Guías de Prácticas de Laboratorio

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1 Guías de Prácticas de Laboratorio Laboratorio de Número de Páginas: 7 Codificación: LAF-G-407 Fecha Emisión: 30/11/07 Revisión No.: 0 FÍSICA OSCILACIONES Y ONDAS Titulo de la Práctica de Laboratorio: GUÍA No. 3 Elaborado por: Revisado por: Aprobado por: SANDRA MAGALY MEDINA ARAÚJO JAIRO BAUTISTA MESA Comitê de Departamento Pagina 1 de 7

2 Control de Cambios Razones del Cambio Cambio a la Revisión # Fecha de emisión Guía de práctica de laboratorio 0 30/11/17 inicial Pagina 2 de 7

3 1. FACULTAD O UNIDAD ACADÉMICA: Facultad de Ciencias Básicas y Aplicadas. Departamento de Física 2. PROGRAMA: TEC: Tecnología en Electrónica y Comunicaciones 3. ASIGNATURA: Laboratorio de Física Oscilaciones y Ondas 4. SEMESTRE: Segundo 5. OBJETIVOS: Visualizar el movimiento de rodadura como la combinación de los movimientos de traslación y de rotación Reconocer la influencia de la geometría de los cuerpos en su velocidad de rotación y traslación. Verificar las predicciones de la dinámica unidimensional de un cuerpo rígido rodando sin resbalar. 6. COMPETENCIAS A DESARROLLAR: Describir el comportamiento físico de un objeto a partir de su observación directa y plantear el modelo aproximado que lo explique. Aplicar los conocimientos adquiridos para desarrollar las ecuaciones que describan el comportamiento físico de los cuerpos. 7. MARCO TEORICO: Movimiento de rodadura de un cuerpo rígido Cuando el movimiento de rotación de un cuerpo rígido se efectúa alrededor de un eje móvil puede representarse como una combinación de movimiento traslacional del centro de masa y rotación alrededor de un eje que pasa por el centro de masa. El análisis del movimiento se realiza a partir de consideraciones de energía. La energía cinética del cuerpo es la suma de una parte asociada al movimiento del centro de masa y una parte asociada a la rotación alrededor de un eje que pasa por el centro de masa. Un caso importante de este tipo de movimiento es el de un cuerpo que rueda sin deslizarse. Se restringirá la descripción del movimiento a un cuerpo rígido Pagina 3 de 7

4 homogéneo con un alto grado de simetría, como un cilindro, una esfera o un aro, y en primera instancia, rodando en un plano. Supongamos una rueda rodando con una trayectoria recta, como se muestra en la figura: Figura tomada de Física Sears Zemansky Young. Vol 1. Pág Si se observa el movimiento en un sistema de referencia inercial, en la cual la superficie sobre la que el cuerpo rueda se encuentra en reposo, el punto de contacto entre la rueda y la superficie debe estar instantáneamente en reposo para que no resbale la rueda. La velocidad del punto de contacto relativa al centro de masa debe tener la misma magnitud, pero dirección contraria a la velocidad del centro de masa, ahora como y de acuerdo con lo anterior: Condición para rodar sin resbalar. Ec.1 Se puede pensar que, en un instante dado, la rueda gira alrededor de un eje de rotación instantáneo que pasa por el punto de contacto con el suelo y que es paralelo al eje que pasa por el centro de masa. Estos dos ejes con velocidades angulares idénticas; si se analiza así el movimiento de la rueda de la figura, su energía cinética es: Donde I 1 es el momento de inercia con respecto a un eje que pasa por el punto 1. De acuerdo con el teorema de ejes paralelos visto anteriormente: I 1 = I C.M + MR 2 Entonces: Pagina 4 de 7

5 = +, luego: Ec.2 Ahora podemos usar métodos de energía para analizar el movimiento de un cuerpo rígido que parte del reposo y rueda sin resbalas a lo largo de un plano inclinado. Hay que tener presente que el movimiento de rodadura sólo es posible si existe una fuerza de fricción entre el objeto y el plano inclinado para producir un torque neto sobre el objeto alrededor de su centro de masa. Usando el hecho que = Rω para el movimiento de rodadura pura, se puede expresar la ecuación de conservación de la energía como: M Luego: cuando el objeto llega a la base del plano, el campo gravitacional ha hecho un trabajo sobre él igual a Mgh, donde h es la altura del plano inclinado, entonces la energía cinética es igual a la energía potencial: de donde e puede obtener la expresión para la velocidad del centro de masa: para cualquier objeto Ec. 3 Pagina 5 de 7

6 8. MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS, SOFTWARE, HARDWARE O EQUIPOS: Plano inclinado, Aros, cilindros, esferas, Cronómetro, Regla 9. PRECAUCIONES CON LOS MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS UTILIZAR : Usar correctamente los materiales e instrumentos de medida 10. PROCEDIMIENTO, METODO O ACTIVIDADES. Carrera de objetos Arme un plano inclinado con los soportes y la tabla de 1 m dada para la práctica. Coloque los diferentes objetos (Esfera, cilindro, aro) y póngalos a rodar a lo largo del plano. Si desea use su celular para hacer un video, cuál llega primero? Mida el tiempo de llegada de cada objeto individualmente con el cronómetro o utilice el tracker para medir el tiempo. está esto de acuerdo con la observación anterior? Ponga a rodar dos esferas de diferente diámetro. el tiempo de llegada depende del tamaño? Determinación de la aceleración del centro de masa Mida unas tres veces el tiempo de llegada de la esfera que se suelta del reposo en la parte superior del plano y rueda sin deslizarse. Utilice la ecuación de movimiento del MUA para determinar la aceleración del objeto Compare con el resultado obtenido a partir de la dinámica para la aceleración del centro de masa. 11.CAMPO DE APLICACIÓN: El movimiento de rodadura sin deslizamiento tiene aplicaciones en todos los campos de la tecnología y de la ingeniería, particularmente en procesos de transporte y circulación que utilizan sistemas rodantes como ruedas, balineras,etc. Pagina 6 de 7

7 12.RESULTADOS ESPERADOS: Comente el resultado de las carreras y explíquelos en términos físicos. Realice las medidas y cálculos correspondientes y consigne sus resultados en una tabla. Realice diagrama de cuerpo libre para determinar las fuerzas que actúan sobre la esfera Escribas las ecuaciones correspondientes para fuerzas y torques con el fin de encontrar la aceleración del centro de masa y la fuerza de fricción Determine los factores que pueden introducir incertidumbres en el experimento. Evalúe las posibles desviaciones con respecto al análisis teórico y comente cómo puede minimizarlas 13.CRITERO DE EVALUACIÓN A LA PRESENTE PRÁCTICA Informe escrito y sustentación del informe. Preinforme 30% Informe 70% 14.WEBGRAFÍA, BIBLIOGRAFIA: laplace.us.es/wiki/index.php/deslizamiento_y_rodadura_de_un_disco Sears Zemansky Young Freedman. Física Universitaria. Vol I. México 2012 Pagina 7 de 7