ANÁLISIS
DEL MOVIMIENTO DE UN SISTEMA
OBJETIVOS: Analizar
el movimiento de un móvil sobre un riel, reproducir el trabajo de Galileo,
graficar X=f(t), calcular la aceleración del móvil.
FUNDAMENTO
TEÓRICO: La rama de la física que se ocupa del estudio del
movimiento, lo que lo produce y lo afecta, se llama mecánica. El interés humano en el movimiento se remonta a las
civilizaciones más antiguas. Varios científicos de la antigua Grecia, entre
quienes se destacaba Aristóteles, propusieron teorías sobre el movimiento,
dichas teorías fueron consideradas descripciones útiles, aunque más tarde se
demostró que no eran del todo ciertas.
Galileo (1564-1642) e Isaac Newton (1642-1727) formularon gran parte de los conceptos sobre el movimiento que tienen hoy en día amplia aceptación.
La mecánica se divide en dos partes: cinemática y dinámica.
La cinemática se ocupa de describir el movimiento de los objetos sin considerar qué es lo que lo causa.
La dinámica analiza las causas del movimiento, o sea las fuerzas.
Al estudiar la cinemática estudiamos también otras magnitudes como velocidad, aceleración, tiempo y desplazamiento.
Definimos desplazamiento como la distancia en línea recta entre dos puntos, uno de ellos recibe el nombre de punto inicial y el otro punto final se representa con Δx y se calcula xf-xi. Es una magnitud vectorial por lo tanto tiene las cuatro características: dirección, sentido, módulo y punto de aplicación.
La velocidad nos dice que tan rápidamente se está moviendo algo y en qué dirección se está moviendo. Podemos hablar de velocidad media y velocidad instantánea. Es también una magnitud vectorial, por lo tanto presenta las cuatros características de un vector.
La aceleración es una magnitud vectorial con igual dirección y sentido que la fuerza neta y que expresa a cuantos metros por segundos se desplaza un móvil por cada segundo que transcurre.
Según Aristóteles el estado natural de los cuerpos era el reposo y solamente se encontraba en movimiento si sobre el actuaba una fuerza. Más tarde Galileo cambió esta concepción del movimiento y demostró que los objetos en caída libre “caen” con la misma aceleración, sea cual fuera su masa o peso. No explicó porque lo hacen, pero Newton si lo hizo, por eso juega un papel muy importante en la dinámica.
Los movimientos pueden ser rectilíneo uniforme o rectilíneo uniformemente variado.
El movimiento rectilíneo, es aquel movimiento cuya trayectoria es una línea recta y que se desplaza con una velocidad constante. Cuando ocurre un cambio de velocidad, es decir, cuando un cuerpo se acelera, estamos frente a un movimiento rectilíneo uniformemente variado.
La dinámica es la rama de la física que estudia la relación entre la fuerza y el movimiento Isaac Newton fue el principal contribuyente de la dinámica, resumió las principales relaciones y principios, a los que llamamos leyes de Newton. Cuando hablamos de las causas del movimiento hablamos de fuerzas.
Una fuerza es capaz de poner en movimiento a un objeto estacionario, de acelerar o no un objeto, o también cambiar la dirección en que se mueve.
Newton creó tres leyes a las que llamamos: principio de inercia, principio o ley de masa y la ley de acción y reacción.
Se define como inercia a la tendencia natural de un objeto a mantener un estado de reposo o de MRU. Galileo sentó las bases de la primera Ley de Newton. Finalmente Newton concluyó que en ausencia de la aplicación de una fuerza no equilibrada, un cuerpo en reposo permanece en reposo, y un cuerpo en movimiento permanece en movimiento con velocidad constante. “Todo cuerpo permanecerá en su estado de reposo o MRU a no ser que sea obligado por fuerzas externas a cambiar de estado”.
Mediante la segunda ley de Newton, se deduce que la fuerza neta de un objeto es directamente proporcional a la aceleración del mismo e inversamente proporcional a la masa.
De esta ley concluimos que el vector aceleración tiene igual dirección y sentido que la fuerza neta y que cuando una aumenta, la otra aumenta proporcionalmente; mientras que la masa se reduce inversamente proporcional.
El principio de acción reacción explica que: en cualquier aplicación de fuerza, siempre hay una interacción mutua y que se dan en paras. Para cada fuerza (acción), hay una fuerza (reacción) de igual dirección y modulo. Pero con diferente punto de aplicación y con sentidos opuestos.
