Análisis Cinemático y Dinámico de un Movimiento Rectilíneo

Objetivos

  • En esta práctica se analizará un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, primero desde el punto de vista cinemático y luego, a partir de la dinámica.

Motivación

En prácticas anteriores se ha descrito el movimiento de cuerpos en una y dos dimensiones. Sin embargo, ¿cuáles son las causas del movimiento? La respuesta a esta pregunta nos lleva al campo de la dinámica, la relación entre el movimiento y las fuerzas que lo causan.

La aceleración de una motocicleta de carreras o cualquier otro vehículo está relacionada, por la Segunda Ley de Newton, con la masa combinada del vehículo y el conductor y con las fuerzas externas que actúan sobre ellos. Se usan diagramas de cuerpo libre para identificar las fuerzas que actúan sobre un objeto, así como la Segunda Ley de Newton para determinar su aceleración. Una vez conocida, se pueden determinar su velocidad y posición a través de métodos cinemáticos.

Este procedimiento se llevará a cabo para realizar el análisis dinámico del movimiento de un planeador sobre un carril de aire sujeto por una cuerda a una masa suspendida de una polea.

Equipo requerido

  • Carril de aire
  • Planeador
  • Compresor
  • Balanza
  • Sensor “polea inteligente”
  • Portapesas
  • Masas de diferentes valores
  • Interfaz ScienceWorkshop 750 (USB)

Procedimiento

Configuración del equipo

Carril.jpg

Figura 1. Montaje requerido para la práctica.

Tenga en cuenta las siguientes indicaciones:

1. La longitud de la cuerda debe permitir solamente un ligero contacto del portapesas con el suelo cuando el planeador termine el recorrido.

2. Disponga la polea inteligente de forma que el hilo quede horizontal y no haga contacto con las paredes del soporte de detención del planeador.

Polea.jpg

Figura 2. Montaje de la polea inteligente.

3. Ubique la polea para que el portapesas no roce la mesa al iniciar el recorrido. Si no es posible lograrlo, el portapesas debe iniciar el movimiento por debajo del nivel de la mesa.

4. No desplace el planeador sobre el carril sin encender el compresor de aire.

Procedimiento de recoleccion de datos

1. Mida la masa total del planeador (MP).

2. Conecte la polea inteligente a la interfaz ScienceWorkshop 750.

3. Configure el sensor activando únicamente las medidas de posición y velocidad.

4. Abra un gráfico de posición vs. tiempo y otro de velocidad vs. tiempo.

5. Suspenda de la cuerda una masa total (portapesas + peso adicional) de 5 g.

6. Registre el movimiento iniciando la toma de datos cuando el planeador haya recorrido aproximadamente 10 cm y finalice su registro cuando se encuentre a cerca de 10 cm del soporte de detención.

7. Repita los pasos 5 y 6 para cuatro masas diferentes. Las curvas de posición vs. tiempo para cada masa deben quedar sobre el mismo gráfico. Lo mismo se aplica para las curvas de velocidad vs. tiempo. (Sugerencia: Presente los datos sin la línea que conecta los puntos experimentales)

8. No olvide guardar la actividad y exportar los datos y las imágenes de los gráficos de posición vs. tiempo y velocidad vs. tiempo.

Análisis Cinemático

1. Observe las curvas de velocidad en función del tiempo y describa cualitativamente cada movimiento.

2. Seleccione los datos de una de las curvas de velocidad en función del tiempo donde pueda garantizar que se trata de un movimiento uniformemente acelerado. Realice un ajuste en esta región.

3. Escriba la ecuación de la curva sin olvidar la incertidumbre que arroja el programa.

4. A partir de los parámetros de la recta obtenidos del ajuste identifique la velocidad inicial y la aceleración del movimiento, con sus incertidumbres absoluta y relativa. Lleve sus resultados a la Tabla No. 1.

5. ¿Qué conclusión puede extraer de la incertidumbre relativa de la aceleración?

Análisis Dinámico

1. Usando los resultados de la aceleración encontrados a través del análisis cinemático para cada una de las masas suspendidas, y de acuerdo con el análisis dinámico hecho en el preinforme, encuentre el valor de la masa del planeador (M) para cada ensayo. Reporte el valor obtenido en la tabla No. 1.

2. Obtenga el valor promedio de la masa del planeador ( ) y las incertidumbres absoluta (M) y relativa ( ). Ver anexo sobre el cálculo de las incertidumbres.

3. Analice las causas que con mayor probabilidad contribuyen a la incertidumbre.

4. Usando el valor promedio de la masa del planeador, determine el valor de la fuerza neta que actúa sobre él en cada ensayo y regístrelo en la tabla No. 2.

5. Analice cómo la variación de la tensión en la cuerda influye sobre el movimiento del sistema planeador-masa colgante.

Bibliografía

F. W. Sears, M. W. Zemansky, H. D. Young, R. A. Freedman. Física Universitaria, volumen 1. Décimo primera edición, Pearson Educación, México, 2004.
PASCO Online Physics Experiments. Motion Challenge.
http://www.pasco.com/experiments/physics/september_2004/home.html

Unless otherwise stated, the content of this page is licensed under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License