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COMISIÓN CURRICULAR DE FÍSICA I

PARTE I

2

La propuesta educativa que establece la Reforma Integral de Educación Media Superior se orienta a lograr

aprendizajes significativos para los alumnos, que favorezcan el desarrollo de competencias genéricas y disciplinares. Por ello

en la materia de física se están realizando mejoras tanto en los programas como en los manuales de prácticas.

La comisión curricular de física I conformada por profesores de los bachilleratos de la Universidad de Colima, estamos

conscientes que el trabajo de laboratorio es esencial en el estudio de esta asignatura ya que el mismo permitirá a los

estudiantes desarrollar habilidades científicas fundamentales para poder entender y representar el contexto en el que

viven, así como para continuar con sus estudios universitarios.

El desarrollo de las habilidades conlleva la realización de experiencias de aprendizaje previamente diseñadas por los

profesores, por tal motivo se busco que las practicas de este manual quedaran fundamentadas en los siguientes objetivos1:

El arte de la experimentación: El laboratorio en bachillerato debe involucrar a cada estudiante en prácticas significativas

con procesos experimentales, donde se incluyan algunos experimentos en que ellos participen en el diseño de la

investigación.

Habilidades analíticas y experimentales: El laboratorio debe ayudar al estudiante a desarrollar una amplia gama de

habilidades básicas y herramientas de física experimental y de análisis de datos.

Aprendizaje conceptual: El laboratorio debe ayudar al estudiante a dominar los conceptos básicos de la física.

Comprensión de la base de los conocimientos en física: El laboratorio permite al estudiante comprender el papel de la

observación directa en física y distinguir entre inferencias basadas en la teoría y las basadas en resultados experimentales.

Desarrollo de habilidades de aprendizaje colaborativo: El laboratorio debe estimular en el estudiante el desarrollo de

habilidades de aprendizaje colaborativo que son vitales para el éxito de muchos esfuerzos a lo largo de la vida.

PRESENTACIÓN

3

Además de los objetivos en el proceso de mejora del manual se han tomado en cuenta las competencias genéricas y

disciplinares básicas y extendidas entre ellas tenemos la competencia genérica 5 y 8. La cinco dice “ Desarrolla innovaciones

y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.” Atributo 1.Sigue instrucciones y procedimientos de

manera reflexiva, comprendiendo como cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo.

La ocho expresa “Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.” De manera que se fomente un trabajo

humanista.

Entre las disciplinares básicas tenemos la 4 y 5.

“Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes

relevantes y realizando experimentos pertinentes” (4)

“Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones” (5)

Queremos resaltar que en un proceso centrado en competencias, la evaluación de las actividades de enseñanza

aprendizaje es fundamental por lo que proponemos que cada practica lleve de la mano los tres tipos de evaluación

(evaluación diagnostica, evaluación formativa y evaluación sumativa) es decir indagar sobre sus conocimientos previos, que

reciban retroalimentación oportuna y se les evalué con rúbricas de desempeño para valorar adecuadamente sus habilidades.

4

Objetivos del Laboratorio de Física de Bachillerato. http://www.ncsu.edu/sciencejunction/route/professional/labgoals.html Asociación Americana de Profesores de Física. Traducción Felipe López Araujo DGEMS

5

INDICE DE PRÁCTICAS

Presentación del manual………………………………………………………………………………………………………..

Recomendaciones generales…………………………………………………………………………………………………..

1. Método científico………………………………….………………………………………………………………………….…

2. Unidades y mediciones ……………………………………………………………………………………………………….………..

3. Análisis de errores en la medición…………………………………………………………………………………………..

4. Magnitudes vectoriales………..……………………………………………………………….…………………………….

5. Estudio del movimiento rectilíneo……………………………….………………………………………………………….

6. Movimiento en una dimensión.……………………………………………… …………………………………………….

2

5

8

18

26

35

46

51

6

RECOMENDACIONES PARA EL BUEN USO DEL LABORATORIO POR PARTE DEL ESTUDIANTE

Estimado estudiante:

Para promover el rendimiento adecuado de las prácticas del laboratorio, es necesario que tome en cuenta las siguientes recomendaciones:

1. Los alumnos serán divididos en equipos de trabajo

2. Usar solo el equipo asignado, el cual deberá devolverlo 10 min. antes de finalizar la práctica, cualquier daño o perdida del material serán de su responsabilidad.

3. El estudiante debe leer la guía práctica antes del día que le toque realizarla, para que cuando esté en el Laboratorio, y vea los equipos a usar, le sean familiares y pueda aclarar con el profesor las dudas que surgieron cuando leyó la práctica.

4. En las prácticas se incluye un reporte del trabajo que irá respondiendo, a medida que efectúa el trabajo, mismo que entregará al profesor, para su respectiva revisión.

5. Una vez ubicado en el equipo asignado, debes permanecer en su área de trabajo y utilizar un tono de voz moderado, recuerda que el laboratorio es un área para el aprendizaje y conocimiento.

6. Debe tener en cuenta que la asistencia a la práctica es obligatoria, ya que las prácticas perdidas no son recuperables.

PRECAUCIONES EN EL LABORATORIO.

El laboratorio de Física es un lugar de trabajo potencialmente peligroso, debido a que en él se almacenan reactivos e instrumentos que al ser manipulados de manera inadecuada pueden causar daño, por lo que es necesario tomar precauciones para evitar accidentes.

Algunas normas importantes son:

1. Aclarar con el profesor las dudas y mantenerle informado de cualquier hecho que ocurra. 2. Antes de empezar una práctica debes conocer y entender los procesos que vas a realizar. 3. Evita los desplazamientos innecesarios y nunca corras. 4. Mantén silencio y procura estar concentrado en lo que haces.

7

5. Mantén las sustancias inflamables lejos de las llamas de los mecheros, y no las calientes o destiles directamente con el mechero.

6. Nunca mires por la boca de los tubos de ensayo o matraces cuando se está realizando una reacción, en previsión de salpicaduras.

