GUÍAS DE LABORATORIO DE FÍSICA I

GUÍAS PRÁTICAS DE LABORATORIO DE FÍSICA I.docx by Hilario Zambrano">

Replanteamiento práctica de la fuerza como vector (Mesa de fuerza)

Con esta práctica se pretende constatar si la fuerza es un vector. Para ello se utilizará la mesa de fuerza como equipo necesario para esta verificación. La teoría que la sustenta es la suma de dos vectores en el plano, en sus tres vertientes: el método analítico, el método gráfico y el método experimental. Las comparaciones entre estos métodos debe ser menor al 5% para poder sostener la certeza de que la fuerza es un vector.

Objetivo General

Verificar si la fuerza es un vector.

Objetivos específicos

1) Dados los datos de dos vectores en el plano, determinar:

1.1) La resultante de la suma de ambos vectores, utlizando el método de las componentes (método analítico).

l.2) La resultante de la suma de los dos vectores, utilizando el método gráfico (método del paralelogramo o método del triángulo).

1.3) La resultante de esta suma, utilizando el método experimental (uso de la mesa de fuerza).

2) Comparar los tres métodos entre sí.

Equipos necesitados

• Mesa de fuerza
• Juego de pesas y hangares.
• Hilo.
• Aro de plástico.
• Nivel.
• Juego de escuadras y transportador.
• Calculadora científica.

Marco teórico

Esta práctica se ubica en la Unidad N° 3 de Física I: Vectores. 

Especificamente se considera la suma de dos vectores en el plano, por los métodos analítico (método de las componentes), y el método gráfico (método del paralelogramo o el método del triángulo).

Procedimiento

1. El profesor les asignará dos vectores en el plano, con sus respectivos módulos y ángulos con respecto a cualquiera de los ejes coordenados.
2. Con esta información, se determinará la resultante de ambos vectores, utilizando los métodos analítico y gráfico.
3. Se utilizará, a su vez, estos datos, para determinar experimentalmente esta resultante, con el uso adecuado de la mesa de fuerza.
4. Se compararán estos métodos entre sí.

Análisis de los datos

1. Se registrarán los resultados obtenidos desde la mesa de fuerza (módulo y dirección del vector resultante), junto con los datos suministrados previamente por el profesor (los módulos y direcciones de los vectores componentes). Las direcciones de los tres vectores se registrarán con respecto al eje x positivo.
2. Se determinará el módulo y dirección del vector resultante, utilizando el método de las componentes y uno de los dos métodos gráficos.
3. Se compararán estos tres métodos, utilizando el error porcentual (exactitud).

Conclusión (Individual)

Dos párrafos.

1. El primer párrafo, y en base a las comparaciones calculadas, se significa si la fuerza es un vector.
2. En el segundo párrafo, explicitar las causas de los errores obtenidos de estas comparaciones.

Nota: para poder afirmar que la fuerza es un vector, TODAS las comparaciones deben ser menores al 5%. Si cualquiera de estos resultados son mayores al 5%, la fuerza es un escalar. Estos resultados deben ser bien constatados para la certeza que se pide, es decir, hay que reducir los errores humanos y sistemáticos (ver guía de la medición en el laboratorio, en este blog).

Replanteamiento de la práctica sobre Movimiento Armónico Simple (Sistema masa-resorte)

Esta práctica se puede subdividir en dos subprácticas:

• El periodo del Movimiento Armónico Simple de un sistema masa-resorte.
• Las características y diferencias de fase de las gráficas posición, velocidad y aceleración, versus el tiempo.

Ambas subprácticas conforman la descripción de un movimiento rectilíneo con aceleración variable, correspondiente a la Unidad N° 4 del contenido programático de la asignatura Física I.

Objetivos generales

Describir la oscilación de un sistema masa-resorte desde el punto de vista cinemático.

