev. / s = rad. / s 2 = rev. / s = rad. / s 3 = rev. / s = rad. / s 5.- Calcular los desplazamientos lineales correspondientes, considerando que el radio mide : ( R = 32 cm ). S 1 = cm S 1 = cm S 1 = cm 6.- Calcular las velocidades lineales con los datos de los puntos ( 3 ) y ( 5 ). V 1 = cm / s V 2 = cm / s V 3 = cm / s 7.- Calcular las velocidades lineales con los datos del punto ( 4 ), R = 32 cm V 1 = cm / s V 2 = cm / s V 3 = cm / s 8.- Calcular las aceleraciones centrípetas (normal), aplicando las tres igualdades correspondientes. A C1 = cm/s A C2 = cm/s A C3 = cm/s A C1 = cm/s A C2 = cm/s A C3 = cm/s A C1 = cm/s A C2 = cm/s A C3 = cm/s

6 9.- Comparar los resultados del punto anterior Citar ejemplos de aplicaciones prácticas del movimiento circular uniforme. VII.- CONCLUSIONES. 1.- Por qué la velocidad angular es constante? 2.- Explica : Cómo son la magnitud y dirección del vector velocidad lineal en este movimiento? 3.- Si la velocidad angular es constante, explique : Por qué aparece una aceleración normal?