Laboratorio Virtual N° 04. Movimiento Semiparabólico. Física de los Cuerpos Rígidos. Ciclo 2021 - I PDF

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GÚIA DE LABORATORIO VIRTUAL N° 04MOVIMIENTO SEMIPARABÓLICOFACULTAD DE INGENIERÍAFÍSICA DE LOS CUERPOS RÍGIDOSGUÍA DE LABORATORIO VIRTUAL N° 04: MOVIMIENTOSEMIPARABÓLICOI. OBJETIVOS: Hallar experimentalmente la ecuación de la trayectoria de un proyectil lanzado con cierta rapidez bajo acción de la g...

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Física de los Cuerpos Rígidos

FACULTAD DE INGENIERÍA

FÍSICA DE LOS CUERPOS RÍGIDOS

GÚIA DE LABORATORIO VIRTUAL N° 04

MOVIMIENTO SEMIPARABÓLICO

EQUIPO DOCENTE USATLABORATORIO N° 03:MOVIMIENTO SEMIPARABÓLICO

1

Física de los Cuerpos Rígidos GUÍA DE LABORATORIO VIRTUAL N° 04 : MOVIMIENTO SEMIPARABÓLICO

I.

OBJETIVOS:  

II.

Hallar experimentalmente la ecuación de la trayectoria de un proyectil lanzado con cierta rapidez bajo acción de la gravedad. Determinar experimentalmente la velocidad y dirección del proyectil durante el movimiento semiparabólico. MARCO TEÓRICO: Todo cuerpo (proyectil) que experimenta un impulso con velocidad inicial 𝑣 󰇍󰇍󰇍󰇍0 y que se mueve bajo la acción de la gravedad, en su trayectoria se deben considerar aspectos como: a) La aceleración de la gravedad constante. b) Se desprecia la resistencia del aire. 

La trayectoria del proyectil es una semiparábola, este movimiento del proyectil se considera en el plano horizontal y vertical (x;y).



Del movimiento horizontal (MRU): 𝑥 = 𝑣0 . 𝑡 𝑡=



𝑥

𝑣0

(1) (2)

Del movimiento vertical (MRUV):

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2

Física de los Cuerpos Rígidos (g = 9.8 m/s2) 𝑦=

1

2

𝑔𝑡 2

(3)

2𝑦

𝑡 = √𝑔 

(4)

De las ecuaciones (2) y (3) tenemos: 𝑦=

1

2

2

𝑥

𝑔( ) 𝑣0

(5)

(Ecuación de la trayectoria) 

La velocidad del proyectil en cualquier instante de su movimiento está dado por: La componente horizontal de la velocidad es constante. 𝑣𝑥 = 𝑣0 = 𝑐𝑡𝑒.

(6)

La componente vertical de la velocidad viene dada por la siguiente ecuación. 𝑣𝑦 = 𝑔. 𝑡

(7)

Entonces la velocidad en cualquier punto de la trayectoria se calcula mediante la siguiente ecuación: 𝑣𝑅 = √(𝑣𝑥 )2 + (𝑣𝑦 ) 

(8)

La dirección de la velocidad está dada por: 𝑣

𝑦 𝜃 = 𝑎𝑐𝑟 𝑇𝑔 (𝑣 ) 𝑥

III.

2

(9)

PROCEDIMIENTO DE LOS DATOS Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS:

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3

Física de los Cuerpos Rígidos 1. Ingresa a la siguiente dirección del Simulador virtual de Física: https://phet.colorado.edu/sims/html/projectilemotion/latest/projectile-motion_es_PE.html 2. Selecciona la opción Introducción.

3. Hacer clip en Ecuaciones, aparece el siguiente simulador:

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4

Física de los Cuerpos Rígidos 4. En el simulador seleccionar la velocidad de lanzamiento ( v0 ), altura (y), de acuerdo a las tablas Nº 01, Nº 02 y Nº 03. Registra los valores para la posición “x” en (m) y el tiempo “t” en (s). Tabla Nº 01. v0 = 10 m/s Nº

y (m)

1

3

2

6

3

9

4

12

5

15

x (m)

t (s)

x (m)

t (s)

x (m)

t (s)

Tabla Nº 02. v0 = 20 m/s Nº

y (m)

1

3

2

6

3

9

4

12

5

15

Tabla Nº 03. v0 = 30 m/s Nº

y (m)

1

3

2

6

3

9

4

12

5

15

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5

Física de los Cuerpos Rígidos 5. En el simulador selecciona la altura de lanzamiento “y” y la velocidad inicial (𝑣0 ) y el tiempo (t) de acuerdo a los datos indicados en las tablas Nº 04, Nº 05 y Nº 06. Registre los valores de “x” e “y” así como la posición de del proyectil (x; y). Tabla Nº 04. 𝑦 = 15𝑚 ; 𝑣0 = 20 𝑚/𝑠 Nº

t (s)