Galileo (1564-1642) e Isaac Newton (1642-1727) formularon gran parte de los conceptos sobre el movimiento que tienen hoy en día amplia aceptación.
La mecánica se divide en dos partes: cinemática y dinámica.
La cinemática se ocupa de describir el movimiento de los objetos sin considerar qué es lo que lo causa.
La dinámica analiza las causas del movimiento, o sea las fuerzas.
Al estudiar la cinemática estudiamos también otras magnitudes como velocidad, aceleración, tiempo y desplazamiento.
Definimos desplazamiento como la distancia en línea recta entre dos puntos, uno de ellos recibe el nombre de punto inicial y el otro punto final se representa con Δx y se calcula xf-xi. Es una magnitud vectorial por lo tanto tiene las cuatro características: dirección, sentido, módulo y punto de aplicación.
La velocidad nos dice que tan rápidamente se está moviendo algo y en qué dirección se está moviendo. Podemos hablar de velocidad media y velocidad instantánea. Es también una magnitud vectorial, por lo tanto presenta las cuatros características de un vector.
La aceleración es una magnitud vectorial con igual dirección y sentido que la fuerza neta y que expresa a cuantos metros por segundos se desplaza un móvil por cada segundo que transcurre.
Según Aristóteles el estado natural de los cuerpos era el reposo y solamente se encontraba en movimiento si sobre el actuaba una fuerza. Más tarde Galileo cambió esta concepción del movimiento y demostró que los objetos en caída libre “caen” con la misma aceleración, sea cual fuera su masa o peso. No explicó porque lo hacen, pero Newton si lo hizo, por eso juega un papel muy importante en la dinámica.
Los movimientos pueden ser rectilíneo uniforme o rectilíneo uniformemente variado.
El movimiento rectilíneo, es aquel movimiento cuya trayectoria es una línea recta y que se desplaza con una velocidad constante. Cuando ocurre un cambio de velocidad, es decir, cuando un cuerpo se acelera, estamos frente a un movimiento rectilíneo uniformemente variado.
La dinámica es la rama de la física que estudia la relación entre la fuerza y el movimiento Isaac Newton fue el principal contribuyente de la dinámica, resumió las principales relaciones y principios, a los que llamamos leyes de Newton. Cuando hablamos de las causas del movimiento hablamos de fuerzas.
Una fuerza es capaz de poner en movimiento a un objeto estacionario, de acelerar o no un objeto, o también cambiar la dirección en que se mueve.
Newton creó tres leyes a las que llamamos: principio de inercia, principio o ley de masa y la ley de acción y reacción.
Se define como inercia a la tendencia natural de un objeto a mantener un estado de reposo o de MRU. Galileo sentó las bases de la primera Ley de Newton. Finalmente Newton concluyó que en ausencia de la aplicación de una fuerza no equilibrada, un cuerpo en reposo permanece en reposo, y un cuerpo en movimiento permanece en movimiento con velocidad constante. “Todo cuerpo permanecerá en su estado de reposo o MRU a no ser que sea obligado por fuerzas externas a cambiar de estado”.
Mediante la segunda ley de Newton, se deduce que la fuerza neta de un objeto es directamente proporcional a la aceleración del mismo e inversamente proporcional a la masa.
De esta ley concluimos que el vector aceleración tiene igual dirección y sentido que la fuerza neta y que cuando una aumenta, la otra aumenta proporcionalmente; mientras que la masa se reduce inversamente proporcional.
El principio de acción reacción explica que: en cualquier aplicación de fuerza, siempre hay una interacción mutua y que se dan en paras. Para cada fuerza (acción), hay una fuerza (reacción) de igual dirección y modulo. Pero con diferente punto de aplicación y con sentidos opuestos.
MATERIALES: Soporte, sensores,
riel, cronómetro, regla centimetrada y el móvil.
PROCEDIMIENTO:
1- Primeramente armamos el sistema.
2- Para armar correctamente el sistema debemos colocar el riel sobre los soportes que poseen los sensores. Conectar el contador (que a su vez está conectado a los sensores) a la corriente.
3-Comprobamos que el sistema está correctamente armado.
(Utilizamos para medir la distancia entre los sensores una regla con alca
1- Primeramente armamos el sistema.
