Informe De Fisica I

Lat. Am. J. Phys. Educ. Vol. 4, Suppl. 1, Nov. 2010 840 http://www.lajpe.org

Construcción de un prototipo para experimentos

de mecánica

Carlos Andrés Collazos Morales1,2

1Laboratorio de Física, Universidad Manuela Beltrán,

Avenida Circunvalar No. 60-00, Bogotá D. C., Colombia.

2Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada del Instituto

Politécnico Nacional, Av. Legaria 694, Col. Irrigación, C. P. 11500, México D. F.

E-mail: cacollazos@gmail.com

(Recibido el 16 de Diciembre de 2009; aceptado el 24 de Abril de 2010)

Resumen

La medición del tiempo y el espacio recorrido por un móvil permiten desde el ámbito de la cinemática determinar magnitudes como el desplazamiento, velocidad y aceleración; estas magnitudes tienen directa relación con la dinámica y el teorema de conservación de energía. Este artículo presenta un sistema mecánico que consta de una base y un eje vertical que sostiene un riel. En los extremos del riel se han acondicionado dos fotocompuertas para medición de intervalos de tiempo. Las fotocompuertas han sido diseñadas y construidas a nivel electrónico. El prototipo es de bajo costo y es utilizado para mediciones o a nivel de cinemática y dinámica de traslación, teorema de conservación de energía y dinámica de rotación en laboratorios de mecánica y proyectos de mecánica. El propósito de este trabajo es dar a conocer el prototipo e indicar los diferentes ámbitos a nivel laboratorio y proyectos donde puede ser utilizado.

Palabras clave: fotocompuertas de bajo costo, experimentos de mecánica.

Abstract The measurement of the time and the space crossed by a moving body allow from the scope of the kinematics to determine magnitudes like the displacement, speed and acceleration; these magnitudes have direct relation with dynamics and theorem of energy conservation. This article shows a mechanical system that consists of a base and a vertical axis that a rail maintains. In the ends of the rail have been prepared two Photogates for measurement of time intervals. The Photogates have been designed and constructed electronically. The prototype is of low cost and is used for measurements in kinematics and dynamics of translation , theorem of energy conservation and rotation dynamics in laboratories and projects of mechanics. The intention of this work is to give to know the prototype and to indicate the different scopes from level laboratory and projects where it can be used.

Keywords: Photogates of low cost, mechanics experiments

PACS: 01.40.Fk, 01.40.gb, 01.50.My, 01.50.Pa ISSN 1870-9095

I. INTRODUCCIÓN

Dentro de los laboratorios y proyectos que desarrollan los estudiantes a nivel Mecánica, la medida de intervalos de tiempo del orden de centésimas de segundo es prioritaria para obtener registros aceptables en cinemática y dinámica de traslación. Los cronómetros y sistema de adquisición de datos comerciales son costosos como en [1] y no están alcance de muchas instituciones universitarias. En [2, 3, 4] se presentan temporizadores de bajo costo con diversos enfoques a nivel de mecánica. Este trabajo presenta un prototipo de bajo costo que consiste de un sistema mecánico con base y un eje vertical que sostiene un riel al cual se le puede variar el ángulo de inclinación respecto a la vertical. En los extremos de riel se han acondicionado dos compuertas que permiten medir intervalos de tiempo de sólidos rígidos que se desplazan entre las compuertas. Las compuertas son dos circuitos eléctricos idénticos que permiten medir tiempo. Las compuertas se conforman por un sensor infrarrojo de proximidad que recibe un haz proyectado por un diodo infrarrojo. Cuando el haz es interrumpido por el paso de un sólido rígido (esfera, cilindro, aro) que se traslada sobre el riel, se activa un cronómetro el cual mide el tiempo que el sólido emplea en recorrer la distancia entre las compuertas. Las compuertas se pueden movilizar sobre el riel y permite variar la distancia entre ellas. A nivel electrónico las compuertas consisten en dos circuitos idénticos ubicados en cada uno de los extremos del riel. Cada circuito va conectado a una batería (caja de pilas) y al cronómetro.

Carlos Andrés Collazos Morales

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El artículo se ha estructurado de la siguiente manera. En

la sección II se indica cada una de las partes que conforman

el prototipo. En la sección III se presenta el procedimiento

realizado para construir la parte eléctrica del prototipo.

En la sección IV se hace referencia a las prácticas de

laboratorio y proyectos donde se puede usar el prototipo.

Además se incluye los resultados experimentales obtenidos

en una práctica de laboratorio a nivel de caída libre. En la

sección V se indican las conclusiones de este trabajo.

II. ELEMENTOS, USO Y COSTO DEL

PROTOTIPO

La Tabla I presenta los elementos empleados, su uso y el

costo respectivo en dólares americanos, el cual puede variar

dependiendo del país y proveedor.

TABLA I. Elementos, uso y costo.

El prototipo armado es indicado en la Figura 1. En el

prototipo se distingue la base, el cronómetro, batería (caja

de pilas) y el eje vertical inclinable donde se ubican las

compuertas.

FIGURA 1. Prototipo del experimento.

III. CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO

En lo que respecta a la construcción de la parte eléctrica del

prototipo se pueden referenciar varias etapas para la su

construcción. Estas etapas son el control del cronómetro, la

alimentación del circuito y del cronómetro, la recepción de

señales y la conmutación de las mismas para la activación

del cronómetro. En seguida se describen con mayor detalle

cada uno de los aspectos anteriormente mencionados.

A. Control del Cronómetro

Para el control del cronómetro se partió de utilizar uno que

consta de dos pads, en cada uno de ellos hay dos pulsadores

que activan cada una de las funciones de este, la

manipulación del cronómetro se centro en el pad izquierdo y

específicamente en el pulsador de la parte inferior

presentado en la Figura. 2.

FIGURA. 2. Plano del cronómetro.

Como se puede ver cada pad tiene dos caminos diferentes

que no están conectados entre sí. Algo muy importante

dentro de este sistema es que tanto la tierra del circuito

como la del cronómetro tienen que ser comunes, de lo

contrario el sistema no conmutaría y no se podrían mandar

niveles altos o bajos de potencial

...