1

0,20

2

0,40

3

0,60

4

0,80

5

1,00

6

1,20

7

1,40

8

1,60

9

1,75

x

y

(x; y)

x

y

(x; y)

Tabla Nº 05. 𝑦 = 12𝑚 ; 𝑣0 = 15𝑚/𝑠 Nº

t (s)

1

0,20

2

0,40

3

0,60

4

0,80

5

1,00

6

1,20

7

1,40

8

1,56

EQUIPO DOCENTE USATLABORATORIO N° 03:MOVIMIENTO SEMIPARABÓLICO

6

Física de los Cuerpos Rígidos Tabla Nº 06. 𝑦 = 10𝑚 ; 𝑣0 = 10 𝑚/𝑠 Nº

t (s)

1

0,20

2

0,40

3

0,60

4

0,80

5

1,00

6

1,20

7

1.40

8

1.43

x

y

(x; y)

6. Haciendo uso de las ecuaciones (6), (7), (8) y (9), completa las siguientes tablas. Tabla Nº 07. 𝑣0 = 20 𝑚/𝑠 ; 𝑔 = 9,8 𝑚 /𝑠 2 ; y = 15m Nº

t(s)

1

0,20

2

0,40

3

0,60

4

0,80

5

1,00

6

1,20

7

1,40

8

1,60

9

1,75

Vx

Vy

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VR

Dirección (θ)

7

Física de los Cuerpos Rígidos Tabla Nº 08. 𝑣0 = 15 𝑚/𝑠 ; 𝑔 = 9,8 𝑚 /𝑠 2 ; y = 12m Nº

t(s)

1

0,20

2

0,40

3

0,60

4

0,80

5

1,00

6

1,20

7

1,40

8

1,56

Vx

Vy

VR

Dirección (θ)

Vy

VR

Dirección (θ)

Tabla Nº 09. 𝑣0 = 10 𝑚/𝑠 ; 𝑔 = 9,8 𝑚 /𝑠 2 ; y = 10m Nº

t(s)

1

0,20

2

0,40

3

0,60

4

0,80

5

1,00

6

1,20

7

1.40

8

1,43

Vx

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8

Física de los Cuerpos Rígidos 7. En el simulador usando la wincha encuentre que la posición “x” sea igual a la posición “y”. Ingrese en el simulador los datos que se dan en la siguiente tabla. Tabla Nº 10. Nº 1 2 3

IV.

y(m) 10 12 15

V0(m/s) 10 15 20

x(m)

y(m)

(x; y)

CUESTIONARIO: 1. De las tablas Nº 01; Nº 02 y Nº 03, encuentre la ecuación de la posición para el proyectil. 2. Compare los datos correspondientes al tiempo de las tablas Nº 01, Nº 02 y Nº 03. Justifique su respuesta. 3. Con las ecuaciones (1) y (3), calcule la posición (teórica) del proyectil y compare sus respuestas con las posiciones encontradas del simulador en las tablas Nº 04; Nº 05; Nº 06. Use la siguiente tabla (modelo): Nº 1 2 3 4 5 6 7 8 8

POSICIÓN EXPERIMENTAL

POSICIÓN TEÓRICA

4. Usando las ecuaciones (6) y (7) encuentre el tiempo “t” (s) para el cual las componentes de la velocidad 𝑣𝑥 𝑦 𝑣𝑦 coinciden. Además con las ecuaciones (8) y (9) calcule la V R y dirección (θ. Encuentre en las tablas Nº 07; Nº 08 y Nº 09 el intervalo de tiempo en que se puede dar esta situación. Verifique usando el simulador con los datos anexos de la siguiente tabla.

Nº 1

y 10

t(s)

Vx

Vy

VR

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θ

Intervalo de tiempo

9

Física de los Cuerpos Rígidos 2 3

12 15

5. Use los datos de la tabla Nº 10 y halle el tiempo para el cual las posiciones “x” e “y” coinciden. Use las tablas para indicar el intervalo de tiempo en que sucede este evento. 6. De las tablas Nº 04; Nº 05 y Nº 06. Grafique: y vs x e y vs x2

V.

CONCLUSIONES

VI.

BIBLIOGRAFIA:  Serway, A. R. y Faughn, J. S., Física, (Pearson Educación, México, 2001).  Hewitt, P. G, Física conceptual, (Pearson Educación, México, 1999)  Young, Hugh y Freedman. Física universitaria. Volumen 1. 12va ed. México: Pearson. 2009.  Azeheb. Laboratorio de Física-Manual Instructivo y guía experimentales (Brazil 2017)

 https://phet.colorado.edu/sims/html/projectilemotion/latest/projectile-motion_es_PE.html

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