7. En general, todos los productos deben mezclarse en pequeñas cantidades y despacio. 8. Si por descuido tocas o te cae algún producto, lávate con abundante agua la zona afectada, y comunícalo al profesor. 9. Al acabar, deja limpio el material y lugar de trabajo.

Materiales y Equipo de Uso Personal

1. Bata de Laboratorio

Durante todo el tiempo que esté llevando a cabo su ejercicio de laboratorio, debe utilizar bata de laboratorio. La misma tiene que estar abrochada para que pueda proteger su ropa y su piel en caso de que alguna sustancia química o de organismos se derrame sobre t.

2. Vestimenta

La vestimenta deberá ser apropiada para trabajar en el laboratorio. NO se permite dejar al descubierto áreas considerables de su piel cuando utiliza pantalones, faldas o blusas cortas. El calzado también está incluido con la vestimenta. Todo estudiante que tenga sandalias, chancletas o zapatos abiertos en la cual su piel queda expuesta, no podrá hacer su experimento.

3. Gafas de Seguridad

Cuando se te indique deberás de utilizar gafas de seguridad. Tampoco puede utilizar los lentes de contacto.

8

4. Cabello Largo

Si tiene cabello largo, el mismo tiene que estar recogido todo el tiempo que trabaje en el laboratorio.

5. Manejo y Localización del Equipo de Seguridad

Es indispensable que conozca donde están los equipos de seguridad del laboratorio. Entre ellos puede encontrar: extintor de incendio y ducha de seguridad.

6. Higiene

Se recomienda que lave sus manos frecuentemente. Antes, durante y después de terminar su práctica de laboratorio.

7. Alimentos y bebidas

Ingerir cualquier tipo de alimento, está estrictamente PROHIBIDO mientras usted esté en el área de los laboratorios y pasillos cercanos.

8. Disciplina

Mantener disciplina dentro del laboratorio. Por lo tanto, se prohíbe: Correr y jugar en laboratorio Distraerse, evite las conversaciones sociales Visitas de compañeros de otros cursos Sentarse en las mesas de trabajo

9. Desperdicios

Se prohíbe descartar reactivos por los fregaderos. El instructor proveerá envases adecuados previamente rotulados para dicho propósito.

9

PRÁCTICA NÚMERO 1: MÉTODO CIENTÍFICO

Propósito: Desarrollar un proceso para la elaboración de una ley física, mediante el estudio experimental del péndulo

simple.

Desempeño a lograr: Identifica el proceso que se va a investigar. Utiliza adecuadamente el equipo para hacer mediciones.

Describe que es lo que sucede de forma oral y escrita( mediante esquemas e ilustraciones) y concluye

acerca de la relación o explicación.

Materiales y Recursos:

Soporte metálico

Cronometro,

Regla

Transportador

Ideas previas:

1. ¿Qué es método científico?

__________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

2. ¿Cuáles son los pasos que componen el método científico?

__________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

Hilo

Esferas de metal de diferente masa

Fuente bibliográfica.

10

Antecedentes

La ciencia implica hacer preguntas, buscar respuestas e inventar conjuntos sencillos de reglas para relacionar una

amplia variedad de observaciones. la intuición y la inspiración intervienen también en la ciencia, pero a fin de cuentas forman

parte de un proceso sistemático. la ciencia se basa en observaciones. Estas conducen a suposiciones lógicas llamadas

hipótesis Una hipótesis permite hacer predicciones que más tarde se pueden poner a prueba. El paso final es la elaboración de

una teoría que relacione entre sí las hipótesis, las predicciones y los resultados de las pruebas. Si la teoría es acertada,

sugerirá nuevas preguntas. Entonces el ciclo comenzara de nuevo.

Diseño experimental

Para el desarrollo de este experimento construirás y utilizarás un péndulo simple ( un péndulo simple es un caso especial

del movimiento armónico simple, es decir se repite a intervalos

iguales de tiempo). Un péndulo simple está constituido por una

masa suspendida de un punto sobre un eje horizontal por medio de

un hilo de masa despreciable.

Cuando se separa el péndulo de su posición de equilibrio y

después se suelta, oscila a uno y otro lado de su posición de

equilibrio por efecto de su peso. El periodo de un péndulo es el

tiempo que tarda en efectuar una oscilación completa, o sea un ciclo.

La frecuencia de un péndulo es el número de oscilaciones completas

o ciclos que realiza en un segundo.

Nota. Es importante que en esta práctica no se salten los pasos ya que estos tienen un objetivo claro en el desarrollo de tus

habilidades científicas.

11

1. Arma un péndulo que tenga un largo de cuerda de al menos un metro.

2. Coloca una regla de canto donde el péndulo realizará su recorrido para tomar la referencia, separa el péndulo de su

posición de equilibrio 20 cm suéltalo y observa su recorrido.

¿Es constante la velocidad del péndulo durante todo su recorrido? ¿Por qué?

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

¿Dónde es máxima su velocidad? ¿Dónde es mínima?

__________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

12

Dibuja un esquema donde representes: la posición de equilibrio, la v máxima, el punto donde V= 0, indica

con flechas hacia donde acelera y hacia donde frena.

3. Calcula el periodo para ese recorrido, para eso mide el tiempo en que el péndulo realiza diez oscilaciones completas.

Divide el tiempo entre diez y ese será el periodo. Realiza el experimento tres veces y obtén la media.

Intento 1.Periodo____, Intento 2.Periodo______,Intento 3.Periodo______: Promedio_______

Ahora ha llegado el momento de plantear nuestra pregunta de investigación.

“¿De qué depende el periodo de un péndulo?

13

Para resolver este problema debemos plantearnos las hipótesis que parezcan razonables, la hipótesis se puede enunciar en

relación con algunas de las variables ( masa, ángulo o largo). En este caso plantearemos una y te vamos a pedir que en

equipo planteen al menos dos mas y desarrollen el experimento para que pongan a prueba sus hipótesis.

