UNIVERSIDAD LIBRE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS LABORATORIO N 1

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1 UNIVERSIDAD LIBRE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS LABORATORIO N 1 TEMAS: Movimiento periódico OBJETIVOS Comprobar el cumplimiento de las características de un movimiento periódico. Calcular experimentalmente el período de un péndulo simple. Calcular el período de un sistema masa-resorte. MATERIALES Soporte universal. Hilo, resorte. Masas de diferentes valores. Escuadras, regla, papel milimetrado, Cronómetro Balanza. FUNDAMENTO TEORICO Un cuerpo que tiene un movimiento periódico, se caracteriza por una posición de equilibrio estable; cuando se le aleja de esa posición y se suelta, entra en acción una fuerza o un momento de torsión para luego llevarlo al equilibrio; al llegar ahí, ha adquirido una energía cinética que la va transformando hasta que de forma repetitiva alterna el movimiento y las respectivas energías. En este movimiento, es necesario, analizar, la elongación, amplitud, frecuencia y período. Estos datos le van a permitir calcular energías para concluir con la ecuación de conservación de la energía en éste movimiento armónico simple.,

2 PROCEDIMIENTO 1. En necesario calcular la constante de elasticidad del resorte, utilizando un método mecánico: coloque diferentes masas y mida para cada una de ellas, la elongación del resorte. Aplicando la ley de Hooke, calcule la constante de elasticidad. Tenga presente qué unidades está trabajando. 2. Suspenda del resorte una masa, tal que, permita la oscilación del resorte. Es necesario realizar varias pruebas para ver si cumple con un movimiento periódico. 3. Realizar la medición de la amplitud, el número de oscilaciones, el tiempo empleado en las oscilaciones para determinar experimentalmente el período de oscilación de la relación masa resorte. 4. Confrontar estos resultados con un cálculo teórico y hacer los cálculos de error necesarios. 5. Organizar los datos en una tabla similar a la siguiente: N M (gr) n t T(p) T(t) ER 6. Para realizar la segunda parte de la práctica, utilice el soporte universal para empezar el movimiento periódico. 7. Con el péndulo simple construido, realice diferente mediciones de: número oscilaciones, tiempo empleado en ellas, diferentes longitudes para calcular de manera experimental el período de oscilación del péndulo

3 8. Estos datos los puede ordenar en una tabla similar a la siguiente: N L(m) n t(s) Tp(s) TT(s) ER 9. Realice una gráfica en papel milimetrado de la relación entre el Período (s) con respecto a la Longitud (m). Lea los resultados obtenidos. Lea en esa gráfica dos datos de interpolación y dos de extrapolación, y confronte sus respuestas con la teoría. En esta gráfica debe quedar la curva correspondiente a la parte experimental y teórica. 10. Utilizando una hoja de papel logarítmico, realice la gráfica de Período en la longitud. Observe el comportamiento de sus puntos. Haga el cálculo de la pendiente, interprete este resultado. Lea el punto de corte. 11. Con todo lo anterior obtenga la ecuación del movimiento pendular realizado y compárelo con el experimental. CONCLUSIONES. De todo el trabajo realizado, analice las conclusiones físicas de esta práctica. PF. M. Herrera. Docente Física

4 UNIVERSIDAD LIBRE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS GUIAS DE LABORATORIO FISICA N 2 TEMAS: Análisis de Ondas Estacionarias. OBJETIVOS. 1. Producir ondas estacionarias en una cuerda para su análisis. 2. Calcular la velocidad de propagación de las ondas en una cuerda. 3. Observar el fenómeno de resonancia. FUNDAMENTACIÓN TEORICA. La velocidad de las ondas mecánicas depende de las propiedades del medio por el que se propaga el pulso. Al estar estirada la cuerda, llamando a F la tensión de la cuerda y a µ la masa por unidad de longitud, se ha demostrado teóricamente que la rapidez de éstas ondas está dada por la expresión. v = (F/ µ) ½ Es necesario considerar que la velocidad de propagación de cualquier onda se expresa en función de la longitud de la onda como, v= f λ Siendo f la frecuencia de la onda en Hz y λ la longitud de la onda expresada en m ó en cm. Cuando se producen ondas de igual amplitud, longitud de onda y frecuencia viajando en la dirección horizontal ( eje x), la ecuación de la onda se expresa como y1= A0 sen ( kx - ωt ) y y2 = A0 sen ( kx + ωt ) Porque si la cuerda se sujeta por los extremos la onda que viaja por ella se refleja creando ondas que viajan en ambas direcciones; la onda incidente y reflejada se suman según el principio de superposición. La ecuación de la onda resultante es: y= y1 + y2

