Proyecto Fisica - Trabajo final PDF

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Módulo electrónico para la enseñanza decinemáticaJosé Sánchez Y. (1), Manolo Sopla C. (2), George Riveros. (3)Grober Severo L. (4), Brayan Román Q. (5), Antonio Vargas C. (4)(1) Estudiante de 2° ciclo de ingeniería mecatrónica, UTP(2) Estudiante de 2° ciclo de Ingeniería Industrial, UTP(3) Estudiant...

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Informe de proyecto del curso Cálculo Para la Física 1

Módulo electrónico para la enseñanza de cinemática José Sánchez Y. (1), Manolo Sopla C. (2), George Riveros. (3) Grober Severo L. (4), Brayan Román Q. (5), Antonio Vargas C. (4)

(1)

Estudiante de 2° ciclo de ingeniería mecatrónica, UTP (2)

Estudiante de 2° ciclo de Ingeniería Industrial, UTP

(3)

Estudiante de 2° ciclo de Ingeniería Eléctrica, UTP

(4)

Estudiante de 2° ciclo de Ingeniería Mecánica, UTP

(5)

Estudiante de 2° ciclo de Ingeniería de Sistemas e

Informática, UTP

1. RESUMEN 1

Informe de proyecto del curso Cálculo Para la Física 1

Este proyecto se encaminó a base de teoría e investigación, para poder lograr nuestro objetivo se utilizó un cuerpo redondo el cual tiene una trayectoria definida y que por medio sensores se obtiene los datos de tiempo y la velocidad, con lo cual se puede realizar cálculos necesarios para MRU y MRUV.

2. INTRODUCCIÓN El siguiente proyecto trata sobre el diseño y construcción de un módulo didáctico para la comprobación del estudio de la física como es el MRU y MRUV, el cual ayudará en la enseñanza de adquirir conocimientos y poder desarrollar las experiencias de temas físicos. a. Descripción del proyecto. Debido a la necesidad de tener experiencias sobre temas de física, en busca de adquirir mayor conocimiento surge este proyecto el cual se llevaremos a cabo haciendo uso de las tecnologías electrónicas, se hará uso de sensores y un módulo donde se tomará muestras de tiempo en determinada distancia, para obtener velocidad y aceleración todo ello estarán conectados a una tarjeta de desarrollo, el cual nos facilitara con la adquisición de datos y de los cálculos y con ello demostrar lo aprendido en clase como MRU y MRUV. b. Objetivos. Diseñar y construir un módulo didáctico para comprobar las leyes del MRU y MRUV. c. Alcances y limitaciones. Con este proyecto se demostrará los conocimientos adquiridos en la materia de física, a la par con tecnología electrónica, este será el primer prototipo del módulo didáctico para el laboratorio de física, el cual tendremos en cuenta para posibles mejoras, al manejar sensores sensibles a la luz, buscaremos tener el menor error posible con los tiempos de muestra y obtener unos cálculos exactos.

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3. METODOLOGÍA Este estudio esta enmarcado en un diseño preexperimental. Su principal instrumento de trabajo es para el ámbito de estudio de la física exactamente en temas de cinemática, con eso lograr estimular y acercar al estudiante mas a la realidad y que este pueda realizar las experiencias teóricas y de la mano de la practica con ello no solo se limiten a observar sino, como ya antes se ha mencionado, tener y vivir la experiencia del fenómeno.

Procedimiento: Construcción del Soporte: Este modulo contara con un soporte en el cual tendrá las distancias ya predefinidas, a su vez este es quien lleva los sensores y actuador el cual soporte la esfera que ya tiene una trayectoria definida.

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Acoplamiento de Sensores (Etapa electrónica): Para detectar la presencia del cuerpo que se desplazara en el soporte, en este caso empleado una esfera, se hace uso de unos sensores de presencia, se usa el sensor TCRT5000 que son sensores ópticos reflexivos, ah este se acoplo una etapa de control que la señal sea de rango de 0 a 5 Volts para la tarjeta de desarrollo, y a su vez se incorporó un potenciómetro con el propósito de tener una referencia, para realizar una comparación con la señar emitida con el sensor y este no varia continuamente todo esto acoplado a un amplificador operacional en modo comparador, con lo también se evita acoplar impedancia a la hora de leer las señales del sensor, esto se repetirá 3 veces ya que contamos con 3 sensores en total, a continuación se presenta el circuito final.