Primera hipótesis: El periodo de un péndulo es inversamente proporcional a la masa.

¿Qué tenemos que hacer para poner a prueba nuestra primera hipótesis? Explica

__________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________

¿Si nuestra hipótesis fuera verdadera que resultado esperaríamos?

__________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________

Para poner a prueba nuestra primer hipótesis colocamos el doble de masa y dejamos constante el largo y la amplitud Ahora determinamos el periodo.

4. Determina el periodo.( realiza tres eventos y obtén la media)

__________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

¿Qué encontraste?

_________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________

14

¿Entonces el periodo del péndulo depende de la variable masa?

_________________________________________________________________________________________________

Segunda hipótesis. (Enuncia una segunda hipótesis que te parezca razonable)

Hipótesis 2.______________________________________________________________________________________

¿Qué tienes que hacer para poner a prueba la segunda hipótesis?

__________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________

¿Si la hipótesis fuera verdadera que resultado esperaríamos?

__________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________

5. Determina el periodo.

_________________________________________________________________________________________________

¿Qué encontraste?

__________________________________________________________________________________________________

¿Entonces el periodo del péndulo depende de la variable que eligieron?

__________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

15

Tercera Hipótesis. (Enuncia la tercera hipótesis)

__________________________________________________________________________________________________

¿Qué tenemos que hacer para poner a prueba nuestra tercera hipótesis.?

__________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________

¿Si nuestra tercer hipótesis fuera verdadera que resultado esperaríamos?

__________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________

6. Determina el periodo. ¿Qué encontraste?

__________________________________________________________________________________________________

¿Entonces el periodo del péndulo depende de variable que eligieron para esta tercera hipótesis?

__________________________________________________________________________________________________ Reúne los resultados de las tres hipótesis en la siguiente tabla.

Hipótesis Variables

constantes Variable a trabajar

Periodo en el experimento 1

Periodo en el experimento de prueba

Resultado ( indica si existe cambio en el

periodo)

1

2

3

16

VALORA TU APRENDIZAJE.

1. Con base a tus experimentos ¿de qué no depende el periodo de un péndulo? ¿ De que si depende el periodo del péndulo? ___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

2. Los resultados experimentales coinciden con la teoría.

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

3. Explica porque para determinar su periodo resulta conveniente medir el tiempo en que se realizan 10 oscilaciones del

péndulo en lugar de medir el tiempo que dura una sola?

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

4. Con los resultados obtenidos enuncia una ley física.

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

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5. Con los siguientes elementos realiza un diagrama de flujo.( esquema del método científico)

Reflexión argumentada.

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

Comunicación de resultados y planteamiento de nuevos

problemas

Conocimientos previos

Identificación y enunciado del problema

Emisión de Hipótesis

Si la hipótesis es correcta

Si la hipótesis no es correcta

Experimentación

Interpretación de resultados

Revisión

Establecer la ley

18

_________________________________

Firma del estudiante FECHA DE REALIZACIÓN:__________________

CALIFICACIÓN: _________________________

Bibliografía

Pérez. M. H.(2008) Física General.

Publicación cultural.

México 2008. (pp 128-130)

____________________________ Firma del profesor titular

_________________________ Firma del profesor del

laboratorio

19

PRÁCTICA NÚMERO 2: UNIDADES Y MEDICIONES

Propósito: Aplicar adecuadamente las unidades en mediciones cotidianas.

Desempeño a lograr: Registra y analiza datos durante el experimento, domina los conceptos básicos de unidades y

mediciones.

Materiales y recursos

Metro

Regla

Cartulina

Pegamento blanco

Tijeras

Libro de física acorde al nivel

CONOCIMIENTOS PREVIOS.

1. De las siguientes unidades cuales

corresponden al SI. Metro, Kg, Pie, Libra, Pulgada, Litro, Segundo

_________________________________________________________________________________________________

2. ¿Qué es medir?

_________________________________________________________________________________________________

3. ¿Qué es un patrón de medida?

_________________________________________________________________________________________________

20

Antecedentes Cuando se mide la distancia entre dos puntos, la medida se reporta como un número. Sin embargo, el número en

particular que se da depende del tamaño de la unidad básica de medición. Por ejemplo si necesitamos medir la longitud del

laboratorio un alumno puede reportar la distancia en metros y decir 12.4 m, si otro alumno la reporta en cm dirá que mide

1240 cm, si un tercero la reporta en pulgadas dirá que mide 488 pulgadas.

Una cantidad medible tiene dimensiones, la separación entre la pared de enfrente y la pared de atrás tiene la dimensión de

longitud. El tiempo y la masa son otras dimensiones comunes. Con el fin de que las dimensiones tengan significado tenemos

que sustentarlas con las unidades básicas o fundamentales. Las unidades básicas se conocen también como patrones.

Sistema Métrico Decimal

El primer sistema de unidades bien definido que hubo en el mundo fue el Sistema Métrico Decimal, implantado en 1795

como resultado de la Convención Mundial de Ciencia celebrada en París, Francia; este sistema tiene

una división decimal y sus unidades fundamentales son: el metro, el kilogramo-peso y el litro.

Además, para definir las unidades fundamentales utiliza datos de carácter general como las

dimensiones de la Tierra y la densidad del agua.

A fin de encontrar una unidad patrón para medir longitudes se dividió un meridiano terrestre en

40 millones de partes iguales y se le llamó metro a la longitud de cada parte. Por tanto, definieron al

metro como la cuarenta millonésima parte del meridiano terrestre. Una vez establecido el metro como unidad de longitud sirvió

de base para todas las demás unidades que constituyeron al Sistema Métrico Decimal, derivado de la palabra metro que

quiere decir medida.