Objetivos específicos

1. Determinar la constante de rigidez del resorte, K.
2. Calcular el periodo del M.A.S. del sistema masa-resorte.
3. Calcular el periodo promedio, a partir de la gráfica de posición versus tiempo.
4. Comparar ambos periodos.
5. Caracterizar las gráficas posición-tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo
6. Relacionar los valores máximos y nulos, relativos, entre estas gráficas, para un deteminado valor del tiempo.
7. A partir de estas relaciones, establecer las diferencias de fase entre las gráficas.

Equipos necesitados

• Sensor de movimiento.
• Sensor de fuerza.
• Varilla vertical larga.
• Abrazadera.
• Varilla horizontal corta.
• Resorte.
• Juego de pesas y hangares.
• Soporte.
• Interface.
• Cableado.
• Computador de mesa, con accesorios y software DataStudio.
• Regulador de voltaje.

Procedimiento

1. Montar el sistema masa-resorte (Ver guía oficial).
2. Colocar un hangar en el resorte.
3. Pulse el botón TARE del sensor de fuerza, para incorporar el hangar al resorte e iniciar el registro.
4. Registrar el valor de la posición inicial.
5. Colocar una pesa de 20 g al hangar.
6. Registrar el valor de la nueva posición.
7. Calcular la diferencia de la nueva posición con la posición inicial.. Es la primera elongación del resorte.
8. Registrar el valor de la segunda fuerza restauradora. La primera fuerza es cero.
9. Agregar sucesivas pesas de 10 g, hasta alcanzar una masa total de 70 g.
10. A medida que se agregan pesas de 10 g, repetir los pasos 6 al 8, hasta completar 6 elongaciones y sus respectivas fuerzas restauradoras.
11. Provocar la oscilación del sistema. 
12. Con el software DataStudio, establecer las gráficas posición, velocidad y aceleración, versus el tiempo.
13. A partir de la gráfica posición versús tiempo, ubicar los primeros siete valores máximos. En cada uno de ellos medir y registrar el tiempo correspondiente.
14. Ubicar un determinado valor máximo de la gráfica posición versus tiempo y medir el correspondiente valor de tiempo.
15. Con ese tiempo, ubicar los valores correspondientes en las gráficas velocidad versus tiempo y aceleración versus tiempo.
16. Ubicar un determinado valor cero de la gráfica posición versus tiempo y medir el correspondiente valor de tiempo.
17. Con ese tiempo, ubicar los valores correspondientes en las gráficas velocidad versus tiempo y aceleración versus tiempo.

Marco teórico

Considerar:

• Ley de Hooke.
• Límite de elasticidad de un resorte.
• Amortiguamiento de un resorte.
• Conceptualizar el M.A.S, desde el sistema masa-resorte.
• Describir las gráficas teóricas de este movimiento desde el sistema masa-resorte.
• Describir la ecuación del periodo del M.A.S.(Ver guía oficial)

Análisis de resultados

• Elaborar la gráfica fuerza restauradora versus elongación.
• Determinar la constante de rigidez del resorte, K, a partir de la pendiente aproximada de la gráfica Fuerza restauradora versus elongación.
• Calcular el periodo el M.A.S.
• A partir de los datos de los tiempos de los primeros 7 valores máximos, determinar los 6 primeros periodos de la oscilación.
• Promediar estos 6 periodos.
• Comparar el periodo promedio con el teórico. Es el error porcentual de la práctica (Exactitud)
• Establecer el desfasaje entre las gráficas, x-t, v-t y a-t.

Preguntas:

1. ¿Cómo es la gráfica Fuerza Restauradora versus Elongaciön?
2. ¿Se corresponde esta gráfica con la Ley de Hooke?
3. ¿Se puede asumir que la oscilación del sistema masa-resorte es un Movimiento Armónico Simple? Razonen la respuesta (Ver comparación de periodos).
4. El valor máximo de la posición del resorte, ¿cómo se corresponde con los valores de la velocidad y la aceleración, durante la oscilación?
5. El valor máximo de la velocidad, ¿cómo se corresponde con los valores de la posición y la aceleración, durante la oscilación?

Conclusiones

Las conclusiones son individuales.