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Etapa de Control (Configuración): Para esta etapa en la cual se cuenta con pulsadoras para manejar el “Modulo de Control”, se utilizaron 3 pulsadores con la típica configuración Pull Up con una resistencia conectada al positivo y evitar corto circuito a la hora de presionar el pulsador.

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Etapa de Potencia (Control de Actuador): En etapa para controlar el actuador, el cual esta encargado de mantener la esfera en cierta altura y luego esta la suelte, se hizo uso de un transistor el cual es activado por también por la tarjeta de desarrollo Arduino, y a su vez este activa un relay el cual activara el actuador, se hace uso de relay para evitar acoplar ruido en el momento de la activación ya que este produce picos los cuales se puede acoplar ala señar de los sensores y producir errores a la hora de iniciar el programa.

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Etapa del Controlador (Arduino + LCD): Acá se muestra la tarjeta desarrollo usada de la plataforma Arduino, que es el modulo “Arduino Nano”, encargado de toda la parte de control, manejar la salida de potencia y realizar todos los cálculos y este a su vez mostrarlos en la pantalla de cristal (LCD).

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Case para la tarjeta Electrónica: Se presenta el Case Final, donde internamente ira la tarjeta electrónica desarrollada.

4. RESULTADOS DE LA INVESTIGACION Muestra de resultados del “MODO MRU” para obtener la velocidad, por medio de la tarjeta de desarrollo “Arduino” y los sensores conectado a este:

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Resultado final de la tarjeta electrónica diseñada que se emplea para el módulo cinemático:

Este es el modulo final con el cual se llevará a cabo el proyecto, se muestra el modulo de control el cual tiene las configuraciones y donde se visualizará los datos y cálculos obtenidos y a su lado se muestra el Soporte donde están ubicados los sensores y ya previamente marcadas las distancias:

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5. CONCLUSIONES Este trabajo se desarrolló como una propuesta orientada en prácticas experimentales para la enseñanza de cinemática. Este desarrollo a su vez ha logrado generar cambios conceptuales y aprendizajes significativos en los estudiantes con los conceptos de cinemática con esto a su vez afirmamos que es posible proponer herramientas elaboradas por los mismos estudiantes para desarrollar verdaderas experiencias de laboratorio. Se demostró que se es posible diseñar e implementar prácticas de laboratorio para física utilizando elementos electrónicos, tecnología de hoy que nos facilita la programación como es la tarjeta de desarrollo “Arduino” (Open Source) y materiales de fácil acceso, se supera las limitaciones de no contar con infraestructura o equipos en una institución educativa y se puede lograr experimentar la teoría y la práctica. También concluimos a partir de los resultados obtenidos, con lo cual se ha validado la hipotesís del trabajo de la cual partió para la investigación, que se deben considerar como actividades con un carácter consciente, fundamentadas teóricamente con una meta de aprendizaje establecida y orientada ah aplicar los conceptos en la vida cotidiana, así se da mayor valor a la construcción del conocimiento científico. De esta manera se da mayor protagonismo al estudiante en 10

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su proceso de aprendizaje, es decir estas experiencias potencian el proceso de aprendizaje y aumentan los niveles de motivación, indagación y la construcción de conocimiento desde un proceso reflexivo y metacognitivo.

6. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA 1. Londoño Y, Cortés J, (2017), Diseño, construcción e implementación de sistema de adquisición y análisis de datos para la enseñanza del movimiento rectilíneo en el laboratorio. Revista de Física, Scielo, No 25. (http://www.scielo.org.co/pdf/momen/n55/0121-4470-momen-55-00057.pdf). 2. Juviano J, (2018), Diseño e implementación de prácticas de laboratorio como estrategia de aprendizaje Cinemática y Dinámica para el área de Física de grado décimo. (https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/69815). 3. Rodolfo O, Miguel F, Agüero E, Pereyra N, (2016, Experimentos de física utilizando Arduino. Revista de enseñanza de la física. (https://docplayer.es/55057368-Experimentos-de-fisica-utilizando-arduino-tm.html). 4. Gómez L, (2019), Atividades experimentais com arduino abordando

fundamentos da cinemática, termometria e eletrodinâmica na escola estadual de ensino médio Dr. Gabriel Sales Pimenta em Marabá (PA). (https://www.scientiaplena.org.br/sp/article/view/4827/2193).

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