2- Para armar correctamente el sistema debemos colocar el riel sobre los soportes que poseen los sensores. Conectar el contador (que a su vez está conectado a los sensores) a la corriente.
3-Comprobamos que el sistema está correctamente armado.
(Utilizamos para medir la distancia entre los sensores una regla con alca
nce 100 cm, apreciación 1 cm, estimación 0,5 cm.)
4- Colocamos los sensores a 0,10 m, luego colocamos el carrito lo más próximo a los sensores y lo dejamos deslizarse. La primera tirada para esta medida nos dio 0,27 segundos, la segunda 0,26 segundos, la tercera 0,27 segundos y la cuarta 0,26 segundos.
5- Colocamos los sensores a 0,20 m de distancia. Dejaos caer el riel, el primer intervalo de tiempo registrado fue 0,45 segundos, el segundo fue 0,44 segundos, el tercer intervalo de tiempo fue de 0,50 segundos, y el último intervalo para esta medida fue de 0,40 segundos.
6- Colocamos los sensores a 0,30 m de distancia, dejamos caer el carrito por el riel, se registró un tiempo de 0,49 segundos, lo lanzamos de nuevo y se registró un tiempo de 0,40 segundos, el tercer intervalo de tiempo que se registró fue de 0,49 segundos, el último intervalo registrado fue de 0,50 segundos.
7-Establecer una distancia entre sensor y sensor. Lanzar el carrito por el riel, el primer intervalo de tiempo registrado fue de 0,59 segundos, el segundo fue de 0,59, el tercer intervalo fue de 0,60 segundos y el cuarto intervalo registrado fue de 0,60 segundos.
8- Colocamos los sensores a una distancia de 0,50 m. El primer intervalo de tiempo registrado fue de 0,67 segundos, el segundo lanzamiento registró una medida de 0,67 segundos, la tercera medida fue de 0,66 segundos y el último intervalo registrado de tiempo fue de 0,67 segundos.
9- Realizamos el promedio del tiempo para cada distancia y lo registramos en una tabla de datos para seguir con el protocolo del práctico.
4- Colocamos los sensores a 0,10 m, luego colocamos el carrito lo más próximo a los sensores y lo dejamos deslizarse. La primera tirada para esta medida nos dio 0,27 segundos, la segunda 0,26 segundos, la tercera 0,27 segundos y la cuarta 0,26 segundos.
5- Colocamos los sensores a 0,20 m de distancia. Dejaos caer el riel, el primer intervalo de tiempo registrado fue 0,45 segundos, el segundo fue 0,44 segundos, el tercer intervalo de tiempo fue de 0,50 segundos, y el último intervalo para esta medida fue de 0,40 segundos.
6- Colocamos los sensores a 0,30 m de distancia, dejamos caer el carrito por el riel, se registró un tiempo de 0,49 segundos, lo lanzamos de nuevo y se registró un tiempo de 0,40 segundos, el tercer intervalo de tiempo que se registró fue de 0,49 segundos, el último intervalo registrado fue de 0,50 segundos.
7-Establecer una distancia entre sensor y sensor. Lanzar el carrito por el riel, el primer intervalo de tiempo registrado fue de 0,59 segundos, el segundo fue de 0,59, el tercer intervalo fue de 0,60 segundos y el cuarto intervalo registrado fue de 0,60 segundos.
8- Colocamos los sensores a una distancia de 0,50 m. El primer intervalo de tiempo registrado fue de 0,67 segundos, el segundo lanzamiento registró una medida de 0,67 segundos, la tercera medida fue de 0,66 segundos y el último intervalo registrado de tiempo fue de 0,67 segundos.
9- Realizamos el promedio del tiempo para cada distancia y lo registramos en una tabla de datos para seguir con el protocolo del práctico.
FUENTES DE ERROR: Se observaron cierta cantidad de errores experimentales, entre ellos: el móvil no partió siempre del mismo punto, usamos una regla centimetrada mientras que lo más apropiado hubiese sido usar una regla milimetrada. Otro error fue que el tiempo fue registrado en centésimas de segundos para facilitar su estudio, pero lo más correcto era hacerlo en milésimas de segundos; entre otros errores de aproximación.
CONCLUSIÓN: El movimiento con el
que se desplaza el móvil es “MRUV” (movimiento rectilíneo uniformemente
variado) con una aceleración de 2,1 m/s2. Para calcularla calculamos
primeramente la pendiente y luego la multiplicamos por dos.
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