Técnica de Medición de variables Físicas Guía de laboratorio

Transcripción

1 Técnica de Medición de variables Físicas Guía de laboratorio

2 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 2 Relaciones funcionales Uso de simuladores disponibles en la web GUÍA DE LABORATORIO # 1 TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES EXCEL - USO DE SIMULADORES Contenido Introducción... 3 Marco Teórico... 3 Materiales... 5 Procedimiento... 9 Análisis de los Resultados Aplicaciones...14 Enlaces de Apoyo Bibliografía Webgrafía... 17

3 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 3 Introducción "Un simulador es quizá la aplicación que más aprovecha las especificaciones de la computadora como recurso de aprendizaje y que cada día se extiende más en áreas de la educación" El simulador permite al estudiante aprender de manera práctica, a través del descubrimiento y la construcción de situaciones hipotéticas. Un simulador tiene la ventaja de permitirle al estudiante desarrollar la destreza mental o física a través de su uso y ponerlo en contacto con situaciones que pueden ser utilizadas de manera práctica. Si son usados en trabajo colaborativo, estimulan el trabajo en equipo al estimular la discusión del tema. Excel es un software, o lo que es lo mismo un programa informático, que sirve para realizar cálculos numéricos o matemáticos. Es una hoja de cálculo para el registro de números, datos y texto. Si bien sus utilidades y funciones son muy amplias, ya que con Excel puedes realizar desde una simple suma, hasta resolver integrales, pasando por crear gráficos, ordenar y agregar información no numérica, resolver programas matemáticos y un largo etcétera. En esta guía de laboratorio se utilizara Excel para realizar el tratamiento de datos experimentales obtenidos a partir del uso de un simulador: registrar datos experimentales en tablas, a partir de ellos construir la gráfica y encontrar la ecuación que rige el fenómeno en estudio, se estudiara el tipo de relación existente entre dos variables físicas involucradas en un experimento, lineal, cuadrática e inversa. 3

4 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 4 Marco Teórico Consulte los temas dados a continuación para la buena realización de la práctica de laboratorio: Qué es Excel? Dibuje la ventana de Excel, en ella identifique sus principales partes, menús y explique para que sirven. Para qué sirve Excel? Qué es un simulador y cuáles son sus ventajas y desventajas en educación? 4

5 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 5 Actividad Motivadora Explore los siguientes portales web iones.html masa_resorte.html Después de explorar los portales web, escriba aquí su comentario acerca de la importancia del uso de simuladores para el estudio de fenómenos reales a través de simulaciones. 5

6 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 6 Materiales Para desarrollar este laboratorio solamente necesitas una computadora que tenga instalado Excel y con acceso a internet. Para la toma de datos experimentales se va a hacer uso de tres simuladores disponibles en la web a saber Explórelos para poder tomar datos más adelante. Para el estudio de la relación lineal se usará el simulador de circuito de corriente electrica desarrollado por la universidad de colorados estados unidos en el proyecto Phet, en el cual podrás observar de manera didáctica e interactiva el comportamiento del voltaje, la intensidad de corriente y la resistencia electrica. Figura 1 Simulador Ley de OHM Derechos de Autor: Proyecto: Phet Universidad de Colorado Haz clic sobre la palabra simulador para acceder a él. SIMULADOR CIRCUITO DE CORRIENTE SENCILLO 6

7 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 7 Para el estudio de la relación cuadrática se usará el simulador Ovas de un péndulo simple ley longitud y periodo desarrollado por la universidad cooperativa de Colombia en el proyecto OVAs, en el cual podrás observar como varia el periodo de oscilación de un péndulo a medida que cambia su longitud. Figura 2 Simulador Péndulo Simple Derechos de Autor: Proyecto: Ovas Universidad Cooperativa de Colombia Haz clic sobre la palabra simulador para acceder a él. SIMULADOR PENDULO SIMPLE OVAS Para el estudio de la relación inversa se usará el simulador Ovas de un oscilador armónico simple ley periodo y constante elástica de un resorte, desarrollado por la universidad cooperativa de Colombia en el proyecto OVAs, en el cual podrás observar como varia el periodo de oscilación de un oscilador armónico simple a medida que cambia la constante elástica del resorte. 7

8 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 8 Figura 2 Simulador Oscilador Armónico Simple Derechos de Autor: Proyecto: Ovas Universidad Cooperativa de Colombia Haz clic sobre la palabra simulador para acceder a él. SIMULADOR OSCILADOR ARMONICO SIMPLE OVAS 8

9 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 9 Procedimiento Relación lineal: 1. Entre al simulador por medio del link otorgado anteriormente. 2. Relaciónese con los controles para variar voltaje y resistencia, así como de los botones para reiniciar y sonido. 3. Fije el valor de una resistencia de trabajo con la ayuda de la barra de desplazamiento. 4. Una vez fija la resistencia comience a variar los voltajes suministrados al circuito, observe como cambia la corriente electrica. 5. Registre los datos obtenidos en la simulación en la Tabla 1. Tabla 1. Voltaje e intensidad de corriente R = Voltaje v (v) Intensidad de corriente electrica I (ma) Relación cuadrática: 1. Entre al simulador por medio del link otorgado anteriormente. Haz clic en la ley Periodo y Longitud. 2. Relaciónese con los controles para variar longitud, masa, gravedad, ángulo, inicio, pausa, reinicio, así como con los controles para cambiar número de oscilaciones, planeta, y masa de oscilación. 3. Fije los valores de masa, oscilación, ángulo, elija un planeta donde realizar el experimento. 9

