Cinemática

Física. Movimiento. Caida libre. Plano inclinado. Métodos

  • Enviado por: Ana Cristina Ron Boscan
  • Idioma: castellano
  • País: Venezuela Venezuela
  • 13 páginas
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Introducción

La cinemática la podemos denominar como la ciencia que estudia el movimiento de un cuerpo, si bien sabemos la cinemática es un objetivo que, a pesar de ser la base para posteriores estudios de la física y otras ciencias, es algo extenso, nuestro objetivo es repasar de una forma breve y sencilla los conceptos y ecuaciones aprendidas, poniéndolos a en practica, para con ello comprobar las teorías estudiadas, entre ellas cabe destacar la de Galileo Galilei, para con ello poder introducirnos en temas o capítulos de estudios mas avanzados comprendiendo una de las bases de la física como la cinemática.

Materiales

  • Un tubo plástico de tubería de 20cm. Cortado por la mitad horizontal.

  • Una naranja y un limón

  • Un carrito, un metro y un cronómetro

  • Hilo

  • Tres pedazos de madera, medidas: 10 x 5 ; 10 x 8 y 10 x 10

  • Hoja de papel milimetrada

Desarrollo Práctico

Tratamos de comprobar las teorías:

    • A mayor peso que actué sobre un cuerpo en movimiento, menor será su aceleración

    • Todos los cuerpos, en ausencia del aire, caen con la misma aceleración uniforme.

    • En el plano inclinado todo cuerpo se desplaza con una misma aceleración uniforme sin importar su masa y cuanto mas inclinado el plano sea mayor será la aceleración.

Para cumplir nuestro objetivo, es claro, utilizaremos ciertos métodos prácticos, para luego ser representado en forma gráfica con su debido procedimiento, para con ello poder deducir si las teorías antes mencionadas son ciertas o se aplican o no al experimento.

Métodos

Para este experimento, al igual que otros, los métodos a emplear serán la observación y la toma de notas y datos para poder llegar a conclusiones sobre cada uno de los experimento. En este caso los experimentos serán tres, cada uno corresponderá a una teoría.

  • MOVIMIENTO: En este se trata de observar si a mayor peso que actué sobre un cuerpo en movimiento la aceleración será menor. Pasos:

  • Se ata a un carrito un hilo y sobre el se coloca un determinado peso (P1)

  • Se hala el carrito en una superficie horizontal y se mide la distancia que recorrió y el tiempo que tardo.

  • 'Cinemática'
    'Cinemática'

  • Se procedió de igual forma con los pesos dos y tres (P2 y P3) y obtuvimos las siguientes tablas con sus respectivos datos:

  • TABLA I

    Peso (P)

    Distancia (X)

    Tiempo (T)

    P1

    94 cm

    8, 2 seg

    P2

    80 cm

    7,9 seg

    P3

    72 cm

    9, 5 seg

  • CAIDA LIBRE: En este se trata de observar si los cuerpos caen con la misma aceleración en ausencia del aire, pero como el aire se encuentra presente en este caso, utilizaremos objetos con forma esférica semejante de manera que ambos cuerpos reciban la misma resistencia de aire, es decir que la caída libre de ambos cuerpos sea perturbada por el aire en forma pareja entre ambos cuerpos. Para ello Emplearemos una naranja y un limón. Pasos:

  • Primero desde una altura predeterminada se dejan caer los cuerpos (la naranja y el limón)

  • Se mide el tiempo que tardo el limón en caer

  • Se mide el tiempo que tardo la naranja en caer

  • 'Cinemática'
    'Cinemática'

    Nota: Es importante que el tiempo medido entre la naranja y el limón sean medidos independientemente uno del otro, es decir serán dos tiempos los que se medirán el de la naranja y el del limón y no ambos tiempos en uno.