Una ventaja importante del Sistema Métrico fue su división decimal, ya que mediante el uso de prefijos como deci, centi

o mili, que son algunos de los submúltiplos de la unidad, podemos referirnos a decímetro, como la décima parte del metro (0.1

21

m); a centímetro, como la centésima parte (0.01 m); y a milímetro, como la milésima parte del metro (0.001 m). Lo mismo

sucede para el litro o el kilogramo, de manera que al hablar de prefijos como deca, hecto o kilo, algunos de los múltiplos de la

unidad, podemos mencionar el decámetro, hectómetro o kilómetro como equivalentes a 10, 100 o 1000 metros,

respectivamente.

Sistema Cegesimal o CGS

En 1881, como resultado del gran desarrollo de la ciencia y por supuesto de la Física, se adoptan en el Congreso

Internacional de los Electricistas realizado en París, Francia, un sistema llamado absoluto: el

Sistema Cegesimal o CGS propuesto por el físico alemán Karl Gauss. En dicho sistema las

magnitudes fundamentales y las unidades propuestas para las mismas son: para la longitud el

centímetro, para la masa el gramo y para el tiempo el segundo. En ese entonces ya se

observaba la diferenciación entre los conceptos de masa y peso de un cuerpo, porque se tenía

claro que el peso era el resultado de la fuerza de atracción gravitacional ejercida por la Tierra

sobre la masa de los cuerpos.

Sistema MKS

En 1935 en el Congreso Internacional de los Electricistas celebrado en Bruselas, Bélgica,

el ingeniero italiano Giovanni Giorgi propone y logra que se acepte su sistema, también llamado absoluto, pues como magnitud

fundamental se habla de la masa y no del peso de los cuerpos; este sistema recibe el nombre de MKS, cuyas iniciales

corresponden al metro, al kilogramo y al segundo como unidades de longitud, masa y tiempo, respectivamente.

Sistema Internacional de Unidades (SI)

En virtud de que en el mundo científico se buscaba uniformidad en un solo sistema de unidades que resultara práctico,

claro y acorde con los avances de la ciencia, en 1960 científicos y técnicos de todo el mundo se reunieron en Ginebra, Suiza, y

acordaron adoptar el llamado: Sistema Internacional de Unidades (SI). Este sistema se basa en el llamado MKS cuyas iniciales

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corresponden a metro, kilogramo y segundo. El sistema internacional tiene como magnitudes y unidades fundamentales las

siguientes: para longitud al metro (m), para masa al kilogramo (kg), para tiempo al segundo (s), para temperatura al kelvin (k),

para intensidad de corriente eléctrica al ampere (A), para intensidad luminosa la candela (cd) y para cantidad de sustancia al

mol.

Actualmente, aún se utiliza, sobre todo en Estados Unidos, el Sistema Inglés (pie, libra y segundo) y el Sistema CGS;

además de los llamados Sistemas Gravitacionales, Técnicos o de Ingeniería que en lugar de masa se refieren al peso como

magnitud fundamental.


Actividad 1. Medición de una magnitud fundamental. 1. Selecciona tres distancias diferentes y tres objetos (entre los objetos podemos considerar tu estatura), determina su

longitud. Expresa la medida en diferentes unidades como lo indica la tabla.

m Cm mm pie pulgada

Distancia 1

Distancia 2

Distancia 3

Objeto 1

Objeto 2

Objeto 3

¿Qué magnitud fundamental has medido?

___________________________________________________________________________________________________

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Actividad 2. Medición de magnitudes derivadas. 1. El profesor los organizará para que cada equipo realice un cubo de cartulina de diferente volumen. Se sugiere que

iniciemos con un cubo que tenga 3 cm por lado el cual será de 27 cm3, el segundo 6 cm por lado, el tercer 9 cm por lado y

así consecutivamente.

Un cubo cuyo volumen sea de 1 cm3 tiene una longitud del lado de 1cm, un área transversal de 1cm2, la superficie es de 6

cm2, la relación de superficie / volumen es = 6/1 y si se llena con agua cuya densidad es de 1g/ cm3 , Su masa sería de 1 g.

Con los cubos construidos, llenen la siguiente tabla.

Equipo Longitud de

lado Área trasversal Superficie Volumen

Relación: superficie/volumen

Masa (en caso de que

estuviera lleno con agua)

1

2

3

4

5

¿Qué unidades derivadas estamos obteniendo? _____________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________

24

¿Qué relación tiene el cambio de volumen cuando la longitud de lado aumenta al doble?

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

¿Qué pasa con la relación superficie / volumen a medida que el cubo crece?

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

¿En qué área de la naturaleza se aplican estas relaciones? _____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

VALORA TU APRENDIZAJE. Realiza las siguientes conversiones.

8 m 25 cm 15 ft 25 cm

cm m m m

30 pulg 0.5 litros 10 dm3 3 galones

cm cm3 litros litros

80 km 12 millas 300 m 35 m

m m km ft

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Mediante una búsqueda bibliográfica define:

¿Qué es medir?

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

¿Qué es una unidad de medida o patrón?

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

¿Cómo se define actualmente: el metro patrón, kilogramo patrón y segundo patrón?

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________

¿Qué otros conceptos necesitas para dominar el tema? Defínelos

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________

26


_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_________________________________


CALIFICACIÓN: _________________________

Bibliografía



México 2008.



laboratorio

27

PRÁCTICA NÚMERO 3: ANÁLISIS DE ERRORES EN LA MEDICIÓN

Propósito: Aprender a determinar los errores en la medición.

Desempeño a lograr: Identifica los tipos de errores. Aplica las incertidumbres a problemas cotidianos.


Metro

Vernier

Libro de física

Moneda

Antecedentes

Al realizar la medición de diferentes magnitudes nos encontramos que algunas de

ellas las podemos medir directamente, tal es el caso de la longitud de una mesa mediante

el empleo de una regla graduada o el espesor de una moneda utilizando el calibrador

vernier, cuya aproximación es de centésimas de centímetro. También podemos medir la

masa de un objeto si utilizamos una balanza; el volumen de un líquido mediante el

empleo de una probeta graduada, o el tiempo en que un automóvil recorre cierta

distancia, empleando un reloj.

