Laboratorio de física (Cinemática)

Laboratorio de física (Cinemática)

Alejandro Marín Andrés Díaz Eder Santacruz

Henry Javier Rodríguez López Mauricio Tafur

Juan Melo[pic 1]

Margarita Guerrero Peña

Institución Universitaria Americana Ingeniería de Sistemas

Barranquilla 2023

Introducción

La cinemática es una rama fundamental de la física que estudia el movimiento de los objetos sin considerar las fuerzas que lo producen. A través del análisis de los conceptos de desplazamiento, velocidad, aceleración y posición, la cinemática permite entender el movimiento de los cuerpos y la relación entre estos conceptos. En este sentido, el objetivo principal de este trabajo es poner en práctica los conocimientos adquiridos en clase a través de un experimento en el que se evaluarán diferentes tipos de movimientos.

En el experimento, se aplicarán valores iguales de velocidad y aceleración en tiempos iguales para analizar cómo afectan estos valores en un mismo intervalo de tiempo. Es importante destacar que la igualdad de valores en tiempos iguales permitirá tener un mayor control sobre el experimento y obtener resultados precisos y reproducibles. Además, el uso de herramientas matemáticas como el cálculo vectorial, permitirá la obtención de datos más precisos y la realización de análisis más profundos.

Por otro lado, la identificación de los diferentes tipos de movimientos rectilíneos permitirá comprender la relación entre las variables involucradas en estos movimientos, así como su aplicación en situaciones cotidianas.

Marco Teórico Movimiento uniformemente acelerado:

El movimiento uniformemente acelerado (MUA) es aquel en el que la aceleración de un cuerpo es constante. El MUA se describe por medio de ecuaciones que relacionan la posición, velocidad y aceleración del cuerpo en movimiento (Feynman, Leighton, & Sands, 1965).

La ecuación de la posición en función del tiempo para un objeto que experimenta MUA es:

[pic 2]

donde x es la posición final del objeto, $x_0$ es la posición inicial, $v_0$ es la velocidad inicial, t es el tiempo transcurrido y, a es la aceleración constante.

La ecuación de la velocidad en función del tiempo es:[pic 3]

donde v es la velocidad final del objeto.

La ecuación de la posición en función de la velocidad es:

[pic 4]     donde v es la velocidad final y x es la posición final del objeto.

El MUA se presenta en diversos fenómenos físicos, como la caída libre de los cuerpos debido a la gravedad y el movimiento de los vehículos que se desplazan a velocidades constantes (Serway & Jewett, 2014).

Cálculo vectorial:

El cálculo vectorial es una rama de las matemáticas que se ocupa de los vectores y de las operaciones que se realizan con ellos. Los vectores son objetos matemáticos que tienen magnitud y dirección y se utilizan para describir cantidades físicas como la fuerza, la velocidad y la aceleración (Stewart, 2011).

El cálculo vectorial se utiliza en la física para describir el movimiento de los cuerpos y para resolver problemas en los que intervienen vectores. Por ejemplo, para describir el movimiento parabólico de un objeto se utilizan vectores que representan la velocidad y la aceleración del objeto en diferentes puntos de su trayectoria (Serway & Jewett, 2014).

El cálculo vectorial también se utiliza en la ingeniería, la astronomía y la geografía para representar campos vectoriales como los campos gravitatorios, electromagnéticos y de velocidades (Stewart, 2011).

Métodos Experimentales

Se desea saber la posición, velocidad y aceleración de un cuerpo en movimiento uniformemente acelerado, utilizando el programa llamado Phet, se hacen las pruebas tomado una posición inicial de -7 m, una velocidad inicial de 1.5 m/s y una aceleración constante de 1.3m/s^2,

Se introducen estos valores inicialmente y al tomar diferentes tiempos: tiempo 0s a 0.6s, de 0s a 1.2s, de 0s a 1.8s, de 0s a 2.4s y de 0 a 3s.

Teniendo en cuenta los valores de tiempo mencionados y los valores iniciales de posición, velocidad y aceleración, se sacan 3 muestras por cada tiempo, incluyendo los mismos valores de posición, velocidad y aceleración, es decir 3 muestras en el tiempo 0.6 con posición inicial del -7m, 3 muestras en velocidad inicial de 1.5m/s con tiempo de 0.6 y 3 muestras con aceleración inicial de 1.3m/s^2 con tiempo 0.6, así mismo se hizo con cada tiempo mencionado anteriormente.

Al tener los valores en cada una de la prueba se procede a hacer un promedio en cada uno de las medidas, promedio para posición, promedio para velocidad y promedio para aceleración, a partir de los promedios dados, se realizan las gráficas que nos muestran más a detalle la dirección de que toma dicho cuerpo en movimiento.

1. De acuerdo a lo establecido en Cinemática y con referencia al movimiento uniformemente acelerado, el comportamiento de las variables cinemáticas y las expresiones matemáticas que lo modelan; realice la experiencia que está a continuación, a través de los siguientes pasos:

• Ingrese al aplicativo en el siguiente enlace y descárguelo en su computador. https://phet.colorado.edu/es_PE/simulation/legacy/moving-man

Ingrese a la parte de gráficos

Programe una posición inicial entre -10m y -5m, una velocidad mayor que 0m/s y de máximo 2,5m/s y una aceleración mayor que 0m/s2 y de máximo 1,5m/s2. Oprima el botón para iniciar al cabo de 0,6s pulse pausa y registre en la siguiente tabla la posición, la velocidad y la aceleración, repita el

procedimiento tres veces para cada tiempo, y saque el promedio. Luego haga lo mismo para 1,2s,1,8s 2,4s y 3s, para cada tiempo.

Toma de datos y Análisis

En esta tabla este contenido el valor experimental en cada tiempo con respecto a la posición, velocidad y aceleración.

Tabla 1: Datos de posición, velocidad, aceleración y tiempo.

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