10 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS Una vez fija las variables indicadas en el paso anterior, comience a variar la longitud del péndulo, observe como cambia el periodo de oscilación. Registre los datos obtenidos en la simulación en la Tabla 2. Tabla 2. Longitud y periodo de un péndulo simple Masa m = N0. Oscilación n = Angulo θ = Longitud L (cm) Periodo T (s) Periodo al cuadrado T 2 (s 2 ) Relación inversa: 1. Entre al simulador por medio del link otorgado anteriormente. Haz clic en la ley Periodo y constante elástica. 2. Relaciónese con los controles para variar resorte, masa, amplitud, así como con los controles para cambiar número de oscilaciones, resortes, y masa de oscilación. 3. Fije los valores de masa de oscilación, amplitud del movimiento elija un sistema masa - resorte con el cual realizar el experimento. Realice el proceso anterior variando el resorte. 4. Una vez fija las variables indicadas en el paso anterior, comience a variar los resortes, observe como cambia el periodo de oscilación. Registre los datos obtenidos en la simulación en la Tabla 3. 10

11 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 11 Tabla 3. Periodo y constante elástica de un resorte Masa m = Amplitud A = Constante elástica K (N/m) Periodo T (s) Inverso de 1/ K ( m/n/) 11

12 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 12 Análisis de los Resultados Relación lineal 1. Realice en Excel la gráfica de Voltaje contra intensidad de corriente. 2. Observe la gráfica, que curva obtuvo? Qué tipo de relación existe entre las variables graficadas y por qué? Qué tipo de proporcionalidad existe entre las variables graficadas y por qué? 3. Halle la ecuación que relaciona a las variables (uso de Excel). 4. Escriba la ecuación que relaciona al voltaje con la corriente eléctrica, tenga en cuenta unidades. 5. De acuerdo a las unidades las constantes que aparecen en la ecuación que nombre reciben, escríbalos. 6. Utilice la ecuación hallada y determine: El voltaje que hay que suministrarle a una resistencia R = 20 Ω para que circulen sobre ella 4,2 ma La corriente que circula por una resistencia 120 KΩ cuando se le suministran 20 voltios. Relación cuadrática. 1. Realice en Excel las gráficas de Longitud contra periodo y la gráfica de longitud contra periodo al cuadrado. Compárelas, que concluye? 2. Observe la gráfica de longitud contra periodo, que curva obtuvo? Qué tipo de relación existe entre las variables graficadas y por qué? Qué tipo de proporcionalidad existe entre las variables graficadas y por qué? 3. Halle la ecuación que relaciona a las variables longitud y periodo (uso de Excel). 12

13 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS Escriba la ecuación que relaciona a longitud con el periodo de oscilación, tenga en cuenta unidades. 5. De acuerdo a las unidades las constantes que aparecen en la ecuación que nombre reciben, escríbalos. 6. Utilice la ecuación hallada y determine: El periodo de oscilación para una longitud de 120 cm. La longitud que debería tener un cuerpo para que el periodo de un péndulo de lenteja sea de 1,2 min. Relación Inversa 1. Realice en Excel la gráfica de periodo contra constante elástica y el grafico de periodo contra el inversa raíz cuadrada de la constante del resorte Compárelas, que concluye? 2. Observe la gráfica, que curva obtuvo? Qué tipo de relación existe entre las variables graficadas y por qué? Qué tipo de proporcionalidad existe entre las variables graficadas y por qué? 3. Halle la ecuación que relaciona a las variables periodo de oscilación y constante elástica del resorte (uso de Excel). 4. Escriba la ecuación que relaciona periodo de oscilación y constante elástica del resorte, tenga en cuenta unidades. 5. De acuerdo a las unidades las constantes que aparecen en la ecuación que nombre reciben, escríbalos. 6. Utilice la ecuación hallada y determine: El periodo de oscilación de un oscilador armónico cuya constante elástica es de 350 N/m. La constante elástica de un resorte que emplea 25 s en completar 10 oscilaciones. 13

14 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 14 Aplicaciones Utilice Excel y resuelva: 14

15 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 15 Enlaces de Apoyo 15

16 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 16 Bibliografía Bauer, W., & Westfall, G. (2014). Física para Ingeniería y Ciencias con Física Moderna (Segunda ed., Vol. 1). México D.F.: McGraw Hill Education. M., A., & Finn, E. J. (1995). Física. México D.F.: Addison-Wesley Iberoamericana. Resnick, R., Halliday, D., & Krane, K. S. (2001). Física (Cuarta ed., Vol. 1). México D.F.: Grupo Patria Cultural. Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2014). FÍSICA para ciencias e ingeniería (Novena ed., Vol. 1). México D.F.: Cengage Learning Editores. Tipler, P. A., & Mosca, G. (2006). Física para la ciencia y la tecnología (Quinta ed., Vol. 1). Barcelona: Reverté. Toledo López, P. H. (2010). Experimentos Virtuales de Física. Bogotá: Ediciones Fundación Universidad Central. Young, H. D., & Freedman, R. A. (2013). Física Universitaria (Décimo Tercera ed., Vol. 1). México D.F.: Pearson Educación de México. 16

17 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 17 Webgrafía

18 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 18 Para Reflexionar la belleza intelectual se basta a sí misma y es por ella, más quizás que por el bien futuro de la humanidad, que el científico consagra su vida a un trabajo largo y difícil Henri Poincaré ( ) Jules Henri Poincaré, generalmente conocido como Henri Poincaré, fue un prestigioso polímata: matemático, físico, científico teórico y filósofo de la ciencia, primo del presidente de Francia Raymond Poincaré. 18

19 TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS 19 19