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TITULO: PRACTICA 1 (CAIDA LIBRE)

UNIVERSIDAD ABIERTA Y ADISTANCIA DE MEXICO

ASIGNATURA:

FISICA

CUATRIMESTRE:

SEGUNDO

ACTIVIDAD:

PRACTICA 1 ACTIVIDAD 2 UNIDAD 2

PROFESOR:

ING. JOSE LUIS ROSAS MARTINEZ

ALUMNO:

JHONI MANUEL ROSADO CUELLAR

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http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=6eSy1U30BrURcM&tbnid=EPKfK1afp_R_sM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.preparemonosparaelcambio.com/2011/04/energia-punto-cero-alternativa-real-las.html&ei=gBr9UcqxMZCi4AO0zYCoCA&bvm=bv.50165853,d.dmg&psig=AFQjCNG5q6X6YCHEJUbkfMLo7vzNDqFBaQ&ust=1375628222701563


CONTENIDO TEMATICO

Titulo.............................................................................................................................. 01Índice.............................................................................................................................. 02Introducción.................................................................................................................. 03Modelo Teórico.............................................................................................................. 06Desarrollo de la práctica.............................................................................................. 07Datos............................................................................................................................... 19Análisis de Datos........................................................................................................... 19Resultados...................................................................................................................... 20Conclusiones.................................................................................................................. 21Bibliografía.................................................................................................................... 22

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INTRODUCCION

Se denomina caída libre al movimiento que experimenta un objeto cuando se suelta a cierta altura sobre la superficie de la Tierra y en sus proximidades. Al dejar caer simultáneamente un trozo de tiza y una hoja de papel, se observa que cae antes la tiza. Esta y otras experiencias parecidas hacen pensar que los objetos más pesados caen antes que los ligeros.

Si se toman dos hojas de papel y se arruga una de ellas hasta hacer una pelota, se observa que la bola de papel cae antes. De esto se deduce que la velocidad de caída de los objetos no depende de su masa. Una de las primeras cosas que aprendemos es que cualquier cuerpo que se sostiene en el momento de liberarse cae al suelo. Esta experiencia la tiene el hombre desde la antigüedad.

En la antigüedad el concepto sobre caída de los cuerpos era solo la idea de que su velocidad aumentaba durante su caída. Aristóteles decía que la velocidad era proporcional al peso del cuerpo en caída. Galileo Galilei descubrió la dinámica de la caída de los cuerpos y las leyes del péndulo. Estas teorías fueron vivamente combatidas por ser contrarias a las teorías aristotélicas. Sin embargo, más tarde fueron confirmadas por Huygens. Sir Isaac Newton, al ver caer una manzana de su jardín en Woolsthorpe, concluyo que lo que atraía a la manzana hacia el centro de la Tierra era una fuerza de atracción poderosa.

Basándose en Galileo y en la tercera ley de Johann Kepler llego a la conclusión de que la gravedad es un caso de atracción universal, donde las fuerzas que mantienen a los planetas en sus orbitas es la misma que produce la caída de los cuerpos en la superficie de la Tierra. Atwood demostró las leyes de la gravedad al medir la constante que interviene en ella.

En la caída de los cuerpos como se mencionó anteriormente, cuando un cuerpo se abandona su movimiento es hacia el suelo, y esta atracción produce una aceleración descendente (un incremento constante en la velocidad) hacia el centro de la Tierra. A esta aceleración se le denomina gravedad. La gravedad es la misma para todos los objetos independientemente de su masa. La aceleración causada por la gravedad se simboliza con la letra g y es aproximadamente 9.8 metros por segundo. El valor de la aceleración de la gravedad (g) al nivel del mar 45° de latitud es igual a 9.81 m/s².

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Física

La física es la ciencia natural que estudia las propiedades y el comportamiento de la energía y la materia (como también cualquier cambio en ella que no altere la naturaleza de la misma), así como al tiempo, el espacio y las interacciones de estos cuatro conceptos entre sí.

La física es una de las más antiguas disciplinas académicas, tal vez la más antigua, ya que la astronomía es una de sus disciplinas. En los últimos dos milenios, la física fue considerada dentro de lo que ahora llamamos filosofía, química, y ciertas ramas de la matemática y la biología, pero durante la Revolución Científica en el siglo XVII surgió para convertirse en una ciencia moderna, única por derecho propio. Sin embargo, en algunas esferas como la física matemática y la química cuántica, los límites de la física siguen siendo difíciles de distinguir.

Mecánica.

