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CINEMÁTICA
ESCUELA DE FÍSICA (UNAH)
SECCIÓN ENSEÑANZA DE LA FÍSICA
GUÍA PARA PRÁCTICA DE
LABORATORIO
FÍSICA GENERAL I (FS-100)
AUTOR: M.Sc. MAXIMINO SUAZO
PRÁCTICA N° 2
VELOCIDAD TERMINAL
DE UNA GOTA DE AGUA
I. REFERENCIAS
Véase
Serway, Raymond A. "Física", 3a edición (Mc Graw-Hill, 1993), sección 6.4 / Movimiento en presencia
de fuerzas resistivas; Capítulo 3/ Movimiento en una dimensión.
Sears, F.W., Zemansky, M.W., Young, H. D. y Freedman R.A. “Física Universitaria”, 9na edición (Pearson
Educación, 1999), Capitulo 2 / Movimiento a lo largo de una línea recta; Sección 5.4 Fuerzas de fricción:
resistencia de fluidos y rapidez terminal.
Suazo, M., "Introducción a las mediciones e incertidumbres", Material de lectura , Capítulo 1, sección
1.7/ Valor central e incertidumbre absoluta en medidas aleatorias; Capítulo 3 /Ajuste de datos
experimentales.
II. OBJETIVOS
Al finalizar esta práctica el estudiante será capaz de:
1.
2.
3.
4.
Realizar mediciones directas de tiempo usando cronómetro digital manual.
Trazar gráficas de la posición en función del tiempo de objetos que se mueven en línea recta escogiendo
apropiadamente las escalas.
Ajustar datos experimentales a una linea recta utilizando regresión lineal
Describir cualitativa y cuantitativamente la cinemática del movimiento de una gota de agua en caída vertical
a través de aceite vegetal apoyándose para ello en el análisis gráfico y el cálculo de velocidades promedio.
III. PROBLEMA
Una gota de lluvia formada en la atmósfera superior cae
verticalmente hacia la superficie de la tierra moviéndose a través del
aire quieto. a) )Cuales son las características cinemáticas de su
movimiento? b) Si la gota de agua se moviera en caída vertical a
través de aceite vegetal )cambiarían las características de su
movimiento respecto al de su caída vertical a través del aire?
Figura 2.1. Gene Kelly en la película
“Cantando bajo la lluvia”.
8 Cinemática
IV.
Práctica N° 2
REVISIÓN DEL MARCO TEÓRICO
De acuerdo a la bibliografía consultada.
a)
)Cómo se comportan la aceleración y la velocidad de la gota de agua durante la caída a través del aire? (Haga
representaciones gráficas a mano alzada de cada una de estas cantidades)
b)
)Si la gota de agua se moviera en caída vertical a través de aceite vegetal )Cambiarían las características de
su movimiento respecto al de su caída a través del aire? Explique
c)
)Qué cantidades físicas necesitamos medir para registrar este movimiento?
d)
Haga un listado de las ecuaciones cinemáticas básicas que disponemos para analizar los datos experimentales
obtenidos mediante el registro del movimiento.
e)
¿Qué es regresión lineal y en qué consiste ese proceso?
Práctica N° 2
Cinemática 9
V. MONTAJE EXPERIMENTAL
MATERIALES Y EQUIPO
-
Tubo de Moreu y accesorios para instalación (ver figura 2.2)
Cronómetro digital manual
Nivel mediano de burbuja
Aceite vegetal y embudo
Cinta adhesiva (Maskin tape)
Recipiente con agua
Gotero
Trozo de tela
Hoja de papel milimetrado o cuadriculado
PREPARACIÓN
L
L
L
VI.
Instale verticalmente el tubo de Moreu utilizando los accesorios e instrumentos
proporcionados por el Instructor y siguiendo las indicaciones verbales que él le
proporcionó al inicio de la práctica (vea la figura 2.2). Asegúrese de que el tapón
de corcho (o de hule) esté instalado en el extremo inferior del tubo.
