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Ingeniería de sistemas-UCVPrograma de estudio Experiencia curricular SesiónINGENIERÍA DE SISTEMAS FISICA Lab. 02_Sem. _I. OBJETIVOS:II. FUNDAMENTOA. MEDICIONES INDIRECTAS: Las mediciones indirectas son aquellas que hacen uso de una fórmula matemática, por ejemplo, al hallar el área es necesario cono...

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MEDICIONES INDIRECTAS Y EQUILIBRIO LABORATORIO VIRTUAL Programa de estudio INGENIERÍA DE SISTEMAS I.

Experiencia curricular FISICA

COD. HECE206 Versión: 02 Fecha: 20/08/2018

Sesión Lab. 02_Sem. _02

OBJETIVOS:

Al término del laboratorio los alumnos deberán estar en condiciones de: • Utilizar adecuadamente las medidas directas y su correspondiente error para hallar área, volumen de un cuerpo con su correspondiente error. • Verificar experimentalmente la primera condición de equilibrio. • Utilizar el Phet, para estudio de equilibrio.

II.

FUNDAMENTO

A. MEDICIONES INDIRECTAS: Las mediciones indirectas son aquellas que hacen uso de una fórmula matemática, por ejemplo, al hallar el área es necesario conocer los lados de un cuadrado, rectángulo, rectángulo, etc. Considere que los errores no se suman ni se restan se propagan de acuerdo con las siguientes condiciones. ERROR DE LA SUMA Y RESTA: Para la suma y la resta se utiliza la misma expresión (1) Sea: SUMA: 𝑹 = 𝑿 + 𝒀 + 𝒁 + ⋯ RESTA: 𝑹 = 𝑿 − 𝒀 − 𝒁 − ⋯ ∆𝑅 = ±√∆𝑋 2 + ∆𝑌2 + ∆𝑍 2 + ⋯ . .

Ejemplo: 𝑿 = 12 𝑚𝑚 ± 0,25 𝑚𝑚 𝒀 = 5 𝑚𝑚 ± 0,20 𝑚𝑚 Hallar: (𝑹 = 𝑿 + 𝒀) :

1

𝑹 = (𝑿 + 𝒀) ± ∆𝑹

𝑹 = (𝟏𝟐 𝒎𝒎 + 𝟓 𝒎𝒎) ± (√𝟎, 𝟐𝟓𝟐 + 𝟎, 𝟐𝟎𝟐 ) 𝒎𝒎 𝑹 = 𝟏𝟕 𝒎𝒎 ± (𝟎, 𝟑𝟐)𝒎𝒎

ERROR DEL PRODUCTO Y DIVISIÓN: Para el producto y división se utiliza la misma expresión (2) Sea: PRODUCTO: 𝑹 = 𝑿 ∗ 𝒀 ∗ 𝒁 ∗ … DIVISIÓN: 𝑹 = 𝑿/𝒀 ∗ 𝒁 ∗ … ∆𝑍 2 ∆𝑌 2 ∆𝑋 2 ∆𝑅 √( ) + ( ) + ( ) = ± 𝑌 𝑋 𝑅∗ 𝑍

Ejemplo: 𝑿 = 12 𝑚𝑚 ± 0,25 𝑚𝑚 𝒀 = 5 𝑚𝑚 ± 0,20 𝑚𝑚 Hallar el área (𝑨) del rectángulo:

𝑨 = 𝑨∗ ± ∆𝑨

𝑨 = ( 𝟏𝟐 𝒎𝒎)(𝟓 𝒎𝒎) ± ∆𝑨 Ingeniería de sistemas-UCV

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∆𝑨 = ±𝑨∗ √(

𝟐 𝟎, 𝟐𝟓 𝟐 𝟎, 𝟐𝟎 ) = ±𝑨∗ (𝟎, 𝟎𝟒𝟓) = ±(𝟔𝟎𝒎𝒎𝟐 )(𝟎, 𝟎𝟒𝟓) ) +( 𝟓 𝟏𝟐 ∆𝑨 = ±(𝟐, 𝟕𝟎 𝒎𝒎𝟐 )