La Mecánica es la parte de la Física que estudia el movimiento de los cuerpos, esta tiene sus disciplinas como: la cinemática que es la parte de la mecánica que describe el movimiento en sí, sin tener en cuenta la causa del mismo, la Dinámica que estudia la relación entre movimiento y las fuerzas que lo causan así como las propiedades de los objetos que se mueven, por último tenemos a la estática que analiza las cargas y estudia el equilibrio de fuerzas en los sistemas físicos en equilibrio estático, es decir, en un estado en el que las posiciones relativas de los subsistemas no varían con el tiempo.

Hay tres tipos comunes de movimientos: (1) traslación, (2) rotación y (3) vibración. Ejemplos: (1) un carro, una bala de cañón, corrientes marinas… (2) los planetas, una rueda girando,… (3) una cuerda de guitarra, las moléculas de un material cuando incide luz en dicho material,…Primeramente vamos a concentrarnos en el movimiento de traslación.

Para estudiar el movimiento vamos a definir en primer lugar el tipo de objeto que se va a mover: una partícula. Cuando un objeto se mueve, dicho objeto puede experimentar diferentes movimientos a la vez, por ejemplo, un balón de futbol puede estar moviéndose con un movimiento de traslación parabólico y a la vez puede estar rotando. Una partícula se define como un punto, sin extensión, es decir, de tamaño cero, de manera que los movimientos de rotación o vibración se pueden despreciar.

En la naturaleza todos los cuerpos tienen un tamaño, pero podemos hacer una aproximación, por ejemplo, cuando se estudia el sistema Sol-Tierra-Luna, debido a que las distancias involucradas son enormes, los cuerpos celestes puedes aproximarse a

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partículas, un movimiento de traslación ocurre cuando el sistema de referencia asociado a la partícula que se mueve (x’, y’, z’) permanece paralelo a un sistema de referencia fijo donde se encuentra el observador (x, y, z). No importa que el movimiento no se dé en una línea recta.

Los movimientos de traslación se pueden estudiar teniendo en cuenta si el movimiento es en una dimensión (movimiento rectilíneo y movimiento de caída libre) o en un plano (movimiento parabólico y movimiento circular.

Cinemática

La cinemática es una rama de la física dedicada al estudio del movimiento de los cuerpos en el espacio, sin atender a las causas que lo producen (lo que llamamos fuerzas). Por tanto la cinemática sólo estudia el movimiento en sí, a diferencia de la dinámica que estudia las interacciones que lo producen.

La cinemática se divide en:

Cinemática de la partícula. Cinemática del sólido rígido.

La magnitud vectorial de la Cinemática fundamental es el "desplazamiento" Δs, que experimenta un cuerpo durante un lapso Δt. Como el desplazamiento es un vector, por consiguiente, sigue la ley del paralelogramo, o la ley de suma vectorial. Así si un cuerpo realiza un desplazamiento "consecutivo" o "al mismo tiempo" dos desplazamientos 'a' y 'b', nos da un deslazamiento igual a la suma vectorial de 'a' + 'b' como un solo desplazamiento.

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MODELO TEORICO

Modelo analítico de partículas.

MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE VARIADO (M.R.U.V.):

El Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, también conocido como Movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV) o Movimiento Unidimensional con Aceleración Constante, es aquél en el que un móvil se desplaza sobre una trayectoria recta estando sometido a una aceleración constante. Esto implica que para cualquier instante de tiempo, la aceleración del móvil tiene el mismo valor. Un caso de este tipo de movimiento es el de caída libre, en el cual la aceleración interviniente, y considerada constante, es la que corresponde a la de la gravedad.

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DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Esta actividad es colaborativa por lo que tu Facilitador (a) deberá dividir al grupo en equipos de 3 a 5 estudiantes, asignar a cada equipo un número que lo identifique y por último dar el número de equipo a sus estudiantes. Comiencen a trabajar en equipo y realicen lo siguiente:

1.- Describan el procedimiento para instalar Tracker.

a) Instalar Java y QuickTime.

b) Dar clic en instalar Tracker, aparecerá una ventana que dice ¿Desea guardar o ejecutar el archivo? Dar clic en ejecutar para comenzar la instalación.

c) Aparecerá una ventana que diga ¿Desea permitir que este programa realice cambios en el equipo? Dar clic en “Si”.

d) La pantalla de instalación de Tracker se abrirá y dirá bienvenido a la instalación de Tracker dar clic en siguiente.

