Guías de Prácticas de Laboratorio

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1 Guías de Prácticas de Laboratorio Laboratorio de: Número de Páginas: (2) 4 Identificación: (1) Revisión No.: (3) 1 Fecha Emisión: (4) 2011/08/31 FÍSICA MECÀNICA Titulo de la Práctica de Laboratorio: DINAMICA Elaborado por: Revisado por: Aprobado por: Angel M Chaparro Cardenas Angel M Chaparro Cardenas Comitê de Departamento de Física LUIS MIGUEL MENDOZA Diretor Departamento de Física Pagina 1 de 8

2 Control de Cambios Razones del Cambio Cambio a la Revisión # Fecha de emisión 1. FACULTAD O UNIDAD ACADÉMICA: Departamento de Física 2. PROGRAMA: Ingeniería: Multimedia, Civil, Mecatrónica, Industrial y Telecomunicaciones. 3. ASIGNATURA: Laboratorio de Física Mecánica 4. SEMESTRE: Segundo 5. OBJETIVOS: 5.1 OBJETIVO GENERAL Analizar e interpretar mediante análisis dinámico las diferentes opciones de movimiento para un sistema de dos bloques conectados mediante una cuerda ligera, según figura. Pagina 2 de 8

3 5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Hallar el rango de valores de m en términos de M, para las diferentes opciones de movimiento del sistema Interpretar y describir desde el punto de vista físico el movimiento del sistema como modelo idealizado ( no fricción en ninguna parte del sistema) Interpretar y describir desde el punto de vista físico el movimiento del sistema teniendo en cuenta fuerzas de fricción entre el bloque de masa M y la superficie Hallar la máxima fuerza de rozamiento estático e interpretar, porqué la fuerza de fricción estática, se define mediante una desigualdad (f s µ s N) Determinar y verificar que la fuerza de rozamiento cinética es menor que la máxima fuerza de rozamiento estático 6. COMPETENCIAS A DESARROLLAR: Aplicar el conocimiento teórico de la Física en la realización e interpretación de experimentos. Que el estudiante construya y desarrolle argumentos válidos que le permitan identificar y diferenciar las diferentes opciones de movimiento del sistema Construir y desarrollar argumentaciones válidas, identificando hipótesis y conclusiones. Demostrar destrezas experimentales y métodos adecuados de trabajo en el laboratorio. Demostrar hábitos de trabajo en grupo, involucrando el rigor científico, el aprendizaje y la disciplina. Buscar, interpretar y utilizar literatura científica. Comunicar conceptos y resultados científicos en lenguaje oral y escrito. Pagina 3 de 8

4 7. MARCO TEORICO: Conceptos previos. Fuerzas de rozamiento estático y cinético. Coeficiente de rozamiento. Leyes de newton. Diagramas de fuerzas. El sistema consta de dos masas M y m que se conectan por una cuerda ligera, flexible e inextensible que pasa por una polea fija conforme se muestra en la figura. Existe fricción entre M y la superficie (µ s es el coeficiente de rozamiento estático y µ k es el coeficiente de rozamiento cinético). Expresar las repuestas en términos de M, µ k, µ s y g. Gráfica 2 Los estudiantes, previo al desarrollo de la práctica y aplicando leyes de newton y mediante la realización de diagramas de fuerzas deben desarrollar teóricamente las siguientes situaciones según grafica 2: a) Si no existiera fricción en ninguna parte del sistema, cuál sería el mínimo valor de m o los valores de m que permiten que M se deslice sobre la superficie horizontal? b) Considerando solamente fricción entre M y la superficie y mediante análisis de fuerzas muestre que el valor de m para que M no se deslice sobre la superficie horizontal es: m µ s M Con m max. = µ s M (1) c) Considerando solamente fricción entre M y la superficie y mediante análisis de fuerzas muestre que el valor de m, que garantice que el sistema se mueva con rapidez constante es: m = µ k M (2) Pagina 4 de 8

5 d) Considerando solamente fricción entre M y la superficie y mediante análisis de fuerzas muestre que si el sistema tiene aceleración, esta, se puede expresar como: Nota. Se puede mostrar que con la expresión anterior se puede llegar a los resultados de b) y c) y además se puede calcular la aceleración del sistema si no existiera fricción y corroborar la interpretación para m del caso a). (3) 8. MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS, SOFTWARE, HARDWARE O EQUIPOS: Plano inclinado Superficies de diferente material: madera, acrílico, caucho. Dinamómetro Conjunto de pesas Balanza 9. PRECAUCIONES CON LOS MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS UTILIZAR : No existe ninguna precaución en particular para la realización de esta práctica. 10. CAMPO DE APLICACIÓN: En el campo de la ingeniería existen numerosos sistemas de transmisión en el movimiento de sistemas de dos o más cuerpos conectados por cuerdas y sostenidos por poleas. Para lo cual se hace necesario poder analizar y determinar bajo qué condiciones un sistema puede tener una condición específica de movimiento teniendo en cuenta la relación de las masas de los cuerpos, los efectos de fricción entre los diferentes componentes del sistema y el efecto de las cuerdas y poleas como medios de conexión. Pagina 5 de 8