  • Una vez obtenido los datos, procedemos a llenar la tabla, en este caso nuestros datos fueron:

  • TABLA II

    Altura (Y)

    Tiempo de la naranja ( TN)

    Tiempo del limón (TL)

    130 cm

    0.58 seg

    0.58 seg

    113 cm

    0.62 seg

    0.62 seg

    98 cm

    0.44 seg

    0.41seg

  • MOVIMIENTO SOBRE UN PLANO INCLINADO: En este experimento se trata de comprobar si los cuerpos, sobre un plano inclinado, caen con la misma aceleración sin importar su masa. Para demostrarlo emplearemos también la naranja y el limón utilizados en el experimento anterior. Pasos:

  • Se toma un tubo de tubería cortado horizontalmente por la mitad y se apoya uno de sus extremos sobre una de las tablas, sobre una superficie, en este caso una mesa o un pupitre, y el otro extremo se deja en el aire, de manera que el tubo quede ubicado de forma inclinada hacia el suelo

  • Desde un punto determinado se deja caer la naranja

  • Se mide el tiempo que tardo en caer y la distancia que recorrió

  • Desde ese mismo punto del cual se dejo caer la naranja, se deja caer el limón y se mide el tiempo y distancia que recorrió

  • Se agrega otra tabla y se repite el proceso, obteniendo tres alturas distintas

  • Procedemos a tomar los datos y colocarlos en la tabla

  • TABLA III

    X

    Y

    TN

    TL

    0

    74 cm

    1.39 seg

    1.44 seg

    10

    75 cm

    0.99 seg

    0.95 seg

    20

    76 cm

    0.64 seg

    0.60 seg

    Cálculos y Gráficas

    A continuación procederemos a desarrollar las conversiones de los datos de las tablas I, II y III al sistema de MKS, luego elaboraremos los cálculos necesarios para la representación gráfica de los experimentos ya realizados.

  • MOVIMIENTO: Trataremos de calcular y graficar su velocidad y aceleración para así graficar X vs. T; V vs. T y A vs. T

  • TABLA I

    Peso (P)

    Distancia (X)

    Tiempo (T)

    P1

    94 cm

    8, 2 seg

    P2

    80 cm

    7,9 seg

    P3

    72 cm

    9, 5 seg

  • Conversiones:

      • 94 cm a m:

    94 cm x 1 m = 94 cm'Cinemática'
    = 0,94 m

    100 cm 100cm

    • 80 cm a m:

    80 cm x 1 m = 80 cm'Cinemática'
    = 0,80 m

    100 cm 100 cm

    • 72 cm a m:

    72 cm x 1 m = 72 cm'Cinemática'
    = 0,72 m

    100 cm 100cm

    Con ello tenemos ahora en la tabla los siguientes datos:

    TABLA I

    Peso (P)

    Distancia (X)

    Tiempo (T)

    P1

    0,94 m

    8, 2 seg

    P2

    0,80 m

    7,9 seg

    P3

    0, 72 m

    9, 5 seg

  • Calculos:

    • Velocidad:

    TABLA I

    Peso (P)

    Distancia (X)

    Tiempo (T)

    Velocidad

    V= X/ T

    Velocidad (v)

    P1

    0,94 m

    8, 2 seg

    0,94 m / 8,2 seg.

    0, 11 m/seg

    P2

    0,80 m

    7,9 seg

    0.80 m / 7,9 seg

    0, 10 m/seg

    P3

    0, 72 m

    9, 5 seg

    0, 72 m / 9,5 seg

    0,07 m/seg

    • Aceleración:

    TABLA I

    Peso (P)

    Distancia (X)

    Tiempo (T)

    Velocidad (v)

    Aceleración A = V/ T

    Aceleración (A)

    P1

    0,94 m

    8, 2 seg

    0, 11 m/seg

    0,11 m/seg

    8,2 seg

    0, 01 m/seg:.

    P2

    0,80 m

    7,9 seg

    0, 10 m/seg

    0, 10 m /seg

    7,9 seg

    0,01

    m/seg:.

    P3

    0, 72 m

    9, 5 seg

    0,07 m/seg

    0,07 m/seg

    9,5 seg

    0,007

    m/seg:.

  • Gráficas:

    • X vs. T:

    V

    X1 (0,94 m)

    X2 (0,80 m)

    X3 (0,72 m)

    0 T3 T2 T1

    (9,5 seg) (7,9 seg) (8,2 seg)

    • V vs. T:

    V1 (0, 11 m/seg)

    V2 (0, 10 m/seg)

    V3 (0, 07 m/seg)

    0

    T 3 T2 T1

    (9,5 seg) (7,9 seg) (8,2 seg)

    • A vs. T:

    A1 (0,01 m/seg 'Cinemática'
    )

    A2 (0,01 m/seg 'Cinemática'
    )

    A3 (0, 007 m/ seg 'Cinemática'
    )