e) Aparecerá el acuerdo de licencia, después de leerlo dar clic en aceptar los términos y posteriormente en siguiente.

f) Después de haber dado clic en siguiente, pedirá que se ubique el directorio donde se desea guardar el documento. Indicar el archivo y dar nuevamente clic en siguiente.

g) Posteriormente pedirá que se indique los componentes que se desean instalar (Tracker, xuggle y simple videos and experimentos), indicarlos y dar clic en siguiente.

h) Si se indicó la instalación de los demás componentes, en las siguientes dos pantallas nuevamente pedirá que se indique la ubicación en que se desea guardar los archivos. Posteriormente dar clic en siguiente.

i) Aparecerá en la pantalla que el programa está listo para la instalación, dar clic en siguiente.

j) Se empezara a instalar Tracker, una vez terminada la instalación dar clic en terminar.

k) Indicara que hay que reiniciar el equipo para que se termine de completar la instalación.

l) Una vez realizados los pasos anteriores se podrá abrir y utilizar Tracker. Imágenes de instalación de Tracker.

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2.- Descarguen el video Balón en caída libre que se encuentra en el aula virtual.

3.- Describan la forma de abrir el video en Tracker.

1. Cuando ya se instalo el programa de Tracker, se procede a abrir el programa y posteriormente el archivo de video correspondiente a esta práctica.

2. Para ello se va a la pestaña de Archivo, se abre documentos de video de la práctica, que es en este caso es Fis_Balon_en_caida_libre_mov que es un archivo de Quick time.

3. Se abre el archivo de video y esperamos a que termine de cargarlo.4. Lo que se ve primeramente en el video, es una imagen que es una pantalla negra,

por lo que debemos recortar esta parte del video para que nos quede la parte que necesitamos analizar del video.

5. Para ello nos valemos de la barra de reproducción, en la parte de abajo del video vemos el numero de cuadro donde nos encontramos posicionados, la velocidad a la cual reproducimos el video, play, rebobinar, la barra de desplazamiento del reproductor, el numero de paso que queremos definir para la captura de pasos y reproducción continua o repetición.

6. En este caso para determinar dónde empieza la parte del video que nos interesa analizar, utilizamos la barra de desplazamiento del reproductor.

7. Se observa que el video comienza en el cuadro numero 150.8. Para realizar la operación de ajuste del video, se tiene unos triángulos en la barra de

reproducción, que son los que ayudan a establecer el tamaño de video que se necesita, en este caso la referencia es el cuadro inicial numero 150 y el cuadro final numero 170.

9. Otra forma seria dando clic en la imagen con el botón derecho del mouse, eligiendo la opción de ajuste de corte.

10. Y por ultimo darle el objeto que queremos analizar, que en este caso es solo un objeto.

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4.- Describan los siguientes puntos:

a) El procedimiento para obtener los datos de la posición horizontal conforme cae el balón: obtener la trayectoria de la masa puntual, colocación de los ejes y la regla, la posición del balón, cómo marcar y obtener los datos.

Una vez que tenemos el video de caída libre en el programa tracker, seleccionamos las escenas que nos interesan para estudio, es decir, en este caso fueron las escenas 150 a 170.Después damos click en el botón de coordenadas, y ponemos el centro del eje de coordenadas en el centro del balón.

Posteriormente, en “trayectorias” seleccionamos nuevo y seleccionamos herramientas de medida, dando clic a la cinta métrica.

Dando un altura de 200.0 cm.

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Ahora buscamos la trayectoria de la masa puntual, dando clic en trayectorias, nuevamente, después en nuevo y seleccionar la masa puntual.

Con ayuda del botón del teclado “Shift” lo presionamos u conforme el balón va cayendo demos click con el mouse, para determinar la trayectoria.

Y obtenemos los siguientes datos:

Donde tenemos un tiempo inicial de cero y un tiempo final de 0.667

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b) ¿Cómo se obtiene el tiempo de caída?

Observando la grafica le vamos a pedir que nos dé el desplazamiento con respecto a Y, y el tiempo, así viendo la grafica nos dice que el tiempo de caída de la pelota es de 0. 667 segundos.

c) ¿Cómo graficar la posición contra el tiempo utilizando una hoja de cálculo?

El programa de Tracker de forma automática puede crear esas graficas, sin embargo si se desea graficar en otro programa, se seleccionan todos los datos, se da clic derecho, se da clic en copiar datos seleccionados, precisión total, con esto la copiamos en formato de hoja de Excel si es lo que se desea realizar y finalmente graficamos.