Debe contener:

• Un párrafo en el que establezca si la oscilación provocada en el sistema masa-resorte es un M.A.S. Incluir el valor del periodo teórico.
• Un párrafo que establezca las características y los valores de desfasaje de las gráficas del movimiento, representadas.
• A partir de los dos párrafos anteriores, describir la oscilación del sistema masa-resorte, desde el punto de vista de la cinemática.
• Un párrafo que clarifique las causas del error porcentual (comparación entre periodos). Ver la guía de la medición en el laboratorio, para establecer los tipos de errores. ¿El amortiguamiento del resorte pudo haber afectado los resultados del periodo teórico?. Razonar.

Laboratorio de Física I. Replanteamiento práctica Aceleración de la Gravedad

Esta práctica analógica se replantea para simplicar su experiencia, hacerla más científica y servir de ayuda a la preparación del informe. Es más científica porque involucra la teoría de errores. La cantidad de mediciones de tiempo realizadas previamente a los periodos correspondientes permite reducir el error humano.

Objetivo General

Determinar la presentación de la aceleración de la gravedad en Ciudad Bolívar, a partir de un péndulo simple.

Objetivos específicos

1. Determinar la presentación del periodo del péndulo simple.
2. Determinar la presentación de la longitud del péndulo.

Equipos necesitados

• Base.
• varilla con tope.
• Regla graduada.
• Cronómetro.
• Plomada.
• Hilo.

Marco teórico

1. Se define péndulo simple.
2. Se describe la ecuación del periodo del péndulo simple.
3. Se conceptualiza la aceleración de la gravedad.
4. A partir de la ecuación del periodo, se despejará la aceleración de la gravedad.
5. De esta última ecuación, se establece la ecuación para la determinación de la aceleración de la gravedad promedio.
6. Se construye la ecuación de la incertidumbre de la aceleración de la gravedad, utilizando el diferencial y el error.

Procedimiento

1. En 5 items de mediciones, medir en cada uno de ellos 3 ó 4 veces el tiempo para 10 oscilaciones.
2. En cada item se promediará el tiempo y se determinará el periodo, dividiendo el tiempo entre las 10 oscilaciones (el periodo es el tiempo para una oscilación). Les recuerdo que la condición para que el movimiento del péndulo sea armónico simple es establecer un ángulo de lanzamiento pequeño (menor a 20 grados). Este ángulo se ubica entre la cuerda y la varilla vertical. Para determinar este ángulo utilicen la trigonometría del triángulo rectángulo. En total son 5 periodos.
3. Medir 5 veces la longitud del péndulo. No olviden medir desde el origen del hilo hasta la mitad de la plomada. La unidad a utilizar es el metro.
4. Determinar las presentaciones del periodo y la longitud, del péndulo.
5. Calcular la aceleración de la gravedad promedio.
6. Calcular la incertidumbre de la aceleración de la gravedad (Precisión)

Análisis de resultados

1. Construir una tabla para registrar las mediciones de tiempo, periodo y longitud.
2. Calcular el periodo promedio.
3. Determinar la incertidumbre del periodo.
4. Calcular la longitud promedio.
5. Determinar la incertidumbre de la longitud.
6. A partir de las presentaciones de la longitud y el periodo, calcular la aceleración de la gravedad promedio, así como su incertidumbre. 

No olviden las operaciones con cifras significativas. De no hacer estas operaciones no tiene sentido el cálculo de errores.

Conclusiones

1. Se concluye con la pregunta implícita en el objetivo general: ¿Cuál es la aceleración de la gravedad en Ciudad Bolívar?
2. ¿Qué factores desencadenaron la incertidumbre de esta aceleración?

La conclusión es individual.

Laboratorio de Física I. Replanteamiento práctica Lanzamiento de Proyectiles

Con el propósito de especificar las actividades de laboratorio, mejorar la información de la guía oficial y guíar la elaboración del informe, se hace necesario replantear la práctica: Lanzamiento de Proyectiles, la cual es una experiencia digital. 

Objetivo General

Relacionar el tiempo de vuelo y la velocidad inicial en dos tipos de lanzamientos de proyectiles: el lanzamiento horizontal y el lanzamiento inclinado desde cierta altura.

