LABORATORIO DE Caida libre UFPS FISICA MECANICA PDF

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LABORATORIO DE Caida libre UFPS FISICA MECANICA...

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CAIDA LIBRE

JESÚS EMIRO CLARO DUARTE 1091843 HUGO ALEXANDER PITRE ULLOA 1091861 JHOYBER JULIAN PACHECO QUINTERO 1091832 VICTOR HUGO SUAREZ BETANCOURT 1921741

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER LABORATORIO VIRTUAL FÍSICA MECANICA SAN JOSE DE CUCUTA 2020

RESUMEN Un objeto que se deja caer en el vacío con un movimiento rectilíneo y en dirección vertical, mantiene una aceleración constante y se representa por el símbolo g haciendo referencia a la gravedad que en la tierra es de 9.82 m/s2 teniendo en cuenta que no hay resistencia del aire a esto le llamamos caída libre. En la época antigua newton fue el que planteo este gran descubrimiento y hoy en día gracias a sus conocimientos estudiamos la gravedad de la tierra, teniendo en cuenta la ley de la gravitación universal que el mismo nos dejó.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL En este laboratorio se busca comprobar que el movimiento de caída libre es un movimiento rectilíneo uniformemente variado, con ayuda de herramientas digitales que simulen una caída real.

OBJETIVOS ESPECIFICOS - Determinar el valor de la aceleracion de la gravedad. - Teniendo en cuenta la aceleracion constante analizar el movimiento lineal. - Experimentar y comprobar los sistemas que rigen la caída libre universal.

DESARROLLO TEORICO La caída libre es el movimiento que se da por fuerzas gravitatorias, que actúan cuando se deja caer cualquier cuerpo, partiendo del reposo o sea una velocidad de cero, hacia la superficie de la tierra siempre que no estén actuando fuerzas de empuje contrarias o resistencia del aire. Un ejemplo sería la de un avión bombardero dejando caer una bomba hacia la superficie terrestre. Newton quiso comprobar la realidad de la explicación de galileo y para eso construyo un tubo de vidrio. Extrajo el aire del tubo en el cual estaban la moneda y la pluma. Al darle la vuelta vio con asombro que los dos caían al mismo tiempo. Con lo que comprobó que el enunciado de Galileo era cierto, únicamente cuando los cuerpos caen al vacío, pero también se cumple en el aire, con la condición de que los dos cuerpos de distinto peso tengan, también la misma forma. Por ejemplo, si se hace caer una bola de acero junto a una bola de madera del mismo tamaño, ambas caen al mismo tiempo. En los cálculos usamos las siguientes ecuaciones: V = VO ± gt V 2 = Vo 2 ± 2gy Y = Vot ± ½ gt2

DETALLES EXPERIMENTALES La práctica en este laboratorio se realizó con la ayuda de una herramienta digital propuesta por el profesor asignado, la cual consta de un simulador virtual que nos ofrece una interfaz realista, con con ciertas herramientas para calcular las mediciones respectivas, en ella encontramos unos comandos para variar los valores de la velocidad, altura, tiempo y un comando de inicio/reset, también consta de unas esferas de diferente peso y tamaño, optamos por introducir los parámetros propuestos, dejamos caer los objetos y anotamos los valores calculados en las tablas expuestas.

ACTIVIDAD

1.

Con una altura inicial de 50 m y una velocidad inicial de 0 m/s deja caer las distintas masas mostradas en el laboratorio virtual y escriba en la tabla 1 el tiempo y la velocidad finales para cada una de ellas. Tabla 1 Masa (kg) Tiempo final (s) Velocidad final (m/s)

2.

1 3,2 s 31,4 m/s

2 3,15 s 30,9 m/s

3 3,2 s 31,4 m/s

4 3,2 s 31,4 m/s

¿Qué conclusión se puede obtener de la experiencia anterior?

Pudimos concluir que todas las masas aterrizaron al mismo tiempo a pesar de que son de diferente peso y tamaño, teniendo en cuenta que en este simulador no interviene el aire como un medio de resistencia que pueda desviar el objeto en picada y nos da un claro ejemplo de caída libre. SEGUNDA PARTE

1.

2.

3. 4.

5.