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d) ¿Cómo se obtiene la ecuación de la gráfica anterior? Indiquen la confiabilidad usando R2.

Para tal efecto se utiliza la herramienta de análisis de datos, se le da doble clic a la imagen de la grafica, nos aparece otra grafica y en esta hay una pestaña de análisis, donde al desplegar, se da clic en ajustes y en donde hay un apartado donde nos da la ecuación del ajuste, que es el tipo de modelo matemático, tipo de ecuación que describe el movimiento, en este caso en el eje de la Y, para ello se elige un modelo matemático en forma de parábola, si

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queremos obtener el valor de R2 se elige la opción de coeficiente de correlación y el valor obtenido que nos ofrece es de 0.927.

Hecho en el programa de Excel, el coeficiente de correlación lo encontramos con la formula de =COEF.DE.CORREL y realizando las practica conseguimos una grafica idéntica que en el programa Tracker y el mismo resultado de la formula mostrada en dicho programa, por tanto nuestra grafica y datos quedan de la siguiente manera.

Balón

t y

0.00 -0.02

0.03 -0.15

0.07 -1.14

0.43 -85.06

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ECUACION

VALOR OBTENIDO


0.10 -3.28

0.40 -72.31

0.33 -48.92

0.27 -30.85 coeficiente de correlación -0.96291812

0.17 -10.67 determinación 0.9272113

0.37 -60.61

0.47 -99.95

0.30 -39.35

0.50 -114.84

0.20 -15.98

0.13 -6.46

0.53 -131.85

0.57 -148.86

0.23 -23.41

0.60 -168.00

0.63 -187.13

0.67 -204.15

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

-250.00

-200.00

-150.00

-100.00

-50.00

0.00f(x) = − 310.453680532967 x + 34.3983939402324R² = 0.927211296976454

t

yLinear (y)

Axis Title

y

e) ¿Cómo obtener la gráfica de la velocidad contra el tiempo para encontrar la aceleración?

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En este caso se calcula de forma manual, copiando los datos que arrojo el programa Tracker, en este caso se le da clic en la pestaña superior de datos, para pedirle que nos muestre los datos de velocidad y de forma automática nos arroja el resultado de velocidad contra el tiempo, enseguida si deseamos saber el resultado de aceleración, realizamos la misma acción de seleccionar, pero ahora seleccionando la casilla de aceleración.

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f) Obtengan la ecuación de la gráfica anterior e indiquen la confiabilidad.

La aceleración es igual a la diferencia de velocidades entre una diferencia de tiempos.

La aceleración es la relación de cambio de la velocidad en función del tiempo...es decir "la derivada primera de la velocidad" (o la derivada según del espacio respecto del tiempo).

a = (Vf-Vo)/(tf-to)Donde:a = aceleraciónVo= Velocidad inicialVf = Velocidad finalt f= tiempo finalto = tiempo inicial.

g) Describan cómo modelar el movimiento del balón con el constructor de Modelo Analítico de Partícula de Tracker usando las ecuaciones y parámetros anteriores.

Se va a trayectoria, se le da en nuevo, se elige el modelo analítico de partículas y con esto se construye el modelo de nuestro movimiento, cambiando su nombre, en donde se puede nombrar como; modelo Caída de Balón, se puede cambiar el nombre, color etc.

Enseguida se copian los datos del modelo matemático que describen la caída del balón, en este caso nos interesa los valores de X, por tanto se busca una ecuación que sea por ejemplo cubica, pero como el balón no se está moviendo se opta por dejar en cero y optar por la R2 que anteriormente habíamos trabajado, lo que nos lleva a la formula de coeficiente de correlación y posteriormente a copiar los datos para pegarlos en nuestro modelo, constructor de modelos, añadir los parámetros y empezamos a copiarlos y posteriormente copiamos la formula que nos da los valores de Y, y se pega en nuestro modelo.

Una vez que ya hemos esto, habremos utilizado los datos y el modelo matemático, precisamente de la caída del balón, para aplicarlos en el modelo que hemos creado, para predecir la caída del balón.

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MODELO ANALITICO DE PARTICULAS:

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ANALISIS DE DATOS

Se observa en primer lugar la aplicación de los programas, para la elaboración de la práctica.

El programa de Tracker nos ayuda en la interpretación del modelo de movimiento rectilíneo uniforme acelerado.