Objetivos específicos

1. Determinar la ecuación para tiempo de vuelo en función de la velocidad inicial de un lanzamiento inclinado desde cierta altura inicial.
2. A partir de la ecuación anterior, determinar la ecuación para el tiempo de vuelo en función de la velocidad inicial de un lanzamiento horizontal.
3. Comparar el tiempo de vuelo teórico con el tiempo de vuelo experimental para ambos tipos de lanzamiento.

Equipos necesitados

• Lanzador de proyectiles.
• Sensor de fotocompuerta.
• Sensor de tiempo de vuelo.
• Proyectil.
• Base.
• Varilla.
• Cables con conectores.
• Interface.
• Computadora de mesa: Monitor, UCP, ratón, teclado, regulador de voltaje y software DataStudio.

Marco teórico

A partir de los conocimientos previos sobre la teoría del movimiento de proyectiles (Física I, Unidad 5), cumplir los dos primeros objetivos específicos. Apoyarse en la bibliografía recomendada y en los recursos de internet.

Procedimiento

1. Realizar el montaje de la práctica (Ver la guía oficial de la práctica).
2. Preparar el software DataStudio para registrar el tiempo de vuelo y la velocidad inicial.
3. Colocar el lanzador en posición horizontal (ángulo de lanzamiento en 0°)
4. Medir el tiempo de vuelo para tres velocidades iniciales (los tiros corto, medio y largo, del lanzador).
5. Registrar esta información en la tabla de datos de la guía oficial.
6. Medir la altura inicial del lanzamiento con una regla graduada. Registrar el dato.
7. Colocar el lanzador con un ángulo de lanzamiento de 10°.
8. Repetir los pasos 4, 5 y 6.
9. Calcular el tiempo de vuelo teórico para cada lanzamiento, utilizando: la velocidad inicial medida, la altura inicial y el ángulo de lanzamiento, en ambos tipos de lanzamiento (son 6 cálculos).
10. Comparar, para cada lanzamiento, los tiempos de vuelo teórico y experimental, utilizando la ecuación correspondiente (son 6 cálculos).
11. Culminar el informe.

Análisis de resultados

1. Registrar los datos de tiempo de vuelo experimental y velocidad inicial en la tabla ubicada en la guía oficial.
2. Registrar la altura inicial de cada lanzamiento.
3. Calcular el tiempo de vuelo teórico para cada lanzamiento, en los dos tipos.
4. Comparar los tiempos de vuelo teórico y experimental, para cada lanzamiento, en ambas inclinaciones. Esta comparación es el error relativo de la práctica (exactitud).
5. Para ayudar en la redacción de las conclusiones, contestar las siguientes preguntas (obviar las preguntas de la guía oficial):

• ¿Cómo es la relación tiempo de vuelo y velocidad inicial en un lanzamiento horizontal?
• ¿Cómo es la relación tiempo de vuelo y velocidad inicial en un lanzamiento inclinado?
• ¿Cómo afecta el grado de inclinación del lanzamiento al tiempo de vuelo?

Conclusiones

A partir de los datos analizados y la contestación de las preguntas anteriores (las dos primeras son la pregunta implícita en el objetivo general), se completará las conclusiones correspondientes. No olvidar agregar un párrafo sobre las posibles causas de los errores cometidos (desde las comparaciones). Sintetizar las respuestas a las preguntas previas en un solo párrafo. Las conclusiones son individuales.

Notas: Para el procedimiento específico de medición de las variables, utilizar la guía oficial. Cualquier duda: mi e-mail, el twitter, el facebook y presencial en cubículo B3 (miércoles de 9.30 AM a 11:30 AM).