6 11. PROCEDIMIENTO, METODO O ACTIVIDADES: Inicialmente verifique el montaje dado para la práctica: El cuerpo de masa M (carrito de madera) debe estar sobre la superficie horizontal con libertad de moverse a lo largo de esta superficie. El bloque de masa M está conectado al cuerpo de masa m (incluye portapesas), mediante una cuerda ideal que se desliza sobre una polea que esta fija a un soporte, según gráfico. Para un valor de masa M cualesquiera coloque cuidadosamente en el porta pesas que cuelga, valores de masas que garantice que el sistema se mantenga en reposo o que se mueva suavemente con una rapidez baja en una forma no muy brusca. Realice los ensayos necesarios para llevar a la práctica, las situaciones mencionadas en el marco teórico. La superficie sobre la cual va a deslizarse M es de acrílico y la superficie del bloque M es de madera pero se le puede adecuar otra superficie: acrílico, caucho etc. Análisis Cualitativo 1) Superficie de acrílico y madera a) Inicialmente seleccione un valor de M = 500 gramos y conéctelo mediante una cuerda, al cuerpo de masa m que cuelga en el otro extremo de la cuerda (portapesas únicamente). Agregue en forma sucesiva y cuidadosa pesas hasta que el sistema rompa su estado de reposo. Antes de que el sistema llegue a ese límite agregue pesas de valores lo más pequeño posible y anote el valor de m (pesas y porta pesas), cuando M pierda el estado de reposo. Este será el valor de m máximo. Repita este proceso unas tres veces y promedie el valor de m max y exprese su incertidumbre (m= m max ±Δm ) Pagina 6 de 8

7 b) Colocar el sistema nuevamente en la condición inicial. M= 500gramos y el porta pesas suspendido en el extremo de la cuerda. Agregue en forma sucesiva y cuidadosa pesas hasta que el sistema se mueva con rapidez constante. Referenciar este valor de m. Nota. Para lograr este estado el portapesas debe tener una masa m un poco menor que la masa máxima y previo un pequeño golpecito sobre la superficie donde se encuentra M, lograr vencer el estado de reposo de M y que adquiera una rapidez lo más constante posible. Por qué hay que aplicar ese pequeño golpecito sobre la superficie donde se encuentra M? c) Colocar un valor de masa m sobre el portapesas, que permita que el sistema tenga una aceleración. En qué rango de valores debe estar el valor de m? 2) Acondicionar sobre al bloque M una superficie diferente y realizar los mismos procesos a, b y c del caso 1. (Seleccione M = 500 gramos) Análisis Cuantitativo Para que rango de valores de m, el sistema se mantiene en reposo Para qué valor de m o rango de valores de m, el sistema se mueve con rapidez constante Para que rango de valores de m, el sistema tiene una aceleración El rango de valores de m es el mismo para las situaciones 1 y 2? Según los datos experimentales de M y m, calcular el coeficiente de rozamiento estático máximo y el coeficiente cinético Con los datos anteriores halle el valor la fuerza de rozamiento estática máxima y la fuerza de rozamiento cinética entre las superficies en contacto tanto en el proceso 1 como 2. Compare estos resultados. Es lo esperado? 12. RESULTADOS ESPERADOS: Según los resultados Pagina 7 de 8

8 En el experimento, podemos decir que los coeficientes de fricción tienen dependencia con: la relación de masas, el tipo de superficies u otra característica. Explique Porque el valor de la fuerza de ficción estática máxima es mayor que la fuerza de rozamiento cinética Para el valor seleccionado en 1.c y 2.c calcule el valor de la aceleración sin fricción y con fricción entre las superficies. Este sistema podría dar un valor igual o mayor a g? Explique Que conclusión o conclusiones puede deducir con respecto al movimiento del sistema. 13. CRITERO DE EVALUACIÓN A LA PRESENTE PRÁCTICA Cada práctica se evaluará de la siguiente forma: 20% 80% Presentación escrita del marco teórico de la práctica a desarrollar que incluye: portada, objetivos, desarrollo del marco teórico, procedimiento, bibliografía y webgrafía; y/o quiz. Presentación escrita del informe de la práctica totalmente desarrollada, con adecuada ortografía y redacción que incluye: toma de datos, representación gráfica de los datos (tablas, graficas), análisis e interpretación de los datos y conclusiones. Nota: Cada práctica se evaluará en la escala de calificación de cero a cinco y la no asistencia del estudiante a la práctica implicará una nota de cero. La nota del corte del laboratorio corresponde al promedio de las notas de las prácticas que incluye la nota de la evaluación final en cada corte. 14. BIBLIOGRAFIA: Serway, Raymond A., Jewet, John W. Jr., Física para ciencias e ingeniería, 6a. edición. Volumen I. Pagina 8 de 8