Se observa cómo obtener el tiempo de caída. Se observa Cómo graficar la posición contra el tiempo utilizando una hoja de cálculo. Se observa Cómo se obtiene la ecuación de la gráfica anterior, Indicando la

Confiabilidad usando R2 (coeficiente de correlación). Cómo obtener la gráfica de la velocidad contra el tiempo para encontrar la

Aceleración. Se obtiene la ecuación de la gráfica anterior para indicar su confiabilidad. Y se Describe cómo modelar el movimiento del balón con el constructor de Modelo

Analítico de Partícula de Tracker usando las ecuaciones y parámetros Anteriores.

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RESULTADOS

En la aplicación de descarga del programa Tracker se efectúa con éxito para realizar la práctica.

Con el programa Tracker se puede constatar que nos devuelve los resultados esperados con los parámetros y ecuaciones que se necesitan para poder visualizar el movimiento de nuestro objeto, en este caso la caída del balón.

Al efectuar la práctica se obtiene el tiempo de caída de balón con la aplicación del programa Tracker, ya que este programa se maneja a base de cuadro por cuadro dejando observar los movimientos que realiza el balón en su caída hasta el suelo.

Verificando los datos de caída del balón, se verifica que la variación de fracción de segundos es de solo 1 unidad de diferencia en algunos intervalos, en algunos se manejo con 4 unidades de diferencia y en otros su variabilidad fue de 3 al final entre intervalos fue de 1unidad de diferencia.

Checando distancia y la medida de la vara de calibración, se puede medir sin exactitud que la altura desde donde cae la pelota es de aproximadamente 2 metros.

En la grafica de la caída del balón es notable que se puede realizar en el programa Tracker como ya se había realizado anteriormente, o se cuenta con la posibilidad de

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copiar los datos para posteriormente, realizar nuestras graficas en el programa de Excel.

Se realiza la comprobación de la confiabilidad de estas graficas con la ecuación de coeficiente de correlación de R2.

Se analiza Cómo obtener la gráfica de la velocidad contra el tiempo para encontrar la Aceleración que en el programa Tracker solo se realiza con la selección de datos y la selección de casillas de lo que se solicita que en este caso es la aceleración.

En la aplicación de encontrar la ecuación para el tipo de grafica del paso anterior se tomo la formula de MRUA, para poder encontrar la relación de los datos de la grafica con los de la formula.

En lo que se puede analizar de nuestro modelo analítico de partículas, llega a efecto de predecir el movimiento de caída del balón, devolviendo los parámetros resultantes de la elaboración de nuestro modelo, con lo cual podemos observar la caída respecto al movimiento de Y contra el tiempo.

CONCLUSIONES

Se da cuenta de que la caída libre es un tipo de movimiento rectilíneo uniformemente acelerado gracias a los recursos que utilizamos en la práctica, primero las mediciones con regla sobre el monitor nos muestran que a medida que el cuerpo desciende en caída libre la distancia recorrida es mayor para un mismo intervalo de tiempo y por otro lado la gráfica obtenida con el programa Tracker nos mostró que la posición es proporcional al cuadrado del tiempo, ya que como podemos observar la gráfica obtenida corresponde a una función lineal ya que a medida que aumenta el tiempo cuadrado la distancia aumenta proporcionalmente; por lo tanto se cumplen las características de un MRUA.

Con esta práctica pude confirmar algunas cosas que ya conocía de la ciada libre, por ejemplo que es un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado; más sin embargo el uso del programa tracker fue muy nuevo para mí, es un poco difícil, como el uso del Excel, pero estoy siempre disponible a aprender cosas nuevas, me sorprendí, mucho con respecto a ese programa, porque me doy cuenta que hemos avanzado mucho, supongo que aprendiendo bien a utilizar el programa, podremos hacer las cosas más fáciles y rápidas.

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BIBLIOGRAFIA

BIBLIOGRAPHY Física en línea. (15 de 07 de 2013). Recuperado el 15 de 07 de 2013, de https://sites.google.com/site/timesolar/graficas/graficavvst2

youtube. (16 de 07 de 2013). Recuperado el 13 de 07 de 2013, de http://www.youtube.com/watch?v=xcrvy0yUrPE

Barrio, P., J., Andrés, C., D., M., Antón, B., J., L. (s.f). Física y Química. Editorial Editex.

Tapia, F., Y. (2003). El mundo de la física 1. México. Editorial Progreso. (2012). Tracker tutorial Español Caída libre de balón. Unad. México.

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Diccionario Esencial de Física Larousse. Primera edición. México Instalar Tracker en Microsoft Windows. Recuperado de http://www.youtube.com/watch?v=MjGweIZCUeE

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