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UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE CIENCIAS DE EDUCACIÓN
DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA Y FÍSICA
FÍSICA EXERIMENTAL I
GUÍA PRÁCTICA DE LABORATORIO
DE FÍSICA EXPERIMENTAL I
AUTOR:
ARGENIS MOLINA
CARABOBO-VENEZUELA
2011
INTRODUCCIÓN
Esta GUIA PRÁCTICA DE LABORATORIO está orientada a entregar al
alumno conocimientos básicos necesarios para el desarrollo del laboratorio de la
asignatura de FÍSICA EXPERIMENTAL I. En consecuencia, para el logro de
este objetivo se entregarán aspectos fundamentales de matemática,
instrumentación y conceptos básicos de la física experimental. Algunos tópicos
tratados, no se han desarrollado con toda la formalidad matemática requerida,
pues no es el objetivo de este compendio. Las prácticas de laboratorio están
relacionadas con los temas desarrollados en la asignatura de Física I del tercer
Semestre y Física Experimental I de la Facultad de Ciencias de la Educación de la
Universidad de Carabobo.
El objetivo fundamental de los trabajos prácticos es fomentar una
enseñanza más activa y participativa, donde se impulse el método científico y el
espíritu crítico en el estudiante. Es de suma importancia conocer el manejo de los
instrumentos, la realización de las técnicas y su análisis, lo cual, le permite al
estudiante sumergirse en la aplicación del método científico tanto en la
experimentación en sí, como en el reporte o informe de dichas experiencias.
A su vez el alumno debe demostrar destreza en la ejecución de las
prácticas y el manejo del trabajo en equipo donde es imprescindible el
cooperativismo grupal logrando formar emprendedores entusiastas en la
educación del futuro. Para afianzar el conocimiento teórico se debe consultar la
bibliografía recomendada en cada tema. Se espera que el alumno pueda
experimentar con fenómenos que suceden en la naturaleza y que los relacione con
los conceptos y las leyes fundamentales en la Física. Asimismo se desea
capacitarlo para la operación con la debida seguridad de algunos de los principales
instrumentos de medición utilizados.
Br. Molina Argenis
PRÁCTICA Nº 1
LABORATORIO DE FÍSICA EXPERMIENTAL I
INSTRUMENTOS
DE MEDICIÓN I
Características
Naguanagua, 2011
Introducción al Tema
El laboratorio de Física Experimental I permite realizar experiencias en las
que podemos medir magnitudes las cuales son: masa, tiempo, longitud, fuerza,
presión, temperatura, entre otras. Para realizar estas diferentes medidas es
necesario el uso de diferentes instrumentos de medición que se analizarán en el
desarrollo de esta práctica, en el que se describen las características más
relevantes usando instrumentos de importancia como, la regla, la balanza, el
cronómetro, entre otros.
Objetivo General
Determinar las características de los instrumentos de medición de una
escala.
Objetivos Específicos
Analizar las escalas de diferentes instrumentos de medición a través de la
determinación de sus características:
Rango.
Alcance.
Apreciación.
Resolución.
LOS FÍSICOS MIDEN
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Son dispositivos diseñados para medir magnitudes físicas, en el que el
usuario se basa en un patrón con el cual puede establecer comparaciones y obtener
la información requerida, es por esto que antes de tomar cualquier medida es
requerimiento indispensable conocerlo, saber su principio de funcionamiento y
por ello se tienen unas características como Rango, Alcance, Apreciación y la
Resolución, adicional al conocer los cuidados que requiere entre otros aspectos
importantes, por lo que en caso de no cumplir estos requerimientos se puede
obtener resultados inexactos o dañar el instrumento.
CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Los instrumentos de medida se clasifican atendiendo sus diferentes criterios:
La magnitud física que miden: Temperatura, Fuerza, Longitud, entre
otros.
Principio de Funcionamiento: mecánicos, neumáticos, hidráulicos,
electrónicos, etc.
Tipo de Lectura: Analógicos que usan escalas graduadas y generalmente
agujas indicadoras y los Digitales que muestran lecturas en forma de
dígitos en la pantalla.
CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Todo instrumento de medida presenta una escala la cual se puede definir
como el factor numérico que relaciona la cantidad medida con la indicación del
instrumento. Toda escala presenta divisiones por lo general igualmente espaciadas
y del mismo valor pues significa que cierta cantidad se ha dividido en varias
partes iguales. Del análisis de las escalas se puede obtener las siguientes
características.
