Fisica Mecánica. Experimentos

Experimento 5.
Tratamiento gráfico de datos experimentales. Funciones no lineales utilizando el péndulo simple

fisica1utp - 05 de septiembre de 2014 - 06:19 - Experimento 5. Tratamiento gráfico de datos experimentales. Péndulo simple

“Cuando las leyes de la matemática se refieren a la realidad, no son ciertas; cuando son ciertas, no se refieren a la realidad.” Albert Einstein (1879-1955) Científico alemán nacionalizado estadounidense.

Visión general

Resumen:

El estudiante mostrará su habilidad para medir y escribir los datos en forma correcta y aprenderá a analizar un conjunto de datos experimentales de relación no lineal por dos métodos gráficos: el de regresión no lineal y el de un cambio de variable para ajusta el fráfico a una recta. Para aplicar el método gráfico, se considera la variable independietne exacta y la variable dependiente no exacta. Los datos serán obtenidos del periodo de un péndulo simple coplanar que oscila libremente alrededor de la posición de equilibrio en un plano vertical, con longitud variable, pero de masa y amplitud angular constantes. Los datos se registrarán en las tablas propuestas en la guía. Se hará el cambio de variable apropiado para linealizar la curva, según se explica en la guía. Se hallará la ecuación que caracterice la cinemática del péndulo, donde la relación entre Periodo (T en s) y Longitud (L en m) está dada en forma directa por medio de una raíz cuadrada. Se aprecia la relación NO LINEAL cuando la masa y el desplazamiento angular permanecen constantes. Se hallará la ecuación que relaciona las dos variables que se observaran “Periodo como una función de la longitud de un péndulo simple coplanar”. Se compararán las pendientes de la linealización hallada por cada método, con el cálculo de error porcentual y se concluirá al respecto.

Palabras clave:

Relación no lineal, Periodo del péndulo, Longitud del péndulo simple coplanar, Masa del péndulo, Desplazamiento angular, Regresión no lineal por mínimos cuadrados, Método gráfico, Amplitud angular del péndulo.

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Experimento 6. Movimiento uniformemente acelerado (caida libre)

fisica1utp - 05 de septiembre de 2014 - 06:16 - Experimento 6. Movimiento uniformemente acelerado (caida libre)

“Las matemáticas pueden ser definidas como aquel tema del cual no sabemos nunca lo que decimos ni si lo que decimos es verdadero.” Bertrand Russell (1872-1970) Filósofo, matemático y escritor británico.

Visión general

Resumen:

El estudiante demostrará la habilidad adquirida para medir y aprenderá a expresar correctamente un dato experimental medido en forma indirecta. Además, linealizará los datos obtenidos, correspondientes a una función no lineal, para el estudio del movimiento experimentado. Los datos se obtendrán de un cuerpo que cae libremente. El método para el cálculo de la incertidumbre expandida de la gravedad en el laboratorio de física 1, variable que se mide en forma indirecta, se describe en las ecuaciones 7 a 5 y para y para el cálculo de la incertidumbre expandida para mediones directas se encuentra en la guía del experimento 2. Las medidas directas serán: longitud (alturas) y tiempos con sus respectivas incertidumbres. El valor de la incertidumbre de los datos experimentales, es la declaración cuantitativa que permitirá valorar la confiabilidad en este resultado. Los valores numéricos del estimado de la medición y su incertidumbre expandida no deben informarse con un número excesivo de dígitos, por lo que será suficiente utilizar entre dos y tres cifras significativas como máximo, para la expresión de la incertidumbre de medición, redondeando la última cifra de la misma, hacia el número superior consecutivo (para reconocer fácilmente el número de cifras significativas de un dato se debe escribir el dato en notación científica). El valor del mensurando tendrá el mismo número de cifras decimales que el valor de la incertidumbre de medición, redondeando al final y utilizando las reglas de redondeo que se vieron en el experimento 1. Se expresará el resultado de la medición y su incertidumbre con las unidades apropiadas. Para mediciones directas e indirectas, existen dos métodos de evaluación del tipo de incertidumbre. Los cálculos de las incertidumbres Tipo A y tipo B, para mediciones directas, se describieron en el paso 2 de la guía del experimento 2, ecuaciones (12), (13), (14), (15), (16) según el caso. El método tipo A, está basado en un análisis estadístico de una serie de mediciones y el método tipo B comprende toda la demás información externa disponible como: certificados de calibración, manuales de los instrumentos de medición y los equipos de medición (por ejemplo su resolución y tolerancia).

