CÁLCULO DE LA VELOCIDAD Y ACELERACIÓN DE UN CUERPO RÍGIDO BAJANDO POR UN PLANO INCLINADO

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4]

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICA

Laboratorio de Física II

PRÁCTICA No. 1

TÍTULO:        CÁLCULO DE LA VELOCIDAD Y ACELERACIÓN DE UN CUERPO RÍGIDO BAJANDO POR UN PLANO INCLINADO

FECHA DE REALIZACIÓN:        FECHA DE ENTREGA:

2019-11-06        2019-11-18

1. OBJETIVO:

1. OBJETIVO GENERAL

Calcular de la aceleración y la velocidad final en un plano inclinado.

1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

• Realizar las mediciones de distancias recorridas y tiempos empleados por un objeto al bajar por un plano inclinado.
• Aplicar las leyes de la física que rigen el movimiento en un plano inclinado.
• Constatar la Ley de la Conservación de la Energía Mecánica.
• Comprobar los resultados teóricos con los obtenidos experimentalmente.

1. MARCO TEORICO:

PLANO INCLINADO

El plano inclinado es una máquina simple que consiste en una superficie plana que forma un ángulo agudo con el suelo y se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura. Tiene la ventaja de necesitarse una fuerza menor que la que se emplea si levantamos dicho cuerpo verticalmente, aunque a costa de aumentar la distancia recorrida y vencer la fuerza de rozamiento.

Para esta práctica se desprecia los efectos de la fuerza de rozamiento, además la velocidad inicial se considera igual v0 =0m/s. Los objetos que se deslizan por un plano inclinado descienden bajo la acción de la fuerza gravitatoria. Particularmente, es la componente horizontal de la gravedad, quien provoca en movimiento. La velocidad con que llegue el objeto al final del riel depende de la altura inicial cuando comienza el movimiento. Indirectamente también depende del ángulo y  el desplazamiento, recordemos que:

[pic 5]         (1)

Donde h es la altura desde donde cae el carro, L es la longitud del riel y φ el ángulo. Si tenemos en cuenta que, por dinámica, la aceleración con que desciende el coche se calcula como:

[pic 6]         (2)

Donde g (g=9,78m/s2±0,02m/s2) expresa el valor de la gravedad y φ el ángulo. Teniendo en cuenta 1 y 2, llegamos a la siguiente ecuación de trabajo:[pic 7]

(3)

Asimismo, si escribimos la ecuación de balance energético y, suponiendo que se conserva la energía mecánica, despreciando la fuerza de fricción, se puede llegar a la siguiente ecuación para el cálculo de la velocidad final:[pic 8]

(4)

Finalmente, dividiendo 4 entre 3, comprobamos si el tiempo que medimos coincide con esta relación:[pic 9]

(5)

Para el cálculo de la aceleración empleamos la ecuación 3, mientras que para el cálculo de la velocidad final utilizamos 4. En el cálculo de las incertidumbres empleamos la fórmula de propagación cuadrática de errores.

Aceleración:

[pic 10]

Velocidad

[pic 11]

EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

1. PROCEDIMIENTO Y TABLAS DE DATOS

1. Ubicar el riel en un lugar plano.
2. Dividir el riel en distancias iguales.
3. Colocar el coche sobre el riel.
4. Lanzar el coche en el riel.
5. Medir el tiempo que demora el coche en llegar a cada distancia.
6. Cambiar ángulo y altura que existe entre el riel y la mesa.

1. CÁLCULOS Y TRATAMIENTOS DE DATOS

1. Realizar el DCL del sistema analizado, encontrar las ecuaciones para determinar la aceleración del carretón.
2. Calcular para cada una de las distancias el valor más probable de tiempo (previamente calcular el error más probable).
3. Calcular para cada tramo medido la velocidad y la aceleración.
4. Calcular el error obtenido entre la aceleración teórica y la experimental. Analizar y explicar los motivos de dicho error.
5. Realizar la gráfica de distancia recorrida en función del tiempo y analizar dicha gráfica.
6. Realizar la gráfica de la velocidad en función del tiempo y analizar dicha gráfica.
7. Realizando un análisis de conservación de la energía mecánica, compare la velocidad obtenida al final del recorrido del carro (para cada altura) con los resultados obtenidos experimentalmente y con los resultados de los cálculos del inciso 4. ¿Realmente se conserva la energía mecánica? En caso de existir variaciones en estos resultados, ¿a qué se deben? De ser el caso, indique cuánta energía se pierde en el proceso de desplazamiento del carro y proponga una alternativa para realizar la práctica de laboratorio minimizando los efectos de la posible pérdida energética.

1. PREGUNTAS

1. Dos cuerpos A y B se mueven de acuerdo al siguiente gráfico. Se puede decir que para el tiempo t1:

1. El movimiento es acelerado para A solamente.[pic 12]
2. El movimiento es acelerado para B solamente.
3. El movimiento es acelerado para A y para B.
4. El movimiento no es acelerado ni para A ni para B.

1. ¿Qué diferencia existe entre las gráficas que relacionan la distancia recorrida y el tiempo y la que relaciona la velocidad recorrida en el tiempo?
2. Explique por qué se considera al Movimiento Rectilíneo Uniformemente variado como ideal.
3. Explique si la siguiente afirmación es verdadera o falsa: “Si la gráfica de aceleración vs tiempo para una partícula animada con MRUV cambia de pendiente, entonces la partícula ese instante se desacelera.”
4. Si un automóvil se mueve a 50 km/h y toma una curva manteniendo los 50 km/h,

¿mantiene constante su rapidez o su velocidad? Justifique su respuesta.

1. ¿Puede un cuerpo arrancar desde el reposo e ir cada vez más rápido con una aceleración negativa? Explique.
2. Una partícula que se mueve de acuerdo con los siguientes gráficos tendrá una aceleración:[pic 13]

1. Variable
2. Constante y diferente de cero
3. Igual a cero
4. Ninguna de las anteriores.

1. ¿Cuál de los movimientos representados tiene mayor velocidad?

[pic 14]

1. Empleando el producto escalar, ¿es lo mismo expresar la aceleración de un cuerpo que se desplaza por un plano inclinado como la proyección del vector de aceleración de la gravedad sobre la línea de la trayectoria de dicho cuerpo? Explique.
2.         En la Central hidroeléctrica Coca Codo Sinclair el agua que baja desde el punto de almacenamiento hasta el cuarto de máquinas pasa por una tubería inclinada. Con las conclusiones obtenidas sobre el movimiento en un plano inclinado desarrollado en esta práctica, ¿podría usted decir que el cien por ciento de la energía potencial del agua se transforma en energía eléctrica (no tome en cuenta la eficiencia de las turbinas, ni de generadores, ni las pérdidas en todos los elementos mecánicos)?

1. CONCLUSIONES (mínimo 5)

1. RECOMENDACIONES (mínimo 5)

1. BIBLIOGRAFÍA

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