Tec experimental

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Física Aplicada: Técnicas Experimentales Básicas

PRÁCTICA Nº 1

LEYES DE NEWTON

OBJETO

Estudio del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. En particular, lo siguiente:

1.- Desplazamiento en función del tiempo. 2.- Velocidad en función del tiempo. 3.- Aceleración en función de la masa acelerada. 4.- Aceleración en función de la fuerza impulsora.

MATERIAL

Carrilneumático con su compresor. Carrito deslizante con contactos. Hilo con portapesas. Pesas de distintas masas (1, 2, 5, 10, 20 y 50 g). Cinta métrica (adosada al carril). Dispositivo de cronometraje fotoeléctrico.

FUNDAMENTO

El dispositivo permite la medida de la velocidad instantánea del móvil, como se explicará más adelante.

Según la segunda ley de Newton, cuando se aplica una fuerzaconstante a un cuerpo, éste adquiere una aceleración constante (movimiento uniformemente acelerado), que es proporcional a la fuerza aplicada, siendo la masa del cuerpo la constante de proporcionalidad entre la fuerza y la aceleración; es decir,

F = m a (1)

En donde, a = d2 r/ dt2, siendo r = r(t) el vector de posición de la masa.

En esta práctica vamos a estudiar el movimientouniformemente acelerado de un cuerpo que desliza con rozamiento despreciable por un carril recto y horizontal, sometido a una fuerza constante (gravitatoria).

Recordemos que, en un movimiento monodimensional de este tipo, la velocidad instantánea en función del tiempo viene dada por

[pic] (2)

y el desplazamiento en función del tiempo por

[pic] , (3)

en donde, t0 es elinstante en que comienza el movimiento, y r0 y v0 son el desplazamiento y la velocidad iniciales del cuerpo.

Como al utilizar nuestro dispositivo experimental, vamos a empezar a contar el tiempo en el momento en que el movimiento se inicie (t0 = 0), podremos suponer: v0 = 0, y las ecuaciones anteriores se reducirán a las siguientes:

v = a t (4)

[pic] (5)

con [pic](6)

En el dispositivo experimental, disponemos de un hilo que conecta un carrito deslizante (al que se le pueden añadir pesas y cuya masa total llamaremos m2), con un portapesas, del que podemos colgar distintas masas (de 1 a 50 g), mediante las cuales podemos aplicar al carrito diferentes fuerzas impulsoras (peso), de valor:

F = m1 g (7)

siendo g la aceleración de la gravedady m1 la masa colgada del portapesas(más la masa del portapesas). La masa m1 está unida, por tanto, a la masa m2 que se mueve con el carrito y, por consiguiente, la ecuación del movimiento será:

(m1 + m2) a = m1 g

Despejando la aceleración, tendremos.

[pic] (8)

Sustituyendo en (4), tendremos la expresión para la velocidad instantánea en función del tiempo:[pic] (9)

Y si sustituimos (8) en (5), tendremos también el desplazamiento (distancia recorrida) en función del tiempo:

[pic] (10)

DESCRIPCIÓN DEL APARATO

El carril neumático disponible para realizar esta práctica, está constituido, básicamente, por una barra metálica hueca de sección triangular, de unos 200 cm de largo y montada sobre un soporte del mismo material.Dicha barra posee numerosos orificios pequeñitos en sus caras laterales por los que sale el aire inyectado a presión por uno de los extremos de la barra mediante un compresor. También dispone de una polea en el extremo contrario para poder hacer pasar por ella el hilo con el portapesas.

Sobre la barra puede deslizar, prácticamente sin rozamiento debido al “colchón de aire”, un carrito deslizadormetálico (al que más bien deberíamos llamar “trineo”) que se ajusta a la forma de la barra.

El sistema de medida de tiempos está constituido por un dispositivo fotoeléctrico que consta de un disparador electromagnético, un reloj electrónico y una “barrera” en forma de herradura. El disparador sirve para retener el trineo hasta el momento de iniciar la medida (“disparo”) y la “barrera”...
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