Repito las ubicaciones digitales: ramonfisicaudo@gmail.com, www.twitter.com/ramonhilariomar, www.facebook.com/hilario.zambrano.1

REPLANTEAMIENTO PRÁCTICA INSTRUMENTOS DE MEDIDA. LABORATORIO DE FÍSICA I

La siguiente es la información previa a la práctica de laboratorio titulada: Instrumentos de Medición. Esta práctica queda delimitada a la determinación del volumen de un cuerpo rígido geometricamente definido, así como a la incorporación y delimitación de la práctica correspondiente a la determinación de la densidad de varios cuerpos, en diferentes estados y formas, a la sola determinación de la densidad de este cuerpo. La integración de estos aspectos de ambas prácticas establecidas conduce a la realización de una experiencia que determina la densidad de un cuerpo rígido, geométricamente definido, utilizando la Teoría de Errores, analizada en las introducciones previas.

Objetivo General

Establecer la densidad de un cuerpo rígido geométricamente definido, como resultado de la aplicación de la Teoría de Errores.

Objetivos específicos

1. Determinar la presentación de la masa del cuerpo, a partir de las n mediciones de la misma.
2. Determinar la presentación de cada una de las dimensiones del cuerpo rígido, a partir de las n mediciones de cada una de ellas.
3. Determinar la presentación del volumen a partir de su ecuación y de la construcción de la ecuación de incertidumbre correspondiente.
4. Determinar la presentación de la densidad del cuerpo rígido a partir de la relación de las presentaciones de la masa y el volumen.

Equipos necesitados

• Vernier.
• Palmer.
• Balanza analógica.

Marco teórico

• Teoría de Errores.
• Uso del Vernier.
• Uso del Palmer.

La Teoría de Errores ya fue explicada previamente. Los usos del Vernier y del Palmer, investigarlos de la bibliografía.

Procedimiento

1. Medir n veces la masa del cuerpo, utilizando la balanza analógica.
2. Medir n veces cada una de las dimensiones del cuerpo rígido, utilizando el Vernier y el Palmer.
3. Ubicar la ecuación del volumen del cuerpo rígido escogido.
4. Construir la ecuación de la incertidumbre del volumen a partir del diferencial y el error, esto último de ser necesario.
5. Determinar las presentaciones citadas en los objetivos específicos.
6. Cumplir el objetivo general, analizando la causa de los errores detectados.

Análisis de resultados

1. Realizar las tablas recomendadas utilizadas para la determinar las presentaciones resultantes de las n mediciones.
2. Registrar los datos en dichas tablas y completarlas con cálculos. 
3. Calcular los valores más probables e incertidumbres, de las magnitudes: masa y cada una de las dimensiones del cuerpo rígido..
4. A partir de la ecuación del volumen, construir la ecuación correspondiente de la incertidumbre del volumen.
5. Calcular los valores más probable y la incertidumbre, del volumen.
6. Determinar la presentación de la densidad utilizando la operación de división de cifras significativas con error.

No olvidar las operaciones con cifras significativas en los cálculos con magnitudes.

Conclusiones (Parte individual del informe)

Al menos debe contener:

• Lo establecido en el objetivo general (respuesta a la pregunta implícita en éste).
• Analizar las causas de los errores detectados en la práctica y en los cálculos.

No olvidar que las conclusiones son el resultado del análisis previo, en cumplimiento a lo establecido en los objetivos específicos, y encaminado al cumplimiento del objetivo general.

Guía La Medicion en el Laboratorio

La medición en el laboratorio

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PLAN DE EVALUACIÓN DE LABORATORIO DE FÍSICA I

PLAN DE EVALUACIÓN

La asignatura Laboratorio I de Física presenta el siguiente plan de evaluación:

·         Examen previo.

·         Informe.

·         Apreciación.

El examen previo se ejecutará al ingresar al laboratorio. En él se evaluará los siguientes aspectos:

·         Objetivos de la práctica.

·         Equipos necesitados.

·         Procedimiento.

·         Marco teórico relacionado con los objetivos de la práctica.

Este examen se ejecutará a partir de la práctica N° 2. Su valor es el 30% de la nota de la práctica. La práctica N° 1, llamada Nociones Generales, exceptúa el examen previo, ya que es una introducción teórica. Esta práctica se evaluará con un trabajo grupal.

El informe es un trabajo grupal que será entregado a más tardar una semana después, es decir, si la práctica se realizó el día martes, su informe se entregará, a más tardar, el día martes de la semana siguiente. Su valor es el 60% del valor de la práctica.