28

Análisis de errores en la medición

Al medir y comparar el valor verdadero o exacto de una magnitud y el valor obtenido siempre habrá una diferencia llamada

error de medición. Por tanto, al no existir una medición exacta debemos procurar reducir al mínimo el error, empleando

técnicas adecuadas y aparatos o instrumentos cuya precisión nos permitan obtener resultados satisfactorios. Una forma de

reducir la magnitud del error es repetir el mayor número de veces posible la medición y obtener la medida aritmética o valor

promedio de las mediciones, ya que el promedio de las mediciones resultará más confiable que cualquiera de ellas.

Causas de error en las mediciones

Los errores que se cometen al hacer una medición tienen su origen en diferentes causas, veamos:

Errores sistemáticos

Estos errores se presentan de manera constante a través de un conjunto de lecturas realizadas al hacer la medición de

una magnitud determinada. Las fuentes o causas de este tipo de errores son:

a) Defecto en el instrumento de medición. Se produce, por ejemplo, al determinar el tiempo con un cronómetro que

marche más rápido o más lento de lo debido.

b) Mala calibración del aparato o instrumento usado. Se da por fallas de fabricación.

c) Error de escala. Se produce por el rango de precisión del instrumento empleado, lo que provocará una

incertidumbre en la medición.

Errores circunstanciales (estocásticos o aleatorios)

Este tipo de errores no se repite regularmente de una medición a otra, sino que varían y sus causas se deben a los

efectos provocados por las variaciones de presión, humedad y temperatura del ambiente sobre los instrumentos. Así,

por ejemplo, con la temperatura la longitud de una regla puede variar ligeramente de una medición a otra; o una balanza

sensible puede dar variaciones pequeñas al medir varias veces la masa de un cuerpo. Los errores circunstanciales

29

pueden llamarse estocásticos, ya que son difíciles de apreciar debido a que son muy pequeños y se producen en forma

irregular o estocástica de una medición a otra, es decir, azarosa. También se les da el nombre de error aleatorio porque

son el resultado de factores inciertos y, por lo tanto, tienen la misma posibilidad de ser positivos o negativos.

Otro ejemplo de error circunstancial, es el error de paralaje. Este se comete por una incorrecta postura del observador,

la cual le impide hacer una adecuada lectura de la medición.

Precisión de los aparatos o instrumentos

La precisión de un aparato o instrumento de medición es igual a la mitad de la unidad más pequeña que pueda medir.

También recibe el nombre de incertidumbre o error del instrumento o aparato de medida. Por ejemplo, si se realiza la medición

de la masa utilizando una balanza que está graduada para leer valores hasta de décimas de gramo (0.1 g), la precisión,

incertidumbre o error de la balanza será de: 0.05 g, ya sean de más o de menos (+ 0.05 g). Si se utiliza un cronómetro

construido para medir tiempos de centésimas de segundo (0.01 s), su precisión será de: + 0.005 s.

Cuantificación del error en las mediciones

Con el objetivo de cuantificar el error que se comete al medir una magnitud, se consideran los siguientes errores:

Error absoluto o desviación absoluta: es la diferencia entre la medición y el valor promedio.

Error relativo: es el cociente entre el error absoluto y el valor promedio. (Se expresa en valores absolutos sin importar

el signo del error absoluto.)

Error porcentual: es el error relativo multiplicado por 100, con lo cual queda expresado en por ciento.

Experimento No.1

Nota: si en la mesa de trabajo hay más de 8 integrantes divídanse en dos equipos para la realización de esta práctica.

1. Los integrantes del equipo midan individualmente la longitud de la mesa de trabajo con un metro sin comunicar a sus

compañeros sus resultados.

30

2. Ya que todos lo hayan hecho llenen la siguiente tabla.

TABLA A

Nombre Medida en m con dos cifras después del punto

¿Todos obtuvieron exactamente el mismo valor? ¿Por qué? _____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

31

3. Con los valores de la tabla A calcula. a) El valor promedio de las mediciones b) El error absoluto o desviación absoluta de

cada integrante. c) La desviación media d) El error relativo de cada medición e) El error porcentual de cada medición

Como hacerlo.

a) Valor promedio = suma de todas las mediciones = número de mediciones realizadas

b) Error absoluto o desviación absoluta de las mediciones

EA = valor medido – valor promedio

c) Dm = ∑de valores = número de valores

d) Error relativo de las mediciones ER = Error absolute_ Valor promedio

e) Error porcentual de las mediciones EP = Error relativo x 100

Cálculos

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Experimento No. 2 Seguramente la precisión con la que se determino la longitud de la mesa de laboratorio es aceptable para casi todos los

propósitos en los que se requiera medirla. Sin embargo en muchas ocasiones se requiere de una mayor precisión cuando se

necesita conocer las dimensiones pequeñas de algunos cuerpos. En este experimento tendrás la oportunidad de manejar el

vernier cuya precisión es + 0.05 mm, y en caso de que tu laboratorio cuente con el calibrador palmer no te pierdas la

oportunidad de utilizarlo.

1. Los integrantes del equipo midan

individualmente el diámetro de una moneda con una regla graduada en mm, sin dar a conocer su resultado cuando todos lo

tengan anótenlo en la tabla y hagan lo mismo con el vernier.

TABLA B

Alumno Regla Vernier

33

Como hacerlo.

1. Observe el vernier que tiene en su mesa de trabajo, identifique el nombre de sus partes al compararlo con la figura inferior, y

comprobará la existencia de dos escalas, una fija y la otra móvil. La fija está dividida en milímetros y la móvil en diez partes

iguales.

2. Junte totalmente las dos puntas del vernier y haga coincidir el cero de la escala móvil en el de la escala fija; observará que las

diez divisiones de la móvil corresponden a nueve milímetros de la fija, es decir, cada división equivale a 9/10 de milímetro.