Palabras clave:

Incertidumbre, Confiabilidad, Cifras significativas, Redondeo, Medidas directa, Medidas indirectas, Incertidumbre expandida, Incertidumbre tipo A, Incertidumbre Tipo B, Análisis estadísticos, Calibración, Resolución, Tolerancia.

Dinámica:

A continuación, estudia la forma de linealizar correctamente el gráfico de la función no lineal: "Desplazamiento como una función del tiempo de un objeto que cae libremente" en un papel milimetrado. Luego porcede a estudiar la guía del experimento 6 y despues registra la lista de observables con sus caraterísticas.

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Experimento 7
Plano inclinado (medida de la gravedad)

fisica1utp - 05 de septiembre de 2014 - 06:11 - Experimento 7. Plano Inclinado (cálculo de la aceleración)éndulo

“Para las personas creyentes, Dios está al principio. Para los científicos está el final de todas sus reflexiones.” Max Planck (1858-1947) Físico alemán.

Visión general

Resumen:

El estudiante demostrará su capacida para medir y expresar datos experimentales en forma correcta. Los datos se obtendrán del movimiento de un carro dinámico, por su propio peso, por un plano inclinado con rozamiento nulo. Para el análisis gráfico: "Fuerza de Gravedad (Fg) como una función de la masa (m)", se considerá exacto el valor de la variable independiente (masa en el eje X) e inexacto el valor de la variable depediente (Fuerza de Gravedad (Fg) en el eje Y), se usará la técnica de regresión lineal y se calculará la pendiente: Fg = (ax /sen θ) m. Como a_x es constante, se aplicará las ecuaciones para un movimiento uniformemente acelerado, y en especial: vf_x² - v_ox² = 2a_x(x - x_o). Las MEDIDAS INDIRECTAS son velocidad y aceleración y el método para calcular la incertidumbre expandida se explica en la guía del experimento 6. Las MEDIDAS DIRECTAS son tiempo y longitud y el método para calcular la incertidumbre expandida se explica en la guía del experimento 2. En la guía están las ecuaciones cinemáticas y la deducción de la ecuación para calcular la aceleración.

Palabras clave:

Incertidumbre expandida medida indirecta, Incertidumbre expandida medida directa, Plano inclinado, carril de aire, Segunda ley de Newton, Regresión lineal, Movimiento uniformemente acelerado o Caída libre.

Dinámica:

A continuación, estudia el vídeo "Cálculo de la aceleración de la gravedad, mediante un objeto que cae por un plano inclinado sin rozamiento". Luego estudia la guía del experimento 7 y despues registra la lista de observables con sus caraterísticas.

Video: cómo calcular la aceleración en un plano inclinado

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Experimento 8.
Máquinas Simples

fisica1utp - 05 de septiembre de 2014 - 06:07 - Experimento 8. Máquinas simples

“¿Por qué esta magnífica tecnología científica, que ahorra trabajo y nos hace la vida mas fácil, nos aporta tan poca felicidad? La repuesta es está, simplemente: porque aún no hemos aprendido a usarla con tino.” Albert Einstein (1879-1955) Científico alemán nacionalizado estadounidense.

Visión general

Resumen:

El estudiante mostrará su habilidad para meidr y expresar datos experimentales en forma correcta. Los datos se obtenedrán de la comprobación experimental de las dos condiciones de equilibrio para cuerpos rígidos estáticos (equilibrio de translación: ∑ F = ∑m * g = 0 y equilibrio de rotación: ∑t = ∑R X F=0) . El método para calcular la incertidumbre expandida para medidas directas está en la guía del experimento 2 y para calcular la incertidumbre espandida en medidas indirectas, está en la guía del experimento 6. Para comprobar la primera condición de equilibrio (∑ F = ∑m * g = 0 ), se construirá palancas de primero, segundo y tercer género. Para comprobar la segunda condición de equilibrio (∑t = ∑R X F=0), se trabajará con dos poleas (una fija y otra combinada).

Palabras clave:

Primera condición de equilibrio o Equilibrio transnacional, Segunda condición de equilibrio o Equilibrio rotacional, Torque, Brazo, Palanca, Polea fija, Polea móvil.