RANGO
Es el intervalo dado por las lecturas comprendidas entre el límite inferior y
el límite superior que se pueden efectuar sobre la escala de un instrumento
cualquiera. Permite seleccionar un instrumento de acuerdo al valor esperado de la
medida.
Regla:
Ejemplo:
Límite inferior: 0cm
Límite superior: 21cm
Por lo tanto este instrumento (regla) sólo permite lecturas desde cero cm (0 cm)
hasta 21 cm como máximo.
ALCANCE
Se refiere a la mayor lectura que puede realizarse con dicho instrumento,
ese valor esta normalmente incluido en el rango de la escala.
Regla:
Ejemplo:
Alcance: 21cm
Este instrumento (regla) sólo ofrece como máxima (alcance) lectura 21cm.
APRECIACIÓN
Es la mínima lectura que puede hacerse, considerando las divisiones de la
escala del instrumento a utilizar.
Para determinar su valor se precisan dos lecturas que sean de forma
consecutiva preferiblemente, indicadas con números, restando la lectura mayor de
la menor y dividendo esta diferencia entre el número de divisiones que las
separan. El cociente así obtenido será el valor de la apreciación en las unidades
que indica la escala y representa el valor de una división.
Matemáticamente, la apreciación se obtiene:
Donde:
A: apreciación
A = LM - lm LM: Lectura Mayor
Nº D Lm: lectura menor
Nº D: Número de Divisiones
Regla:
Ejemplo:
12 cm – 11 cm
A= --------------------- = 0,1 cm
10
RESOLUCIÓN
Es el máximo número de cifras significativas que se puede obtener de la
escala de un instrumento. Se puede conocer observando cuidadosamente la escala
a partir del alcance y la apreciación.
Ejemplo: la regla mostrada presenta una resolución de tres cifras significativas
Regla:
Ejemplo:
El instrumento (regla) presenta tres (3) cifras significativas.
En el alcance tiene (21cm); es decir dos (2) enteros
En la apreciación tiene (0,1 cm); es decir un (1) decimal.
Por lo tanto en este instrumento se pueden realizar lecturas como las siguientes:
17,5 cm
20.3 cm
PRE-LABORATORIO
1. A continuación se presenta una lista de instrumentos de medida, identificar
aquellos que miden:
Longitud
Masa
Tiempo
Bascula ____________
Balanza ____________
Regla ____________
Reloj ____________
Cinta métrica __________
Cronómetro __________
Vernier ___________
2. Identificar las características como el Rango, Alcance, Apreciación y
Resolución de los siguientes Instrumentos:
Regla:
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______________________________________________________________
______________________________________________________________
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______________________________________________________________
______________________________________________________________
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______________________________________________________________
______________________________________________________________
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Balanza:
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Cronómetro:
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Describe al menos una situación en la que has realizado alguna medida e
identifica:
Lo que has medido
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A que pregunta responde la necesidad de medir
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El patrón de medida seleccionado
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Unidad de medida
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El resultado de la medida
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Definir el concepto de Medir:
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__________________________________________________________________
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__________________________________________________________________
¿Para un físico es suficiente la descripción cualitativa de un fenómeno?
Sí__________
No_________
Porque?__________________________________________________________
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¿Como se clasifican los instrumentos de medición?
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CURSO: FISICA EXPERIMENTAL I
PRACTICA DE LABORATORIO Nº 1.
APELLIDOS Y NOMBRES....................................................................... CODIGO............................
FECHA..........................
FACULTAD................................................... ESCUELA................................................ GRUPO.......................
AÑO LECTIVO: ...................................SEMESTRE ACADEMICO..................................
DOCENTE............................................................................................................ FIRMA.....................................
Referencias Recomendadas
Bocaranda, N. (2004).Física. Práctica I. Universidad de Carabobo. Facultad de Ciencias de la
Educación.
Burgos, C. (2003). Manual de Laboratorio de Física.
Clamens, E. y Sousa, B. (1997). Laboratorio I de Física. Parte I. Universidad de Carabobo.
Facultad de Ingeniería.