𝑨 = 𝟔𝟎, 𝟎 𝒎𝒎𝟐 ± (𝟐, 𝟕𝟎)𝒎𝒎𝟐

El primer término es el área y la segunda corresponde al error del área. B. EQUILIBRIO DE UNA PARTÍCULA: Fuerzas Concurrentes. - se denomina así al sistema de fuerzas que actúan sobre una partícula o cuyas líneas de acción se intersectan en un mismo punto. Equilibrio de una Partícula: se dice que una partícula está en equilibrio si está en reposo o moviéndose en línea recta con velocidad constante. Primera Condición de Equilibrio: una partícula se encuentra en equilibrio si la resultante de las fuerzas que actúan sobre ella es nula. Es decir, matemáticamente: 𝑛

∑󰇍󰇍𝐹𝑖 = 0

𝑖=1

(1)

Segunda Condición de Equilibrio: una partícula se encuentra en equilibrio si la resultante de los torques que actúan sobre ella es nula. Es decir, matemáticamente: 𝑛

∑󰇍󰇍𝜏𝑖= 0

𝑖=1

III.

(2)

MATERIALES Y MÉTODOS a. Materiales

https://phet.colorado.edu/sims/html/balancing-act/latest/balancingact_es_PE.html

Figura 01 IV.

PROCEDIMIENTO 1. Llenar la Tabla 1. Según las ecuaciones de la parte teórica 2. Utilizar el simulador Phet, como se muestra en la Fig. 1, colocando pesas necesarias para alcanzar el equilibrio y llenar la tabla 2. 2. Repetir las veces más el procedimiento anterior, pero con diferentes pesos.

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Esta hoja debe ser llenado por el grupo y subido al Blackboard según las pautas del Docente. HOJA DE REPORTE

TEMA: MEDICIONES INDIRECTAS Y EQUILIBRIO Curso Apellidos y Nombres FISICA 1.ESQUERRE PANTA DENY ALEXANDER 2.LA ROSA PEREZ LUIS FRANCISCO Grupo Horario: 3.KARLITA VANESSA FLORES GARCIA 4 LOPEZ GENNELL, YOSELYN Fecha:___/___/___ 5. 6. Hora: 1.

Obs.

Procedimiento experimental

ACTIVIDAD 2: • Cmpletar la Tabla 1, considerando las siguientes medidas dadas. Lado 1

𝐶 = 2,5 𝑚𝑚 ± 0.2𝑚𝑚 𝐶 = 5,0 𝑚𝑚 ± 1𝑚𝑚

𝐶 = 25,42 𝑚𝑚 ± 0.01𝑚𝑚

Lado 1

Lado 2

𝐷 = 1,5 𝑚𝑚 ± 0.1𝑚𝑚 𝐷 = 2,5 𝑚𝑚 ± 0.5𝑚𝑚

𝐷 = 20,44 𝑚𝑚 ± 0.01𝑚𝑚

Lado 2

𝐶 = 2,5 𝑚𝑚 ± 0.2𝑚𝑚

𝐷 = 1,5 𝑚𝑚 ± 0.1𝑚𝑚

𝐶 = 25,42 𝑚𝑚 ± 0.01𝑚𝑚

𝐷 = 20,44 𝑚𝑚 ± 0.01𝑚𝑚

𝐶 = 5,0 𝑚𝑚 ± 1𝑚𝑚

𝐷 = 2,5 𝑚𝑚 ± 0.5𝑚𝑚

𝑆 = (𝐶 + 𝐷) ± ∆𝑆

𝑅 = (𝐶 − 𝐷) ± ∆𝑅

S= 4mm ± 0,22mm

D= 1mm ± 0.22 mm

D= 45,86mm ± 0.01mm

D= 4,98mm ± 0.01mm

S=7,5mm ± 1,11mm

𝐴 = 𝐶 ∗ 𝐷 ± ∆𝐴

D= 2,5mm ± 1.11mm

𝐶 𝐸 = ( ) ± ∆𝐸 𝐷

D= 3,75mm ± 0,22mm

D= 1,66mm ± 0.22mm

D=519,5848mm±0,01mm

D=1.24mm ± 0.01mm

D= 12.5mm ± 0,28mm

D=2mm ± 1.11mm

Explique las diferencias entre medidas directas e indirectas.