Usando el embudo vierta el aceite vegetal dentro del tubo de vidrio hasta que el
nivel alcance unos 3 cm por debajo del borde superior del tubo.
Verifique la verticalidad del tubo de vidrio usando el nivel de burbuja o una
plomada.
Figura 2.2. Instalación del
tubo de Moreu.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
U
U
U
U
U
Con el tubo de Moreu ya instalado y preparado debidamente, introduzca la punta de un gotero con agua en la
columna de aceite. Apriete la perilla de hule del gotero hasta que se forme una gota de tamaZo mediano en el
orificio de salida del mismo. Tire del gotero rápidamente hacia arriba (pero con cuidado) a fin de que la gota
de agua quede libre.
Escoja cualquiera de las marcas superiores de la escala graduada como origen para comenzar a contar el tiempo.
Dado que la distancia entre dos marcas consecutivas es de 5.0 cm, Usted debe prepararse para registrar el
tiempo correspondiente a las posiciones 5.0cm, 10.0cm, 15.0 cm, etc. (ver tabla 2.1).
Active el cronómetro cuando el borde inferior de la gota de agua parezca tocar la marca seleccionada. A este
evento le corresponde un tiempo t=0.00 s, y una posición vertical Y=0.0 cm. No se olvide de este dato.
Cuando el borde inferior de la gota "toque" la siguiente marca indeleble más próxima de la escala, "congele"
la medida del tiempo transcurrido que indica el cronómetro y efectúe la lectura correspondiente. Anote este
resultado en la tabla 2.1. Active el cronómetro nuevamente.
Repita el paso anterior para cada marca sucesiva realizando como mínimo, 12 mediciones.
TABLA 2.1. REGISTRO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES.
DATO
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Y(cm)
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
55.0
60.0
t(s)
10 Cinemática
Práctica N° 2
VII. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES
(
En una hoja de papel milimetrado construya una gráfica de la posición de la gota de agua en función del tiempo,
es decir, Y=Y(t) (suponga que las distancias verticales medidas hacia abajo son positivas). No trace líneas
uniendo los puntos que ha graficado.
(
Si los puntos graficados se ordenan de manera aproximada siguiendo una línea recta, aplique regresión lineal
para calcular la pendiente y el intercepto de dicha recta.
(
Use los valores numéricos de las constantes calculadas y escriba una ecuación que sirva para calcular la
posición de la gota que cae a través del aceite vegetal en función del tiempo.
(
Con la ecuación anterior genere puntos suficientes para trazar la linea más representativa de los datos graficados
en el primer inciso. Use el mismo eje coordenado en el cual graficó los datos experimentales.
(
Usando todos los datos de la tabla 2.1 calcule la velocidad media para cada par de puntos consecutivos. Es
decir,
V12'
(
Y2&Y1
t2&t1
'
V23'
Y3&Y2
t3&t2
'
Obtenga el promedio de las velocidades medias que calculó anteriormente y su incertidumbre absoluta.
Práctica N° 2
Cinemática 11
VIII. CONCLUSIONES
i)
¿Cuál es la ecuación que describe la posición en función del tiempo de la gota de agua en caída vertical a través
del aceite? Proporcione los valores numéricos de las constantes.
ii)
¿Qué relación existe entre la pendiente de la recta y el promedio de velocidades medias?
iii)
Tomando en cuenta los resultados ¿cómo clasificaría el movimiento de la gota de agua en caída a través de
aceite vegetal?
iv)
)Qué aspectos cualitativos, descritos teóricamente para el movimiento de una gota de agua en caída vertical
a través de aire en reposo, se observaron en el laboratorio para el movimiento de una gota de agua cayendo a
través de aceite vegetal?
v)
)A qué conclusión arriba respecto al problema planteado?
IX.
APLICACIONES
N
)Qué función desempeZa el paracaídas cuando una persona u objeto es lanzado desde un avión?
N
Cuando una bala ha sido lanzada verticalmente hacia arriba )Regresa al suelo con la misma rapidez con la que
salió del caZón del arma? Explique.