Los componentes del informe, y sus respectivos valores, se describen en la siguiente tabla:

Componentes y su valor en el informe.
Parte	Descripción	Observación	Valor
Carátula
Indice
Introducción
Objetivos	Objetivos: general y específicos.	Los objetivos específicos son los pasos conducentes al cumplimiento del objetivo general.	0.50 pts.
Equipos necesitados	Los necesarios para realizar la práctica.	¿Con qué equipos cuenta el laboratorio para el cumplimiento del objetivo general?	0.50 pts.
Procedimiento	Es un resumen de la estrategia conducente al cumplimiento del objetivo general.	Se basa en los objetivos específicos.	0.50 pts.
Marco Teórico	Es la fundamentación teórica que sustenta el cumplimiento del objetivo general	Debe ser específico en lo que respecta a los requerimientos de la práctica	0.50 pts.
Análisis de resultados	Se registran las informaciones solicitadas en los objetivos específicos, y a partir de allí de la estrategia seguida. Se registran: ·                    Tablas. ·                    Gráficos. ·                    Mediciones. ·                    Cálculo de variables. ·                    Teoría de errores. ·                    Comparaciones cualitativas y cuantitativas. ·                    Análisis de la información registrada.	Contesta las preguntas implícitas en los objetivos específicos. En las guías aparecen preguntas que orientan este análisis.	4 pts.
Conclusión	Contesta la pregunta implícita en el objetivo general. Se basa en los resultados analizados en el apartado anterior.	Debe incluir la razón de la incertidumbre obtenida. La conclusión es individual.	4 pts.
Recomendaciones		Serán consideradas.
Bibliografía	Son las fuentes que aportaron al marco teórico de la práctica
Anexos	Información, no contemplada en los objetivos, relevante para el avance de la estrategia seguida.
Total			10 pts.

El informe se basa en el Método Científico Experimental. De allí su estructura.

La apreciación es una nota reservada a la discrecionalidad del profesor. Su valor es del 10% de la nota total de la práctica. Se evalúa:

·         Disciplina.

·         Participación en el grupo.

·         Rendimiento académico.

·         Uso de la bata.

La siguiente tabla resume la evaluación, por práctica, a partir de la práctica N° 2:

Evaluación por práctica.
Evaluación	Característica	%
Examen previo	Al ingresar al laboratorio	30
Informe	Grupal, excepto la conclusión (individual)	60
Apreciación	Reservado al profesor	10
Total		100

La nota definitiva es el promedio de las notas de todas prácticas, es decir, cada práctica realizada en los laboratorios tiene el mismo porcentaje de la nota definitiva.

Otros aspectos que afectan a la evaluación de la asignatura:

·         La asistencia es obligatoria. El reglamento establece una inasistencia máxima del 25%, por semestre. En caso de falta, justificarla debidamente.

·         El uso de la bata, a partir de la práctica N° 2, es obligatoria.

·         Bibliografía:

ü  El libro base es: Serway (Física, tomo I). Pueden usar otra bibliografía, tanto tangible como digital.

ü  Laboratorio de Física I. Prof. Ricardo Nitsche. Utilizarlo para la práctica N° 1, en los siguientes aspectos (estudiar para el trabajo):

o   Método Científico.

o   Medición, unidades, dimensiones.

o   El error en la medida.

o   Métodos gráficos.

ü  La medición en el laboratorio. Prof. Ramón Martínez (Aparece en este blog). Esta guía refuerza a la del Prof. Nitsche, y es específica a las actividades del Prof. Ramón Martínez en el transcurso de la práctica N° 1 (estudiarla en su totalidad para el trabajo).

ü  Guías de laboratorio de cada una de las prácticas (algunas de ellas en este blog).

ü  Guías auxiliares de algunas prácticas. Prof. Ramón Martínez. Guías de apoyo a las guías establecidas (información aparecida en este blog).

·         Consulta de acuerdo a fecha y horas asignadas, en el cubículo B3