Seleccione una altura inicial de h0 = 50 m, una masa de 1 kg y una velocidad de 0 m/s. Deje caer la bola y vaya anotando los distintos valores en la tabla 2. Procurar tomar al menos 5 valores. Repite el anterior procedimiento con las alturas de 40m, 30 m y 20 m. Complete la tabla 2.

Elabore un gráfico de altura versus tiempo de caída (h vs t) para una altura de 40 m, para este caso tome la altura como (h0 - h).

(eje x: 2cm = 0.5s) (eje y: 2cm = 5m)

6.

Linealice el gráfico anterior, para ello elabore un gráfico de altura contra tiempo de caída al cuadrado. (h vs t2) y calcule la pendiente de esta recta. (eje x: 2cm = 1s) (eje y: 2cm = 5m)

𝑚=

𝑦2−𝑦1

𝑥2− 𝑥1

7.

m=

38,4−31,9 7,84−6,50

= 4,8507 ------- valor de la pendiente.

¿Qué variable física representa este valor de pendiente?

Está pendiente representa la gravedad; solo que en esta fórmula la gravedad es multiplicada por 1/2. Así que, si dividimos el resultado sobre 1/2, nos da 9,7014, que es la gravedad. 8. ¿Qué porcentaje de error porcentual (%) encuentra entre el valor obtenido y el de g = 9,8 m/s2? 𝑥 =

9,7014 + 9,8 = 9.7507 2 ∆𝑥𝑖 = |𝑥𝑖 − 𝑥 |

∆𝑥𝑖 = |9,8 − 9.7507| = 0.0493

∆𝑥𝑖 = |9.7014 − 9.7507| = 0.0493

∆𝑥 0.0493 + 0.0493 = = 0.0493 𝑛 2  ∆𝑥 0.0493 = 0.050 𝜀𝑥 = 𝜀𝑥 = 9.7507 𝑥

∆𝑥  ∑

0.050*100 = 5%

Elabore un gráfico de velocidad versus tiempo de caída. (v vs t) para una altura de 40 m, para este caso cambiar el signo a la velocidad obtenida. 10. (eje x: 2cm = 0.5s) (eje y: 2cm = 5m) 9.

11.

𝑚=

¿Qué variable física representa este valor de pendiente?

𝑦2−𝑦1

𝑥2− 𝑥1

m=

27,4−25

2,8−2,55

= 9.6 valor de la pendiente.

Representa la aceleración, en este caso la gravedad.

12.

Compare los valores de las pendientes halladas en las gráficas (h vs t2) y (v vs t). ¿Qué puede concluir?

Se puede que concluir que Ambas pendientes representan la aceleración, en este caso la gravedad, solo que en la primera (h vs 𝑡^2) la pendiente da 4,8507; ya que en la fórmula para hallar la altura es h= 1/2 𝑔 ∗ 𝑡^2. Mientras que en la segunda la pendiente si da directamente el valor que corresponde a la gravedad.

Tabla 2 t(s) 0,95 1,7 2,2 2,65 3

h0 = 50 m h(m) v(m/s) 4,4 -9,3 14,2 -16,7 23,7 -21,6 34,4 -26 44,1 -29,4

t(s) 0,9 1,6 2,15 2,55 2,8

h0 = 40 m h(m) v(m/s) 4 -8,8 12,5 -15,7 22,7 -21,1 31,9 -25 38,4 -27,4

t(s) 0,9 1,5 1,9 2,2 2,4

h0 = 30 m h(m) v(m/s) 4 -8,8 11 -14,7 17,7 -18,6 23,7 -21,6 28,2 -23,5

t(s) 0,6 0,95 1,3 1,6 1,9

h0 = 20 m h(m) v(m/s) 1,8 -5,9 4,4 -9,3 8,3 -12,7 12,5 -15,7 17,7 -18,6

CONCLUSIONES En este laboratorio percibimos que un cuerpo describe un movimiento de caída libre en tanto que la distancia que este recorre sea directamente proporcional al cuadrado de los tiempos de caída. Percibimos que dos cuerpos que se dejan caer verticalmente desde una altura caen al mismo tiempo siempre y cuando no existan fuerzas de empuje como puede ocurrir con el aire. Analizamos que al inicio de la caída no hay aceleración por que el cuerpo no ha recorrido ninguna distancia. Concluimos que la caída libre es una técnica con la cual analizamos un objeto cayendo verticalmente desde una determinada altura y esta conlleva una cierta velocidad, aceleración y un tiempo....