MEDIDA DIRECTA; Utilizamos instrumentos de medición guiados por medidas estándar. Ejemplos: regla (o medidor), cualquier instrumento digital (como corriente o voltaje), balanza, uso de termómetro, regla vernier, micrómetro. MEDIDA INDIRECTA; Utiliza fórmulas, relaciones o expresiones matemáticas. Ejemplo: calcular el área, calcular la velocidad (la velocidad es igual a la distancia en el tiempo), determinar la densidad de población, calcular el volumen del objeto, calcular la intensidad de la corriente.

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ACTIVIDAD 2: • •

Colocar a diferentes distancias los pesos (debe ser diferente al peso 1 del peso 2) y agregar los pesos de tal forma hasta encontrar el equilibrio. Anotar el valor correspondiente, y repetir para otros valores.

NOTA: Donde usted debe considerar tanto X1 y X2 , se refiere al valor encontrado con la simulación al alinear el balancing en direccion horizontal, y luego realizar los cálculos para encontrar el valor del objeto misterioso.

TABLA N2 N°

Masa1 (kg)

𝑿𝟏 (𝒎)

Objeto misterioso (kg)

𝑿𝟏 (𝒎)

La masa del objeto misterioso

1

5kg

2

A

0.5

20

2

20kg

1.25

G

1

25

3

15kg

2

C

2

15

4

20kg

1.5

C

2

15

5

60kg

1.25

F

1.5

50

6

20kg

2

A

2

20

Cuestionario:

1.

La báscula de su doctor tiene una pesa deslizable para equilibrar el peso de usted, ver figura. Evidentemente tales pesas son mucho más ligeras que usted. ¿Cómo ocurre esto? Porque la báscula transforma la fuerza correspondiente al peso del objeto a medir en un momento de fuerzas, que se equilibra mediante el desplazamiento de un pilón a lo largo de una barra graduada, donde se lee el peso de la masa. Es un instrumento que sirve para medir la masa de los objetos. Es una palanca de primer grado de brazos iguales que mediante el establecimiento de una situación de equilibrio entre los pesos de dos cuerpos, permite comparar masas.

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2. Una escalera, inclinada contra una pared, forma un ángulo de 60° con el suelo. ¿Cuándo es más probable que resbale: cuando una persona está sobre ella cerca de su parte superior o cuando está cerca de la base? Explique.

Coseno = cateto adyacente/hipotenusa Cateto adyacente= 2 m Angulo= 60° Coseno 60°= 2 m/ hipotenusa Hipotenusa 2 m/ coseno 60° Hipotenusa= 2 m/ 0.5 Hipotenusa= 4 m Por lo tanto, la longitud de la escalera es 4 m 3. Se construye un móvil con barras ligeras, cuerdas ligeras y recuerdos marinos, como se muestra en la figura. Determine las masas de los objetos.

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4. Una niña tiene un gran perro, dócil, al que quiere pesar en una pequeña báscula de baño. Ella justifica que puede determinar el peso del perro con el siguiente método. Primero coloca las dos patas delanteras del perro sobre la báscula y registra la lectura de la báscula. Luego coloca las dos patas traseras del perro sobre la báscula y registra la lectura. Piensa que la suma de las lecturas será el peso del perro. ¿Tiene razón? Explique su respuesta.

•

Entre todos los integrantes del equipo llegamos a la conclusión de que la manera en que pesa el perro no es la ideal ya que al hacer eso tendrá que cargar al perro haciendo que su peso disminuya (por ejemplo si las dos patas delanteras pesara 5kg y las dos patas traseras pesaran 4kg el peso final del perro seria 9kg) pero si lo pesa de la manera mas eficiente que consiste en pesarlo con las 4 patas en la balanza a la misma vez le dará el peso correcto del perro.

TERCERA ACTIVIDAD

Adjuntar una actividad realizada con simulador PASCO sobre el tema

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CONCLUSIONES:

Se concluye que el grupo aprendió a utilizar adecuadamente las medidas directas y su correspondiente error Se concluye que el grupo aprendió a utilizar adecuadamente las medidas directas y su correspondiente error para hallar área, volumen de para hallar área, volumen de un cuerpo con su un cuerpo con su correspondiente error. correspondiente error. Además de conocer una herramienta valiosa como es el Phet, para estudio de equilibrio. Además de conocer una herramienta valiosa como es el Phet, para estudio de equilibrio. También Verificar experimentalmente la primera condición de También Verificar experimentalmente la primera condición de equilibrio

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