5 Utilizando la identidad trigonométrica sen (a+b) = sena cosb + cosa senb La ecuación se simplifica como y= ( 2 A0 sen kx) cos ωt A partir de éste resultado la amplitud de la onda está dada por 2 A0 senkx; la amplitud máxima es 2A0, y ocurre cuando senkx = 1, Es decir que kx = π/2, 3 π/2, 5 π/2,... Como k = 2 π/ λ se pueden obtener las posiciones de la amplitud máxima, llamadas antinodos con Donde n = 1, 3, 5,... X = λ/4, 3 λ/4,... = n λ /4 Aquí se observa que los antinodos distancia de λ /2 adyacentes están separados por una De manera similar la amplitud es mínima cuando sen kx =0 en esto se tiene que kx = π, 2 π, 3 π Donde x = λ /2, λ, 3 λ/2... = n λ/2 con n = 1,2,3,... Estos puntos de amplitud son llamados nodos que también están separados λ/2. La distancia entre un nodo y un antinodo adyacente es λ/4. La gráfica, al finalizar la guía, ilustra las ondas estacionarias en una cuerda de longitud L formando series armónicas. PROCEDIMIENTO. Para este laboratorio, se dispone de un montaje eléctrico que produce vibración en la cuerda; utilizando un extremo de la cuerda para soportar pesas que permiten calcular la tensión de ésta. Es necesario tener presente varios pasos a utilizar en el momento de la medición y los cálculos respectivos:

6 1. Mida la masa de la cuerda, con la mejor precisión; después de colocarla en el montaje, mida la longitud de la misma desde el amarre del motor hasta el punto de contacto con la polea. 2. Tenga medidas de las pesas y el portapesas para utilizarlas al tensionar la cuerda. La tensión debe ser ajustada de manera especial al visualizar los nodos y antinodos. 3. Varíe la tensión de la cuerda para lograr el número diferente de nodos y antinodos. 4. En cada uno de los casos anteriores, mida la longitud de los nodos que le permitirá calcular la longitud de onda. 5. Para hacer un trabajo comparativo, calcule la velocidad de la onda en términos de la longitud de la onda. 6. Ahora calcule la velocidad de la onda en términos de la tensión y de la densidad lineal. 7. Realice los cálculos de error para estos dos resultados. Analice el procedimiento, compare con la fundamentación teórica; discuta sus resultados para obtener conclusiones.

7 UNIVERSIDAD LIBRE FACULTAD DE INGENIERIIA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS GUIAS DE LABORATORIO FISICA N 3 TEMAS: Reflexión de la luz OBJETIVO Interpretar el fenómeno de la reflexión a partir de la propagación rectilínea de la luz. Comprobar las leyes de la reflexión utilizando espejos. Calcular experimentalmente el radio de curvatura de un espejo esférico. MATERIAL Espejos planos. Espejos esféricos. 1/8 de lámina delgada de icopor Papel blanco y papel milimetrado Regla, transportador Alfileres FUNDAMENTO TEORICO Para hablar de imágenes es necesario definir el término objeto; en óptica se entiende objeto cualquier cosa desde donde se irradian rayos de luz; estos pueden ser luminoso, iluminados. Consulte cómo se puede diferenciar. La luz que incide a los objetos, iluminados; este puede ser puntual, es decir, carente de extensión física. Aquellos cuyo ancho, alto y longitud en grande se consideran objetos extensos. Para mejor lectura de la información vamos a considerar los objetos puntuales. Para superficies lisas, como los espejos se facilitan visualizar imágenes; pero si la superficie es áspera.

8 La reflexión obtenida sería difusa. No sería visible nuestro reflejo sobre una superficie metálica empañada para las superficies lisas el ángulo del rayo incidente es igual al reflejado. Se produce imágenes reales en le campo del espejo e imágenes virtuales localizada en la interacción de la prolongación de los rayos reflejados. El punto P es el punto de localización de una imagen virtual. Amplie su consulta sobre la reflexión de la luz y sus aplicaciones. PROCEDIMIENTO 1. Utilizando un espejo plano colocado en forma vertical ubique el objeto (alfiler) frente a él; mida el objeto de imagen que observa, las distancias del objeto y de la imagen al espejo. Realice el esquema de este montaje, obtenga sus conclusiones. 2. Coloque dos espejos planos paralelos entre sí con un objeto entre ellos. Describa lo observado en cada espejo. 3. Localice dos espejos planos formado ángulos de 90. En el campo de los espejos coloque un objeto. Localice las imágenes obtenidas, y realice la gráfica correspondiente obtenga su conclusión. 4. El anterior caso repítalo para 120 y 72, realizando las gráficas correspondiente y aplicando las leyes de la reflexión 5. En el campo de un espejo esférico cóncavo ubique un objeto, localice la imagen; mida el tamaño del objeto, de la imagen, la distancia objeto y la distancia imagen; aplique la fórmula de Descartes para obtener la distancia focal; repitiendo para diferentes casos. Calcule el radio de la curvatura de ese espejo. 6. Repita el anterior paso para un espejo convexo. 7. De todo lo observado y medido obtenga las conclusiones.