Video Palancas

Dinámica 2:

A continuación, observa atentamente el video "Poleas". Extrae los conceptos relevantes y estudia la guía detenidamente. Despues, registra los observables con sus características.

Video: Poleas

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Experimento 9.
Segunda ley de newton

fisica1utp - 05 de septiembre de 2014 - 06:00 - Experimento 9. Segunda ley de newton

Visión general

Resumen

El estudiante demostrará la habilidad para hacer medidas y escribir datos correctos. Los datos serán obtenidos mediante la comprobación de la segunda ley, en un sistema rígido. El sistema rígido se construye por medio de dos masas (m₁ y m₂), atadas a los extremos de una cuerda ideal. La cuerda pasa por una polea ideal con número de ranuras, radio R y masa M conocidos. La polea se ubica en posición intermedia entre las masas (m₁ y m₂). La fuerza externa (T₁), es vertical y hacia abajo producida por el peso de la masa m₁. Una fuerza (T₂), desplaza horizontalmente el carro dinámico de masa m₂. Las masas m₁ y m₂, se trasladan. En la guía, aparece el diagrama de cuerpo libre para cada masa (m₁ y m₂) y para la masa M de la polea. Así mismo, está explícito la segunda ley de Newton para translación (∑F = ∑m*a), en los diagramas de cuerpo libre de las masas (m₁ y m₂) y la segunda ley de Newton para rotación (∑t = ∑I* α), en el diagrama de cuerpo libre de la masa M de la polea. También, en la guía, aparece resuelto el sistema de ecuaciones que describen ambos movimientos (translación y rotación) y la relación entre las variables de los sistemas. Se registra el tiempo que tarda en pasar cada ranura de la polea con su respectivo ángulo por un punto dado. Se repiten las mediciones para 5 cinco pares de juegos de masas m₁ y m₂diferentes. Se calcula la aceleración para cada par de las fuerzas F₁, y F₂diferentes generadas por los pesos de las masas. Para el análisis gráfico se considera la variable independiente como exacta y solo existirá la incertidumbre expandida para la variable dependiente. Se construyen los cinco gráficos solicitados en la guía y se halla la pendiente para cada caso. El valor de la pendiente de cada gráfico se compara con el valor total de la masa del sistema para cada caso (cálculo de error porcentual) y se concluye. Los datos de las variables directas e indirectas, siempre deben expresarse en forma correcta, incluyendo nombres y unidades. El método para calcular la incertidumbre expandida para datos medidos en forma directa, está en la guía del experimento 2 y en la guía del experimento 6, está el método apra calcular la incertidumbre expandida de medidas indirectas. Se encontrará la relación que existe entre el movimiento de translación y el movimiento de rotación de un sistema rígido

Palabras clave:

Segunda ley de Newton, Masa inercial rotacional, Torque, Aceleración lineal o Aceleración tangencial, Aceleración angular.

Dinámica:

A continuación, observa cuidadosamente el vídeo "Segunda ley de Newton". Despues estudia detenidamente la guía del experimento 9 y despues registra la lista de observables con sus caraterísticas.

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Experimento10.
Cálculo de la gravedad con el péndulo simple

fisica1utp - 05 de septiembre de 2014 - 05:50 - Experimento 10. Cálculo de la gravedad con el péndulo simple

Visión general

Resumen:

El estudiante demostrará la habilidad para medir y escribir datos correctos. Los datos serán obtenidos de cincuenta oscilaciones de un péndulo simple, alrededor de la posición de equilibrio, en un plano vertical, con rozamiento nulo en el punto de suspensión; además la masa, longitud, amplitud horizontal y amplitud angular, serán constantes. Para el análisis gráfico por el método de mínimos cuadrados: "Periodo como una función de la longitud", tendrá presente que el valor de la variable independiente será exacto y solo el valor de la variable dependiente se verá afectado por la incertidumbre expandida. Dicho valor, podrá ser comparado con el valor estándar de la gravedad al nivel del mar, por medio del error porcentual % ɛ= [Іg_estandar-g_pereiraІ/g_pereiraІ]*100%<=20% . Ésto, permitirá hacer una comparación entre la diferencia de los valores obtenidos en el Laboratorio de Física 1, ubicado en La Universidad Tecnológica de Pereira con al valor estándar con referencia al el Nivel del Mar.

Palabras clave:

Incertidumbre expandida, Aceleración gravedad, Periodo, Péndulo simple coplanar, amplitud horizontal, amplitud angular, rozamiento punto suspensión.

