EXPERIENCIA N°3: MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME (M.R.U

Universidad de La Serena Departamento Física y Astronomía

Curso: Laboratorio Biofísica Experiencia Nº 3: Movimiento Rectilíneo Uniforme

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EXPERIENCIA N°3:

MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME (M.R.U) OBJETIVOS:

• Determinar analítica y gráficamente la rapidez de un cuerpo de masa m que se mueve con un M.R.U.

• Determinar experimentalmente la velocidad de un objeto midiendo variables cinemáticas.

• Conocer y aprender el uso de equipos e instrumentos como el riel de aire, medidor digital de tiempo en circuito con fotoceldas.

• Aplicar y profundizar en las técnicas de análisis de datos experimentales. PROBLEMA INICIAL:

El movimiento rectilíneo uniforme fue definido por primera vez por Galileo Galilei en los

siguientes términos:

"Por movimiento igual o uniforme entiendo aquél en el que los espacios

recorridos por un móvil en tiempos iguales, tómense como se tomen, resultan

iguales entre sí"

Si un objeto (como una bolita, por ejemplo) recorre una superficie plana: ¿su movimiento será rectilíneo uniforme? ¿Por qué?

¿Qué condiciones se deben cumplir para que el movimiento de la esfera, sea rectilíneo uniforme?

ANTECEDENTES TEÓRICOS:

El concepto de movimiento se refiere a la modificación de la posición de los cuerpos entre sí; o sea, tiene un significado relativo. Un movimiento rectilíneo uniforme es matemáticamente el mas simple de los movimientos

Este movimiento se caracteriza por que:



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• la trayectoria descrita por el objeto es una línea recta; • el vector velocidad es uniforme a lo largo de toda la trayectoria. El hecho de que

el vector velocidad es constante significa que no cambia su módulo o magnitud, como tampoco cambia la dirección y el sentido del movimiento;

• la aceleración es nula, ya que en virtud de que la velocidad es uniforme, el vector cambio de velocidad es nulo.



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Las ecuaciones cinemáticas que gobiernan el movimiento rectilíneo uniforme son las siguientes:

!x = !x0 +

!v t ;

!v = constante ; y !a = 0

donde !x0 corresponde al vector posición del cuerpo respecto al origen de un sistema de

referencia en el instante t0 = 0 . Como el movimiento es unidimensional, esas ecuaciones conducen a las

siguientes expresiones escalares para la posición, velocidad y aceleración, respectivamente:

0x x vt= + ; v constante= ; y 0a = La gráfica posición en función del tiempo es una recta con pendiente 0m ≠ .

ACTIVIDADES

En su puesto de trabajo está montado un “riel de aire”. Este es un dispositivo que permite el desplazamiento de un carro “prácticamente” sin roce. El montaje contempla, además, dos fotoceldas o celdas fotoeléctricas que cumplen un rol de interruptores que abren o cierran un circuito eléctrico. Las fotoceldas se conectan eléctricamente a un medidor Smart Timer, que permite medir el intervalo de tiempo que tarda el carro en recorrer la distancia entre las dos fotoceldas.

Se debe hacer que el carro deslice sobre el riel en funcionamiento después de darle siempre un mismo impulso inicial mediante el dispositivo elástico. Ver figura

Con el cumplimiento de estas condiciones el carro se desplazará, “aproximadamente”, sin aceleración.

El trabajo de laboratorio consiste en determinar el valor experimental de la velocidad con que se mueve el carro que desliza sobre una superficie horizontal exenta de rozamiento.

Para iniciar el proceso de medición se le sugiere seguir el procedimiento que se indica a continuación:



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1.- Compruebe con el nivel que el riel de aire esté en posición horizontal.

2.- Encienda el medidor Smart Timer; presione el botón 1 “Select Measurement” que permite seleccionar el tipo de medición, y elija la opción Time; presione el botón 2 “Select Mode” que permite discernir respecto del tipo de experimento y elija la opción Two Gates puesto que se trabajará con dos fotoceldas.