PRÁCTICA Nº 2
LABORATORIO DE FÍSICA EXPERMIENTAL I
INSTRUMENTOS
DE MEDICIÓN II
DOBLE ESCALA
Naguanagua, 2011
Introducción al tema
El profesional de Educación Mención Física necesita medir los fenómenos
que estudia para de esta manera lograr el aprendizaje significativo en sus alumnos.
Para analizar un sistema físico se debe identificar los objetos que lo constituyen y
limitan, describir de forma manifiesta la interacción entre los objetos físicos y
reconocer el tipo de interacción. El laboratorio de Física Experimental I permite
realizar experiencias en las que podemos medir magnitudes para diferentes
medidas y es necesario el uso de instrumentos de medición que se analizaran en el
desarrollo de esta práctica, en la que se describen las características más
relevantes usando como instrumentos de importancia el Vernier y el Tornillo
Micrométrico, entre otros.
Objetivo General
Determinar las características y el uso de los instrumentos de medición de
doble escala.
Objetivos Específicos
Analizar el Vernier, el Tornillo Micrométrico, la Cinta Métrica, la Balanza
como instrumentos de medición de una y doble escala a través de la
determinación de sus características y de su uso:
Rango.
Alcance.
Apreciación.
Resolución.
INSTRUMENTOS DOBLE ESCALAS
El laboratorio de Física Experimental I dispone de una serie de instrumentos de
medición de doble escala y una sola escala para realizar efectivamente las
experiencias prácticas y los podemos clasificar en:
Instrumentos para medir longitudes: cinta métrica, regla graduada,
tornillo micrométrico, vernier.
Instrumento para medir tiempo: cronometro.
Instrumento para medir masa: balanza.
Instrumento para medir temperatura: termómetro.
Los instrumentos más usados en el laboratorio son aquellos de doble escalas
para medidas de longitudes.
Cuando se requiere una buena aproximación de la medida al valor
verdadero, se podría pensar en dividir cada milímetro de una regla graduada en
diez partes iguales. Esto resulta dificultoso debido a las limitaciones de nuestros
sentidos para observar a simple vista divisiones tan pequeñas, existe un sistema
ingenioso y sencillo ideado en el siglo XV, llamado NONIO que permite obtener
y observar a simple vista estas subdivisiones.
El NONIO está formado por dos reglas, una fija llamada principal y otra
móvil o secundaria más pequeña que puede deslizarse sobre la fija. La graduación
del NONIO permite dividir una división de la escala principal en tantas partes
como divisiones tenga la escala secundaria. Un diseño obtenido a raíz del
NONIO es el vernier que encontraremos en el laboratorio y estudiaremos con
detenimiento.
APRECIACIÓN DEL NONIO
Éste se obtiene dividiendo la apreciación de la escala principal entre el número de
divisiones de la escala secundaria o móvil y representa el valor de cada división
de la escala móvil. Esta definición aplica para el Vernier y el tornillo
Micrométrico.
Ejemplo:
Apreciación de la escala principal
Apreciación = ---------------------------------------------
Nº de divisiones de la escala móvil
Ejemplo: NONIO
Escala principal 1 mm de apreciación
1 mm
A = ------------------ = 0,1 mm
10 div
MEDICIÓN CON EL NONIO
Para realizar medidas con el NONIO se toma como parte entera la división
de la escala principal que está inmediatamente antes del cero de la escala
secundaria, y la parte decimal es la lectura de la división de la escala secundaria
que mas coincida con una de las divisiones de la escala principal.
A continuación se presentan ejemplos de lecturas con el NONIO:
El primer paso es determinar las características del instrumento antes de usarlo.
Características:
Rango: 0mm hasta 30mm
Alcance: 30mm
Apreciación Escala fija: 20mm – 10mm / 10 = 1mm
Apreciación del Instrumento: 1mm / 10 = 0,1 mm
Resolución: 3 cifras significativas
Ejemplo Nº 1
LECTURA: 7.O mm
LECTURA: 0,3mm
LECTURA: 0,1mm
EL VERNIER
Es un instrumento formado por una regla graduada llamada escala
principal y una escala secundaria o nonio que puede deslizarse sobre la primera.
Un vernier típico puede tomar lecturas exteriores, interiores y de profundidad.
