viernes, 9 de diciembre de 2011

Informe Laboratorio: Movimiento Rectilíneo Uniforme


Informe Laboratorio: Movimiento Rectilíneo Uniforme









Joel Cortes Sanhueza
Ingeniería Civil Informática
Facultad de Ingeniería
Universidad Católica de Temuco






Herramientas
Para la elaboración del laboratorio de Movimiento Rectilíneo Uniforme, debemos conocer lo que es y significa MRU, MRUA, Leyes de Newton.

Movimiento Rectilíneo Uniforme
De acuerdo a la 1ª Ley de Newton toda partícula permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme cuando no hay una fuerza neta que actúe sobre el cuerpo.

Esta es una situación ideal, ya que siempre existen fuerzas que tienden a alterar el movimiento de las partículas. El movimiento inherentemente que va relacionado y podemos decir que forma parte de la materia misma.

El MRU se caracteriza por:

a) Movimiento que se realiza en una sola dirección en el eje horizontal.
b) Velocidad constante; implica magnitud y dirección inalterables.
c) La magnitud de la velocidad recibe el nombre de rapidez. Este movimiento no presenta aceleración (aceleración=0).

El concepto de velocidad es el cambio de posición (desplazamiento) con respecto al tiempo.

Fórmula:
V =  d/t  
D =  v*t    
T =  d/v

V = velocidad         d = distancia o desplazamiento    t = tiempo


Grafica del MRU

Al graficar el desplazamiento (distancia) contra tiempo se obtiene ina línea recta. La pendiente de la línea recta representa el valor de la velocidad para dicha partícula.
Al realizar la gráfica de velocidad contra tiempo obtenemos una recta paralela al eje X. Podemos calcular el deslazamiento como el área bajo la línea recta.


Movimiento Rectilíneo Uniforme Acelerado
El movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA), también conocido como movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV), es aquel en el que un móvil se desplaza sobre una trayectoria recta estando sometido a una aceleración constante.
Un ejemplo de este tipo de movimiento es el de caída libre vertical, en el cual la aceleración interviniente, y considerada constante, es la que corresponde a la gravedad.



La ecuación de la velocidad en un MRUA
Cuando la aceleración del móvil es la misma durante todo el movimiento y este se realiza en línea recta, recibe el nombre de movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA).
De la definición de aceleración se puede conocer la ecuación de la velocidad de un móvil que circula con un movimiento uniformemente acelerado:
a = v F - v 0 t → v F = v 0 + a · t
Cuando la velocidad disminuye, también se dice que el movimiento es uniformemente acelerado, aunque en este caso tiene aceleración negativa; también se denomina movimiento uniformemente retardado.
La expresión para el espacio recorrido en un movimiento uniformemente acelerado es:
s = v 0 · t + 1 2 a · t 2
x = x 0 + v 0 · t + 1 2 a · t 2


Grafica del MRUA
La gráfica muestra un movimiento uniformemente acelerado en un arco de parábola que puede adoptar diferentes formas según las características de cada caso concreto (si el móvil parte del reposo o no, si la aceleración es positiva o negativa)
 

Leyes de Newton

1° Ley de Newton o Ley de Inercia
La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).
La  ley de inercia también sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.



2° Ley de Newton o Principio fundamental de la dinamica
La Primera ley de Newton nos dice que para que un cuerpo altere su movimiento es necesario que exista algo que provoque dicho cambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas. Estas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros. La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera:
F = m a
LA magnitud física es la cantidad de movimiento que se representa por la letra p y que se define como el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad, es decir:
p = m · v



3° Ley de Newton o Principio de accion y reaccion
Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.
Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.
Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a nosotros.


Actividad del laboratorio
Para la actividad necesitaremos los siguientes materiales:
-          2 cuerpos de distintas masas (en la actividad ocupamos una borrador de pizarra y una campana de metal)
-          1 polea para amarrar un cuerpo al otro
-          Hilo
-          Robot lego con 2 sensores de luz ( el robot lego medirá el tiempo entre una distancia, la distancia será desde un sensor de luz hasta el otro)
-          Guincha adhesiva
Con los materiales entregados la mesa debería quedar así:


 


1)        Del montaje entregado. Mida las masas m1 y m2, Determine y calcule teóricamente la aceleración que tendrán los bloques considerando:

- Masa de la cuerda despreciable.
- No hay roce entre las superficies del bloque de masa
  m1 y la superficie del plano.
- No hay roce entre la cuerda y la polea.
- No hay roce con el aire.
Primero medimos las masas de los 2 bloques:
M1 pesó  248,6 g  pero para trabajar con esta información debemos traspasarla a Kg nos quedo 0,2486
M2 pesó 123,6 g y al traspasarlo a KG nos quedo 0,1235

Segundo determinamos la aceleración de los 2 bloques
a= Tcuerda/0,2486  Para M1
a= Tcuerda/0,1235  Para M2

2) Utilizando 2 sensores de luz a modo de foto puertas, y el montaje indicado en la figura, tome datos del tiempo que demora el bloque en recorrer la distancia que se tiene entre los 2 sensores de luz (se les entregara un programa que toma los datos del tiempo solicitado).
El bloque de masa m1 debe partir desde el reposo, y se requiere realizar al menos 5 intentos y el tiempo a medido corresponderá al promedio de los tiempos medidos en todos los intentos.


            En esta segunda actividad nos piden medir el tiempo entre L (como lo muestra la imagen de arriba)

Captura de datos
Intento                       Tiempo
1                     1104
2                     936
3                     854    
4                     912
5                     826

El promedio del tiempo fue de 0,9264 segundos, el promedio traspasamos a segundos porque el tiempo obtenido en los intentos estaba en milisegundos.


3) Con tiempo encontrado en el ítem 2, y considerando que el bloque tiene un movimiento rectilíneo uniforme acelerado, estime la aceleración del bloque.

Para calcular la Aceleración (a) necesitaremos ocupar la siguiente ecuación


 




Tenemos los siguientes datos:

X(t)= 0,47  metros
T = 1,0976 segundos





Aplicamos la formula y remplazamos

0,47 = 1/2 * a * 0,8464

0,47 = 0,4232 a

a = 0,47/0,4232

a = 1,110m/s


4) Considerando la presencia de la fuerza de roce en el montaje y utilizando la teoría asociada a las Leyes de Newton y la aceleración encontrada en la actividad 3, estime la magnitud de la fuerza de roce que actúa sobre el bloque de masa m1.

Primero determinamos la tención entre los 2 cuerpos con la siguiente formula.

T-m(2)*g=m(1)*a

T-1,209=0,275
T=1,484

Reemplazamos en la segunda formula la tención para determinar la fuerza de roce

-Fr+1,484=-0,275
-Fr=-1,484-0,275
   Fr=1,759

5) A través de la fuerza de roce estimada, encuentre el valor del coeficiente de roce cinético que existe entre el bloque de masa m1 y la mesa.

Para encontrar el Coeficiente de roce ocuparemos la siguiente foemula.
Fr=u*N
Reemplazamos los valores

1,759=u*2,436
u=0,722 


               



Conclusión

                         Del siguiente trabajo podemos concluir que trabajar experimentalmente es distinto de la practica ya que en la practica el resultado final incluye todas la probabilidades que pueden afectar a un cuerpo como por ejemplo el roce, es muy distinto y varia el resultado de lo experimental y lo práctico.
Para poder solucionar las actividades de laboratorio necesitamos profundizar el tema e investigar sobre la materia, como las leyes de newton que influyen mucho en las actividades.

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