9 UNIVERSIDAD LIBRE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS GUIAS DE LABORATORIO FISICA N 4 TEMAS: Refracción de la luz OBJETIVOS Comprobar el cumplimiento de las leyes de Snell. Calcular experimentalmente el índice de refracción de la luz en diferentes medios. Calcular experimentalmente la distancia focal de lentes convergentes y divergentes. MATERIALES Lentes convergentes y divergentes Pointer laser Cubetas Escuadras, regla, papel milimetrado, Varilla delgada Sal y alcohol FUNDAMENTO TEORICO Las lentes son instrumentos ópticos que han contribuido a la investigación científica, pues permiten construir aparatos que faciliten la lectura de imágenes e información que el ojo humano normal por su condición física y fisiológica no lo logra. Para la realización de este laboratorio es necesario consultar y tener muy claro la teoría sobre las lentes, instrumentos ópticos; cálculo de distancias focales de las lentes, lo mismo que el tipo de lente.

10 PROCEDIMIENTO Para calcular el índice de refracción de la luz es diferentes materiales se va a utilizar una cubeta llenando de con agua hasta una determinada altura. 1. Colocar dentro una varilla delgada e inclinada, observar y deducir el fenómeno. 2. Direccionar el pointer laser formando un determinado ángulo con la vertical, medir el ángulo, el punto de llegada del haz; determinar matemáticamente cuando se desvía este haz. 3. Calcular tanto el ángulo de refracción, el índice de refracción de la luz de laser de longitud de onda conocida y la longitud de onda que pasa al agua. 4. Repetir lo anterior utilizando otro líquido, por ejemplo agua +sal o alcohol, obtenga los datos. 5. Construya una tabla con la información obtenida que le permita visualizar y comparar con datos teóricos para obtener sus conclusiones. 6. Con una lente convergente y utilizando el procedimiento del anterior laboratorio de espejos, colocar un objeto en el campo de la lente, medir las distancias y tamaños de objeto e imagen para realizar el cálculo de la distancia focal y el poder convergente de la lente. 7. Repetir el anterior procedimiento para diferentes lentes, elaborando las gráficas escala 1 1, construyendo la imagen y comparando con los resultados obtenidos teóricamente. 8. Con los anteriores resultados obtenga las conclusiones pertinentes.

11 UNIVERSIDAD LIBRE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS LABORATORIO N 5 TEMAS: Análisis Espectral de los Gases : Ne, H, He. Hg OBJETIVOS Analizar y comparar el espectro emitido por los diferentes gases Calcular experimentalmente la longitud de onda de las ondas emitidas por cada uno de estos espectros. Realizar cálculos teóricos de las longitudes de onda y compararlos con los obtenidos experimentalmente. MATERIALES Equipo de espectroscopía. Regla, papel milimetrado. Rejillas de difracción. Tubos de He, H, Ne, Hg FUNDAMENTO TEORICO Al calcular la longitud de onda de la luz emitida por los diferentes gases, se observa que este espectro es de líneas, tal que permite aplicar lo demostrado por Thomas Young en 1 801, afirmando que cuando la luz incide sobre dos aberturas muy cercanas, pasa a través de ellas y se difracta. La luz dispersada por las dos aberturas se superpone y produce un patrón de interferencia, una secuencia arternada de líneas sobre una pantalla. Aparece una franja brillante central, ahí ocurre una interferencia constructiva. La línea brillante más cercana a la central, se denomina línea de primer orden, la siguiente que surge es la de segundo orden y así sucesivamente. La ecuación que relaciona la longitud de onda de la luz, la separación de las aberturas, la distancia de la franja central a la de primer orden y la distancia a la pantalla es: Λ = x d / L PF. M. Herrera. Docente Física

12 PROCEDIMIENTO 1. Para la realización de éste laboratorio es estrictamente necesario tener conocimiento del funcionamiento de una rejilla de difracción, cómo se calcula la distancia d en las rejillas, diferenciar cuando se produce un espectro de líneas y cuando uno de bandas. 2. Después de realizar el montaje del equipo observe con atención las instrucciones para el mejor uso de éste. 3. La primera parte será analizar cualitativamente los diferentes espectros emitidos para sacar conclusiones sobre las leyes de la espectroscopia. 4. La segunda parte consiste en calcular la longitud de onda de cada una de las líneas emitidas por cada gas. Para estos cálculos haga uso de las ecuaciones que permiten la aplicación de la difracción de la luz en sus máximos. 5. Realice una comparación con los cálculos teóricos de las longitudes de onda y los leídos en las tablas de datos.

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