Figura Vernier
A: Escala en pulgadas
B: Lectura de exteriores
C: Lectura de interiores
D: lectura de profundidad
E: nonio en escala de mm
F: nonio en escala de pulgadas
Uso del Vernier
Mover lentamente la escala del móvil
No presionar excesivamente la pieza cuando se mide
Leer las escalas directamente de frente
Verificar que este calibrado
Manipular con cuidado
Conservación del Vernier
Eliminar polvo y suciedad para su mejor funcionamiento
Eliminar polvo y suciedad de la pieza que se va a medir
No rayar la escala del instrumento para facilitar las lecturas
No dejar caer ni golpear el instrumento
Periódicamente se debe verificar su precisión
Determinación de las características del vernier
Figura
Rango: 0cm hasta 170cm
Alcance: 170cm
Apreciación escala Fija: 150cm – 140cm / 10 = 1mm
Apreciación del vernier: 1mm / 20 = 0,05mm
Resolución: 5 cifras significativas
Nota: el nonio o escala móvil posee 20 divisiones
Formas de Conocer el Vernier para la toma de datos
Cuando el Vernier se encuentra fijo (sin uso) se observa la regla que está
constituida por escalas en el sistema métrico e inglés, es así que al medir con las
dos partes (fija y móvil) está completamente cerrado, notándose que los ceros del
nonio y la regla coinciden.
Ejemplo:
Figura vernier cerrado.
Al desplazar el nonio (cuerpo móvil) sobre la regla (cuerpo fijo) se puede
notar que el cero (0) coincide con un trazo de la regla y se ha desplazado unas
divisiones ofreciendo la lectura del objeto.
Ejemplo:
Figura Vernier en uso
Al observar la figura se puede notar una lectura de 120mm + 0.6mm lo que
permite un valor de 120.6mm
Tipos de Vernier más usados
Conclusión:
De esta forma funciona el Vernier cuyas lecturas se reflejan según como se
use midiendo exteriores, interiores y profundidades, permitiendo obtener lecturas
que con otros instrumentos para medir longitud sería difícil del observar.
TORNILLO MICROMÉTRICO
Es un instrumento de alta precisión diseñado para medir longitudes muy
pequeñas tales como diámetros de alambres, metras o espesores de láminas muy
delgadas, es utilizada por carpinteros, herreros, investigadores entre otros. (ver
figura).
Figura Tornillo Micrométrico
1. Arco o Herradura en forma de “C”
2. Palpador fijo
3. Palpador móvil
4. Seguro
5. Botón o fricción
6. Tambor graduado (escala móvil)
7. Escala cilíndrica graduada (escala fija)
Uso del tornillo Micrométrico
Verificar que este calibrado
Manipular con cuidado
Mover lentamente la escala del móvil
No presionar excesivamente la pieza cuando se mide
Leer las escalas directamente de frente
Conservación del tornillo Micrométrico
Evitar caídas, rayar y golpes
Evitar someterlo a altas temperaturas
Limpiar con detenimiento después de cada uso
Guardar en el estuche
Verificar periódicamente su precisión
Determinación de las características del Tornillo Micrométrico
Figura Tornillo Micrométrico
Rango: 0mm hasta 25mm
Alcance: 25mm
Apreciación de la escala fija: 15mm – 10mm / 10 = 0,5mm
Apreciación del Instrumento: 0,5 / 50 = 0,01mm
Resolución: 4 cifras significativas
Nota: el tambor posee 50 divisiones
Formas de Conocer el Tornillo Micrométrico para la toma de datos
Para realizar lecturas se comprueba que este calibrado en cero (0), estando
los palpadores fijo y móvil en contacto, observando el cero (0) del tambor
coincidiendo con el cero (0) de la escala fija. Una parte de lectura se realiza sobre
la escala fija (enteros) y la otra sobre la escala móvil (decimales) con la línea que
pasa por el centro de la escala fija obteniendo valores en milímetros.
Al desplazar una vuelta del tambor (escala móvil) sobre la regla (escala
fija) se puede notar que el cero (0) del tambor avanza cierta longitud coincidiendo
con un trazo de la regla y se seguirá desplazando tantas divisiones sea necesario
ofreciendo la lectura del objeto en cuestión.