    T3 T2 T1

    (9,5 seg) (7,9 seg) (8,2 seg)

  • CAIDA LIBRE: Trataremos convertir los datos de altura de la tabla II para luego calcular la gravedad que actúa sobre los cuerpos y procederemos a representarla en la grafica Y vs. T

  • TABLA II

    Altura (Y)

    Tiempo de la naranja ( TN)

    Tiempo del limón (TL)

    130 cm

    0.58 seg

    0.58 seg

    113 cm

    0.62 seg

    0.62 seg

    98 cm

    0.44 seg

    0.41seg

  • Conversiones:

      • 130 cm a m:

    130 cm x 1 m = 130 cm'Cinemática'
    = 1,3 m

    100 cm 100cm

    • 113 cm a m:

    113 cm x 1 m = 113 cm'Cinemática'
    = 1,13 m

    100 cm 100cm

    • 98 cm a m:

    98 cm x 1 m = 94 cm'Cinemática'
    = 0,98 m

    100 cm 100cm

    Con ello tenemos ahora en la tabla los siguientes datos:

    TABLA II

    Altura (Y)

    Tiempo de la naranja ( TN)

    Tiempo del limón (TL)

    1,3 m

    0.58 seg

    0.58 seg

    1,13 m

    0.62 seg

    0.62 seg

    0,98 m

    0.44 seg

    0.41seg

  • Cálculos:

  • TABLA II

    Altura (Y)

    Tiempo de la naranja ( TN)

    Tiempo del limón (TL)

    Gravedad de la naranja (GN)

    GN= 2Y

    T'Cinemática'

    Gravedad del limón (GL)

    GL= 2Y

    T'Cinemática'

    1,3 m

    0.58 seg

    0.58 seg

    2 (1,3 m) 2,6 m

    (0,58 seg) 'Cinemática'
    = 0,3364 seg'Cinemática'

    2 (1,3 m) 2,6 m

    (0,58 seg) 'Cinemática'
    = 0,3364 seg'Cinemática'

    1,13 m

    0.62 seg

    0.62 seg

    2(1,13 m) 2,26 m

    (0,62 seg) 'Cinemática'
    = 0,3844 seg'Cinemática'

    2(1,13 m) 2,26 m

    (0,62 seg) 'Cinemática'
    = 0,3844 seg'Cinemática'

    0,98 m

    0.44 seg

    0.41seg

    2(0,98 m) 1,96 m

    (0,44 seg) 'Cinemática'
    = 0,1936 seg'Cinemática'

    2(0,98 m) 1,96 m

    (0,41 seg) 'Cinemática'
    = 0,1681 seg 'Cinemática'

    TABLA II

    Gravedad de la naranja

    Gravedad del limón (GL)

    7,7288 m/seg 'Cinemática'

    7,7288 m/seg'Cinemática'

    5,8792 m/seg'Cinemática'

    5,8792 m/seg'Cinemática'

    10,129 m/seg'Cinemática'

    11,6597 m/seg'Cinemática'

  • Gráfica:

    • Y vs. T:

    Y1 (1,3 m)

    Y2 (1,13 m)

    Y3 (0,98 m)

    TL3 TN3 T L1 y TN1 TL2 yTN2 (0,41 seg.) (0,44 seg.) (0,58 seg) (0,62seg)

  • MOVIMIENTO SOBRE UN PLANO INCLINADO: Trataremos únicamente de convertir las unidades de altura de la tabla III y calcularemos la aceleración

  • TABLA III

    X

    Y

    TN

    TL

    0

    74 cm

    1.39 seg

    1.44 seg

    10

    75 cm

    0.99 seg

    0.95 seg

    20

    76 cm

    0.64 seg

    0.60 seg

  • Conversiones:

      • 74 cm a m:

    74 cm x 1 m = 74 cm'Cinemática'
    = 0,74 m

    100 cm 100cm

      • 75 cm a m:

    75 cm x 1 m = 75 cm'Cinemática'
    = 0,75 m

    100 cm 100cm

      • 76 cm a m:

    76 cm x 1 m = 76 cm'Cinemática'
    = 0,76 m

    100 cm 100cm

    Con ello tenemos ahora en la tabla los siguientes datos:

    TABLA III

    X

    Y

    TN

    TL

    0

    0,74 m

    1.39 seg

    1.44 seg

    10

    0,75 m

    0.99 seg

    0.95 seg

    20

    0,76 m

    0.64 seg

    0.60 seg

  • Cálculos:

  • TABLA III

    X

    Y

    TN

    TL

    AN= 2Y/ TN 'Cinemática'

    AL = 2Y/ TL 'Cinemática'

    0

    0,74 m

    1.39 seg

    1.44 seg

    2(0,74 m) 1,48 m

    (1,39 seg) 'Cinemática'
    = 1,9321 seg'Cinemática'

    2(0,74 m) 1,48 m

    (1,44 seg) 'Cinemática'
    = 2,0736 seg'Cinemática'

    10

    0,75 m

    0.99 seg

    0.95 seg

    2(0,75 m) 1,5 m

    (0,99) 'Cinemática'
    = 0,9801 seg'Cinemática'

    2(0, 75 m) 1,5 m

    (0,95 seg) 'Cinemática'
    = 0,9025 seg'Cinemática'

    20

    0,76 m

    0.64 seg

    0.60 seg

    2(0,76 m) 1, 54 m

    (0,64 seg) 'Cinemática'
    = 0,4096 seg'Cinemática'

    2(0,76 m) 1,54 m

    (0,60 seg) 'Cinemática'
    = 0,36 seg 'Cinemática'

    TABLA III

    AN

    AL

    0,7660 m/seg2

    0,7103 m/seg2

    1,5304 m/seg2

    1,6620 m/seg2

    3.7597 m/seg2

    4,2777 m/seg2

    Post-Laboratorio

    ¿QUÈ SUCEDE CON LA ACELERACIÓN Y LA VELOCIDAD EN EL EXPERIMENTO Nº 1 A MEDIDA QUE SE VARÍA EL PESO?

    Mientras mayor sea el peso menor velocidad tendrá el cuerpo en movimiento y por lo tanto menor aceleración, por lo que para que el cuerpo mantenga o aumente su velocidad o aceleración es necesario halar el carrito con una fuerza mayor.

    ¿QUÈ SUCEDE CON EL TIEMPO DE LA NARANJA Y EL LIMÓN A MEDIDA QUE SE VARIA LA ALTURA?

    A cierta altura el tiempo que tardaron caer los dos cuerpos (la naranja y el limón) fueron iguales y en otra el tiempo fue semejante, también pudimos observar que a mayor altura mayor velocidad adquirieron, experimentando el fenómeno de la gravedad o como bien lo nombramos Caída Libre, donde el cuerpo se ve bajo influencia de la gravedad, que se expresa en m/seg2 ya que aumenta su velocidad (m/seg.) Cada segundo.

    ¿QUÉ PASA CON LA GRAVEDAD A MEDIDA QUE SE VARÍA LA INCLINACION DEL CANALETE?

    La gravedad aumenta, este fenómeno sucede porque mientras mas inclinado sea el plano o canalete estará mas cerca de estar en una posición vertical, por lo que mayor será la gravedad que actúe sobre los cuerpos, es decir, si bien sabemos la gravedad es una aceleración, solo que la gravedad actúa sobre una coordenada Y, es decir en forma vertical, en este caso los cuerpos no se desplazan sino que caen, por lo que mientras mas inclinado sea el plano o canalete mas rápido caerá el cuerpo.

    Conclusión

    Una vez cumplido nuestros objetivos, pudimos comprobar las teorías estudiadas y demostrar cuán verdaderas son, sin embargo hay que tener el cuenta que la física no es una ciencia nueva, sino, que ha venido siendo estudiada desde hace muchos siglos por diversos físicos, científicos, biólogos, etc. Algo que me gustaría resaltar es la gran diferencia que hay entre gravedad y aceleración y aceleración y velocidad, ya que si bien pudimos observar la aceleración es una fuerza que actúa sobre un cuerpo que se desplaza sobre un plano horizontal, mientras que la gravedad es una fuerza que actúa sobre un plano vertical, por lo que el cuerpo cae, o se desplaza verticalmente; la velocidad por su parte se diferencia de la aceleración ya que para haber aceleración debe haber velocidad, ya que la aceleración no es mas que el resultado de un aumento o disminución de velocidad en lapsos de tiempo determinado, que la podemos ver en una ecuación tan simple como: A= V/T los que no dará un resultado como m/seg2, que como ya se explico anteriormente significa que se aumenta 1m/seg2 por cada segundo.