3.- Encienda la fuente de aire y gire el dial hasta el nivel 3. Asegúrese que el dispositivo que conduce el aire no tenga pérdidas. Una vez que determine el nivel apropiado de aire debe mantenerlo constante durante toda la experiencia. Con este nivel de aire debería lograr que al aplicarle al carro un pequeño impulso, éste se deslice suavemente sobre el riel.

4.- Coloque la fotocelda Nº 1 en una posición lo más cercana posible al dispositivo elástico, procurando que la pantalla del carro se localice entre este dispositivo y la fotocelda.

5.- Coloque la segunda fotocelda a una cierta distancia Δx de la primera. Mida cuidadosamente esta distancia y regístrela en la como Δx1 .

6.- Adhiera el carro al dispositivo elástico y manténgalo en esta posición.

7.- Suelte el carro para que se deslice entre las dos fotoceldas. Registre en la tabla 1 el valor de tiempo que indica el medidor de intervalos de tiempo como Δt y reinicie el contador presionando el botón correspondiente. Repita y registre esta medición tres o cuatro veces. Calcule el valor promedio de los intervalos de tiempo medidos y anótelo como Δt1 . Asuma que este valor promedio corresponde al tiempo que demora el carro en cubrir la distancia entre ambas fotoceldas. Procure disponer, para cada distancia, de un conjunto de datos de tiempo no dispersos.

8.- Cambie la segunda fotocelda de posición, alejándola de la primera, mida y registre la distancia entre ambas fotoceldas. Repita, sucesivamente, el proceso indicado en el paso anterior hasta lograr unas diez mediciones para la distancia recorrida, Δx2 , ! , Δx10 , y

los correspondientes tiempos promedios, Δt2 , ! , Δt10 , cautelando que la distancia entre las dos fotoceldas aumente de manera regular y que cubra la extensión del riel.

9.- Una vez que se ha completado la tabla 1, construya una gráfica “distancia recorrida en función del tiempo”. Ajuste sus datos experimentales a una de las curvas proporcionadas por el software que usted disponga. Trace la curva de ajuste y obtenga la ecuación correspondiente.

10.- Analice la ecuación de la gráfica encontrada, relaciónela con el objetivo de la experiencia y deduzca a partir de alguno de sus parámetros la velocidad experimental del carro.

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REGISTRO DE DATOS M.R.U

NOMBRES: 1. _______________________________________ FECHA: _____________ 2. _______________________________________ GRUPO: _____________ 1.- Movimiento Rectilíneo Uniforme

6.- Cálculo de errores porcentuales:

• Error porcentual del valor obtenido de 𝐹! con el método del paralelógramo respecto del analítico:

𝜀% =𝑉!"á!"#$ − 𝑉!"!#í!"#$

𝑉!"!#í!"#$∙ 100 = ____________%

Nº

( )x mΔ ( )1t sΔ

V m

s⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Velocidad Promedio 𝑉 ± 𝑑𝑉 = ± (𝑚/𝑠) Ecuación de la recta

Velocidad de un cuerpo V= (m/s)

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ANALICE Y RESPONDA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS:

1. Si realizara la gráfica posición v/s tiempo ¿Qué representaría el área bajo la curva?. Explique

2. Realice un análisis físico de pasado si la pendiente de su grafica es negativa? 3. ¿Cuando podemos asegurar que un cuerpo posee movimiento rectilíneo uniforme? Escriba

tres ejemplos de la vida cotidiana. 4. Investigue al menos una utilización de análisis de movimiento en su área de la kinesiología.

BIBLIOGRAFÍA

• Apuntes y guías profesores Manlio Maldini y María Lina Berrios. • Apuntes de clases de la asignatura de Física I Ingeniería Civil. • Manual de Laboratorio Física I, Ingeniería Civil.

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