3. Con el propósito de aprender el manejo del vernier, realiza una búsqueda bibliográfica previa sobre el uso adecuado del

vernier. En caso de cualquier duda pregúntale al maestro del laboratorio.

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VALORA TU APRENDIZAJE.

Con los datos obtenidos calcula para la regla y el vernier:

. Con los valores de la tabla calcula.

a) El valor promedio de las mediciones

b) El error absoluto o desviación absoluta de cada integrante.

c) La desviación media

d) El error relativo de cada medición

e) El error porcentual de cada medición

De acuerdo con los resultados realiza una comparación de la precisión de ambos instrumentos _____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

Cálculos

35

Reflexión argumentada _____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_________________________________


CALIFICACIÓN: _________________________

Bibliografía



Segunda reimpresión México 2002.

Manual de Laboratorio de Física

Capítulo 2

Autor: Hewitt. Robinson



laboratorio

36

PRÁCTICA NÚMERO 4: MAGNITUDES VECTORIALES

Propósito. Investigar las relaciones entre los componentes de la fuerza aplicada. Desempeño a lograr: Domina conceptos de magnitudes. Registra y representa fuerzas mediante diagramas de cuerpo

libre. Elabora un reporte coherente para explicar los resultados de sus experimentos.


Dinamómetros

Soporte universal

Pinzas para soporte

Ideas previas

A) En nuestra vida diaria todos los días nos

referimos a diferentes magnitudes físicas, por ejemplo cuando hablamos de la temperatura del ambiente decimos 30 ºC o

40ºC cuando esta llega a ser extrema. Este es un ejemplo de magnitud escalar. Una magnitud escalar es aquella que

queda perfectamente definida con solo indicar su cantidad expresada en números y la unidad de medida.

¿Que otros ejemplos de cantidades escalares puedes citar?

__________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

2

m de cordel (piola)

L

ibros de consulta

M

asa de 2 Kg

37

B) Existen otras clases de magnitudes que para

definirlas, además de la cantidad expresada en números y el nombre de la unidad de medida, se necesita indicar

claramente la dirección y el sentido en que actúan. ¿qué nombre recibe este tipo de magnitudes?

__________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

¿Por qué crees que se trabajan de forma diferente?

__________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

Antecedentes

Algunas cantidades quedan totalmente descritas si se expresan con un número y una unidad. Por ejemplo, una masa de 30 kg.

La masa queda totalmente descrita por su magnitud representada por el número (para el caso, 30 es la magnitud) y las

unidades correspondientes para la masa: kilogramos. Estas cantidades son escalares.

Definición: Una cantidad escalar se especifica totalmente por su magnitud, que consta de un número y una unidad.

Las operaciones entre cantidades escalares deben ser dimensionalmente coherentes; es decir, las cantidades deben tener las

mismas unidades para poder operarse.

30 kg + 40 kg = 70 kg

20 s + 43 s = 63 s

Algunas cantidades escalares comunes son la masa, rapidez, distancia, tiempo, volúmenes, áreas entre otras.

38

Para el caso de algunas cantidades, no basta con definirlas solo con un número y una cantidad, sino además se debe

especificar una dirección y un sentido que las defina completamente. Estas cantidades son vectoriales.

Definición: Una cantidad vectorial se especifica totalmente por una magnitud y

una dirección. Consiste en un número, una unidad y una dirección.

Las cantidades vectoriales son representadas por medio de vectores.

Por ejemplo, "una velocidad de 30 km/h" queda totalmente descrita si se define su

dirección y sentido: "una velocidad de 30 km/h hacia el norte" a partir de un marco de

referencia determinado (los puntos cardinales).

Entre algunas cantidades vectoriales comunes en física son: la velocidad,

aceleración, desplazamiento, fuerza, cantidad de movimiento entre otras.


Experimento A

1. Coloca sobre la mesa un cubo de madera, al

centro de una de sus caras inserta una armella en la cual colocaras dos dinamómetros de la misma escala formando un

ángulo de 90 º,( para evitar un poco la fricción interna del dinamómetro coloca un hilo entre la armella y el dinamómetro) tira

suavemente de los dos dinamómetros al mismo tiempo y con la misma intensidad hasta que el cubo se empiece a deslizar.

Observa cuidadosamente la lectura de los dinamómetros, cuida que sean iguales. Repite el experimento al menos tres

veces y calcula el promedio. Tomando nota. Convierte esa fuerza a Newton (N), para eso recuerda que 1 Kg es 9.8 N el

cual puedes redondear a 10N para cálculos más sencillos.

39

Intentos Dinamómetro A (FUERZA A) Dinamómetro B (FUERZA B)

g N g N

Promedio= Fuerza A

Promedio= Fuerza B

¿En qué dirección debes tirar con un solo dinamómetro para que ejerza el mismo efecto? Explica.

_________________________________________________________________________________________________________

40

Dibújalo.

¿Qué lectura crees que marcará el dinamómetro que realizará el mismo efecto? ¿será la suma algebraica de A + B? ¿Por

qué?

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

Ahora hazlo y verifica tu predicción.

¿Fue correcta su predicción sí, no Por qué?

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

Lo interesante es que lo que acabas de hacer se puede representar como un problema de vectores, los vectores se

representan con flechas y se puede encontrar el resultado de un solo dinamómetro sin necesidad de hacerlo

experimentalmente. Encontrar el resultado que indicara un solo vector se conoce como suma de vectores. En este caso se

41

trata de una suma de vectores concurrentes ( un sistema de vectores es concurrente cuando la dirección o línea de acción de

los vectores se cruza en algún punto, el punto de cruce constituye el punto de aplicación de los vectores).

Representación grafica de un vector.

Cuando necesitamos sumar dos o más magnitudes vectoriales debemos utilizar métodos diferentes a una simple

suma aritmética. Estos métodos pueden ser gráficos o analíticos, en ambos casos se consideran además de la magnitud del

vector su dirección y sentido.

Ahora vas a resolver el problema del paso 1 por el método grafico específicamente por el método del paralelogramo.