Dinámica:

A continución, observa detenidamente el video que muestra cómo calcular la aceleración de la gravedad con un péndulo simple. Despues, estudia cuidadosamente la guía del experimento 10 y registra la lista de observables con sus características.

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Acepciones referentes a la Física,
a la Ciencia,
a las Leyes
y a las Teorías
(actualizado: 10,2)

fisica1utp - 11 de agosto de 2010 - 11:17 - Documentos de Interes General

FÍSICA: ciencia que estudia las interacciones de:

la materia con la materia,

la materia con la energía,

la materia con la luz,

la materia con el espacio tiempo.

La física es una CIENCIA natural que estudia los fenómenos físicos en los que no cambia la naturaleza de las sustancias participantes

FISICA CLÁSICA: desde el punto de vista matemático es aquella en cuyas ecuaciones NO aparece la constante de Planch.

Actualmente se asume que las LEYES fundamentales de la naturaleza, son las LEYES CUÁNTICAS y la TEORÍA CLÁSICA es la aplicación de las LEYES CUÁNTICAS al MUNDO MACROSCÓPICO.

TEORIA DE CUERDAS: busca establecer las leyes generales, las cuales serán válidas tanto para la FÍSICA CLÁSICA como para la FÍSICA CUÁNTICA.

LEY: es una HIPÓTESIS cuyas predicciones se han visto comprobadas muchas veces. Todas las LEYES son abstracciones de la realidad en la que aparecen los factores relevantes de la SITUACIÓN o FENÓMENO y a la vez se omite una variedad de factores que aparecen en la SITUACIÓN REAL.

Las LEYES solo representan MODELOS IDEALIZADOS de la naturaleza.

LEY CIENTÍFICA: expresión que afirma CUALITATIVA y/o CUANTITATIVA las relaciones funcionales entre dos o más variables. Por ejemplo: LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL.

Para formular una LEY, sus predicciones deben cumplirse cada vez que se aplica.

MODELO: abstracción idealizada de un OBJETO o un EVENTO en estudio. Construir MODELOS es una de las tareas primordiales de un CIENTÍFICO. Es necesario elaborar MODELOS porque dado un EVENTO (natural) COMPLEJO, NO es posible estudiarlo en todos sus aspectos para comprenderlo, por ello es necesario simplificarlo e idealizarlo para su análisis.

MODELO FORMAL: expresión simbólica (en términos lógicos) de un sistema idealizado, con las propiedades esenciales del sistema original. Cualquier LEY o TEORÍA es un MODELO FORMAL de los FENÓMNOS en que se aplica. Por ejemplo: el sistema solar representado por las LEYES DE KEPLER, las cuales a su vez pueden deducirse de la LEY DE GRAVITACION UNIVERSAL y las LEYES DE LA EMCÁNICA.

MODELO MATERIAL: es la sustitución de un SISTEMA REAL por otra SIMPLE que tiene algunas PROPIEDADES MÁS SIMPLES que el MODELO ORIGINAL. Por ejemplo: las características de vuelo de un avión se determinan usando pequeños modelos a escala en TÚNELES DE VIENTO, un mapa representa en pequeña escala los accidentes geográficos relevantes de una región.

MÉTODO CIENTÍFICO: pasos básicos mínimos

1 TESIS

2 HIPÓTESIS

3 COMPROBACIÓN EXPERIMENTAL

4 CONCLUSIÓN

5 GENERALIZACIÓN

HECHO: AFIRMACIÓN acerca de un fenómeno natural. La AFIRMACIÓN se acepta como correcta. Generalmente la AFIRMACIÓN se obtiene por OBSERVACIÓN DIRECTA. Por ejemplo: si se suelta un objeto, éste cae al suelo.

CIENCIAS FORMALES: ciencias que estudian las IDEAS, NO se refieren a nada que se encuentra en la REALIDAD, se caracteriza principalmente por demostrar o probar sobre las bases de PRINCIPIOS LÓGICOS o MATEMÁTICOA, pero NO confirman experimentalmente sus enunciados.

CIENCIAS FACTUALES: ciencias que estudian HECHOS que ocurren en el mundo, se caracterizan porque pueden ser DEMOSTRADAS mediante la OBSERVACIÓN y la EXPERIMENTACIÓN al plantearlas como HIPÓESIS, TEORÍAS O LEYES.