Ejemplo:
Figura Tornillo Micrométrico en uso
Al observar la figura se puede notar una lectura de 6,0mm + 0.24mm lo
que permite un valor de 6,24mm
Otro modelo de Tornillo Micrométrico
Tornillo Digital
INSTRUMENTO PARA MEDIR EL TIEMPO
Cronómetro
Son instrumentos muy precisos que permite medir intervalos o lapsos de
tiempo, el tiempo pasa y nunca se detiene, ni puede recuperarse, la unidad ha sido
escogida por acuerdo internacional y es el segundo (s), se fabrican en dos modelos
fundamentales; cronómetros con control manual digital y analógico.
Figura Cronómetro manual analógico
Cronómetro Manual Analógico
Está provisto de un botón que permite arrancar el tiempo y detener el
tiempo para reposicionar la lectura de la experiencia que se esté ejecutando en la
técnica del laboratorio. Aunque la precisión de este instrumento pudiera parecer
suficiente, es necesario recordar que como el control es manual, la precisión de la
medida del tiempo de duración de un fenómeno breve resulta muy imprecisa.
Característica del Cronómetro manual analógico
Es necesario observar muy bien el instrumento:
Rango: 0,2s hasta 3600s
Alcance: 3600s
Apreciación: 20s – 15s / 25 = 0,2s
Resolución: 5 cifras significativas
Cronometro Manual Digital
Figura Cronómetro Digital
Cronómetro Manual Digital
Es un instrumento que no tiene escalas divisorias, la lectura se realiza en la
pantalla la cual presentará los números cuando esté en funcionamiento. Está
provisto de dos botones que permite arrancar el tiempo y detener el tiempo para
reposicionar la lectura de la experiencia que se esté ejecutando en la técnica del
laboratorio. Aunque la precisión de este instrumento pudiera parecer suficiente, es
necesario recordar que como el control manual, la precisión de la medida del
tiempo de duración de un fenómeno breve resulta muy imprecisa.
Característica del Cronómetro Manual Digital
Es necesario observar muy bien el instrumento:
Rango: 0,01s hasta 9 horas
Alcance: 9 horas
Apreciación: 0,01s
Resolución: 7 cifras significativas
INSTRUMENTO PARA MEDIR LONGITUD
Cinta Métrica
Instrumento diseñado para medir longitudes más o menos largas y anchas, tal
como una mesa, un hilo para péndulo, entre otros.
Figura Cinta Métrica
Características:
Rango: 0 cm hasta 150 cm
Alcance: 150 cm
Apreciación: 50cm – 49cm / 10 = 0,1cm
Resolución: 4 cifras significativas
Ejemplo
Figura
INSTRUMENTO PARA MEDIR MASA
La Balanza
Es un instrumento que se emplea para medir la masa de los cuerpos, las
balanzas se construyen de tipo mecánico y electrónico obteniéndose diversos
modelos. Algunas de dos brazos, otras de un solo brazo, con pesas incorporadas o
no.
Figura Balanza Hidrostática Figura Balanza de Brazo Granitaria
Balanza Digital
Balanza diseñada para efectuar medidas rápidas y muy precisas en el
laboratorio. Usadas con frecuencia para densidades de líquidos y sólidos, entre
otras técnicas necesarias para formar al futuro profesional en la ciencia.
Figura
PRE LABORATORIO
Identifique las características (Rango, Alcance, Apreciación y Resolución) de los
siguientes instrumentos:
Vernier:
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Tornillo Micrométrico:
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Cinta Métrica:
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Cronómetro:
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Señale la lectura que corresponda en los siguientes instrumentos:
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Instrumento Lectura y Unidad
Instrumento Lectura / Unidad
Instrumento Lectura y Unidad
Instrumento Lectura / unidad
Referencias Recomendadas
Bocaranda, N. (2004).Física. Práctica I. Universidad de Carabobo. Facultad de Ciencias de la
Educación.
Burgos, C. (2003). Manual de Laboratorio de Física.
Clamens, E. y Sousa, B. (1997). Laboratorio I de Física. Parte I. Universidad de Carabobo.
Facultad de Ingeniería.
CURSO: FÍSICA EXPERIMENTAL I
PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 2.
Instrumento Lectura /unidad
APELLIDOS Y NOMBRES....................................................................... CÓDIGO............................
FECHA..........................
FACULTAD................................................... ESCUELA................................................ GRUPO.......................
AÑO LECTIVO: ...................................SEMESTRE ACADEMICO..................................
DOCENTE............................................................................................................ FIRMA.....................................