Para eso toma en cuenta las siguientes consideraciones.

Método grafico del paralelogramo: para encontrar la resultante, es decir el vector equivalente, basta con trazar primero las componentes F A sobre el eje de las x en un plano cartesiano y FB sobre el eje de las y y después una paralela a FA a partir de FB y una paralela a FB a partir de FA, la resultante será la línea que une el origen de los dos vectores con el punto donde hacen intersección las dos paralelas

Resuelve la suma de vectores por el método del paralelogramo.

42

¿Coincide el valor de la resultante del método grafico con el valor obtenido por un solo dinamómetro en el paso 1?

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

¿Cuál es el margen de error? ¿A qué crees que se deba el error?

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

Experimento B

1. Coloca los dinamómetros como muestra la figura.

Figura 4 Figura 1 Figura 2 Figura 3

43

2. En la Figura 1 tira del vector B y observa que

pasa en el vector A.

¿Por qué crees que pasa esto? Explica :

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

Ahora representa con flechas cada una de las fuerzas. No olvides establecer una escala adecuada.

3. Tira del vector C 50 g de la figura 2 y

observa lo que marca A y B, repite la misma fuerza en el vector C de la figura 3 y 4 y toma los valores que marca A y B en

cada figura. Y llena la siguiente tabla.

Figura C A B

1

2

3

4

¿Qué pasa con las fuerzas en A y B a medida que el ángulo entre A y B se hace más grande?

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

44

Experimento C

Si te preguntan que si puedes elevar 2 kg, a nivel de tus manos, seguramente dirías que si, en

este experimento te retamos a levantar dos kg por medio de una cuerda con la condición de que la

cuerda quede completamente horizontal.

Hazlo ¿Qué paso? Alguien pudo. Explica porque si o por qué no se pudo.

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

Valora tu aprendizaje

Realiza una búsqueda bibliográfica y contesta las siguientes preguntas.

1. ¿Cuáles son las características de un vector?

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

2. ¿Qué es un sistema de vectores colineales?

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

45

3. ¿Qué es un sistema de vectores

concurrentes?

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

4. ¿Qué propiedades tienen los vectores?

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

5. ¿Cuáles son los métodos para la suma de

vectores?

___________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

Reflexión argumentada _____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________

46

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CALIFICACIÓN: _________________________

Montiel Pérez, Héctor. Física General

. Publicaciones culturales. México 2008

Física Conceptos y Aplicaciones

Tippens, Paúl E.

Sexta Edición.



laboratorio

47

PRÁCTICA NÚMERO 5: ESTUDIO DEL MOVIMIENTO RECTILINEO

Propósito: Investigar cómo se relacionan entre sí la distancia, el tiempo y la rapidez promedio, intentando que la rapidez de caída de unas

fichas de dominó sea máxima. Familiarizarse con las técnicas elementales para trazar gráficas.

Desempeño a lograr: Construye gráficas, las analiza y las emplea para explicar fenómenos físicos que involucran al menos dos variables,

rapidez contra tiempo, distancia contra tiempo y desplazamiento contra tiempo.

Materiales y recursos:

50 fichas de dominó del mismo tamaño

1 cronómetro

1 regla de un metro

1 papel milimétrico

Libro de consulta

Antecedentes

Una propiedad esencial del movimiento es la rapidez, es decir, la razón de cambio de la distancia entre el tiempo. Cuando medimos

la rapidez de un automóvil, medimos la razón de cambio con la cual este objeto físico, fácilmente visible, se mueve sobre el suelo; por

ejemplo a cuántos kilómetros por hora avanza. Pero cuando medimos la rapidez del sonido o de la luz, se mide la razón de cambio con la

cual se desplaza la energía. No podemos ver dicha energía. No obstante, podemos ver y medir la rapidez del impulso energético que hace

caer a una hilera de fichas de dominó.


1. Coloca 50 fichas de dominó en una hilera recta, dejando espacios iguales entre ellas. Las fichas deben estar separadas entre sí por lo

menos una distancia equivalente al grosor de cada una, tu objetivo es maximizar la rapidez con que cae una fila de fichas.

Colócalas en la forma en que, a tu juicio, sea posible obtener la mayor rapidez de caída.

2. Mide la longitud total de tu hilera de dominó.

Longitud = _______________

48

3. Calcula la distancia promedio de separación entre las fichas de dominó, midiendo la longitud desde la parte media de la primer ficha

hasta la parte media de la última, y divide el resultado entre el número de espacios que separan a todas las fichas de dominó.

Distancia promedio entre fichas de domino= ____________

4. Mide la longitud de una ficha

Longitud de la ficha = ______________

Distancia de separación = ______________ longitudes de ficha

5. Mide el tiempo que tarda en caer tu hilera de fichas de dominó. La medición del tiempo debe de obtenerse con la ayuda de 3

integrantes del equipo con sus respectivos cronómetros para determinar el tiempo promedio.

Tiempo= _____________

6. Calcula la rapidez promedio a la que se derrumba tu hilera de fichas.

Rapidez promedio= _____________

7. Repite los pasos 5 y 6 para otras tres distancias de separación, cuando menos. Incluye la separación más pequeña que logres obtener

con la cual todavía se produzca la caída. Anota tus datos (incluidos los del primer ensayo) en la tabla de datos A.

8. En un hoja de papel milimétrico, traza una gráfica de tus datos dibujando una curva continua que una los puntos correspondientes a

esos datos. Identifica el punto de la curva donde la rapidez sea máxima o mínima (tal vez no coincida con ninguno de los puntos

correspondientes a tus mediciones). Traza la gráfica de separación (longitudes de ficha) contra rapidez (m/s).

Ensayo Longitud Separación promedio Tiempo Rapidez

49

Valora tu aprendizaje

1. ¿Cómo se define el término rapidez promedio?

______________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

2. ¿Qué factores afectan la rapidez de caída de las fichas de dominó?

______________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

3. ¿Por qué calculamos la rapidez promedio del impulso que hace caer las fichas, en lugar de la rapidez instantánea?

______________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

4. ¿Cuál es la rapidez de caída máxima o mínima según tu gráfica?

______________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

5. ¿Con qué separación entre las fichas de dominó crees que se obtendrá la rapidez máxima? ¿y la mínima? ¿Qué relación hay entre esta

separación y la longitud de una ficha?

______________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

50

6. Considerando la rapidez máxima o mínima de caída de la hilera de fichas de dominó ¿qué longitud debería tener la hilera para que sus

fichas cayeran en un minuto?

______________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

Reflexión argumentada:

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______________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________

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CALIFICACIÓN: _________________________

Bibliografía:

Manual de Laboratorio de Fìsica

Capítulo 2. Autor: Hewitt. Robinson

Editorial Pearson. Addison Wesley Longman



laboratorio

51

PRÁCTICA NÚMERO 6: MOVIMIENTO EN UNA DIMENSIÓN

Propósito: Representar el movimiento de un objeto de manera gráfica, verbal y matemática para describir un experimento

de observación y un experimento de prueba.

Desempeño a lograr: Identifica las variables a medir. Diseña un experimento factible que investigue el fenómeno. Utiliza

software para efectuar graficas.


Regla de 1 m

Cronómetro

Marcador para pintarrón

Computadora con Graph

Conocimientos previos

A) ¿Qué es una variable?

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_________________________________________________________________________________________________________________________

B) ¿Que se necesita para realizar una gráfica?

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Desarrollo experimental

A) Experimento de observación: observe y represente el movimiento usando graph.

Los objetivos de este experimento son aprender a representar gráficamente el movimiento de un objeto, cómo traducir

representaciones gráficas y verbales, y cómo moverse en realidad de manera que sea consistente con las representaciones.

Dispones de Graph, un software gratis que te permite hacer gráficas de posición -versus- tiempo y de velocidad – versus- tiempo

del objeto. Tu primera tarea es aprender cómo utilizar Graph para construir las dos clases de gráficas.

Arranca el programa Graph siguiendo los pasos enumerados a continuación.

1. Haz clic en el ícono de Windows para ver todos los programas.

2. Haz clic en la carpeta Graph y luego, de nuevo clic en el ícono Graph para cargar el programa, si está activada la ventana

“Consejo del día”, haz clic en el botón “Cerrar”.

3. En la parte superior aparecen la barra de Menús y la barra de Herramientas, ésta contiene los botones Nuevo, Abrir, Guardar, Editar ejes, Insertar función, e Insertar serie de puntos; haz clic sobre éste último (también puedes oprimir F4) para graficar una serie de puntos proporcionados por el usuario.

4. Cuando aparezca la ventana “Insertar serie de puntos” sobre la interfaz de Graph, el programa ya está listo para comenzar.

El programa de forma automática ajusta la escala a los puntos introducidos por el usuario. Sin embargo posteriormente podrás modificarla.

53

A) Primero, marca un punto con su posición inicial, al cual denotarás por O (origen). A la derecha de esa

posición los números serán positivos y, a la izquierda serán negativos. Si das unos pasos a la derecha, serán

positivos y si das unos pasos a la izquierda de esa posición serán negativos.

B) Enseguida prueba a moverte de distintas formas y registra en una tabla organizada como la que aparece

abajo tus observaciones de diferentes formas. Cada una de esas formas se conoce como una

“representación”.

Efectúa los siguientes cuatro experimentos, enseguida propón otros dos experimentos por tu cuenta. Todos los

experimentos debes efectuarlos desde la misma posición inicial.

Permanece en reposo por dos segundos, luego camina hacia adelante, contando los pasos, a un ritmo uniforme

durante tres segundos, luego detente de nuevo.

Camina hacia atrás, contando los pasos a un ritmo uniforme, durante diez segundos.

Camina hacia adelante, contando los pasos, a un ritmo uniforme, durante cuatro segundos, enseguida contando los

pasos, camina hacia atrás más rápido pero a un ritmo uniforme, durante los dos segundos siguientes.

Camina hacia adelante contando los pasos, durante dos segundos, enseguida aumenta de forma continua tu velocidad,

contando los pasos durante tres segundos.

Descripción verbal del experimento

Diagrama de movimiento

Gráficas

Incluye desde donde se inicia el movimiento, el lugar y el momento y hasta donde termina; cómo se mueve, y el intervalo de tiempo durante el cual se mueve.

Marca el eje de posición verticalmente. Recuerde incluir puntos, flechas v

r, y

flechas Δvr.

Posición vs tiempo y velocidad‐vs.‐tiempo de la pantalla de tu computadora.

54

Estefany no comprende por qué es una buena idea representar la misma información en estas tres formas distintas. ¿Qué

le dirías tú para ayudarle a comprender las ventajas de hacer esto?

B) Experimento de prueba: ¿comprendes las gráficas?

Tu siguiente actividad será describir de qué manera tienes que moverte para que la gráfica producida por tu movimiento se ajuste

a unas cuantas gráficas predeterminadas.

Para cada una de las gráficas haga lo siguiente:

a) Antes de proceder a realizar el experimento, necesitas decidir cómo te vas

a mover. Predecir en base a tus observaciones.

Del primer experimento y de tu conocimiento de Cinemática, ¿cómo debes

moverte para producir en Graph las gráficas que se parezcan a las de las

figuras de al lado?

Registra tus predicciones.

b) Después de haber hecho y registrado tus predicciones, escribe los valores

en la tabla “Insertar serie de puntos.”

c) Si la gráfica producida por estos puntos al escoger “Interpolación lineal” en el

menú línea, no se parece a la gráfica de la figura, discute con los

integrantes de tu equipo las posibles razones y cómo modificar los valores

de la tabla para hacer que la gráfica se ajuste más cercanamente a la de la

figura correspondiente.

55

d) Sobre la gráfica, ¿En qué eje se representa la posición del objeto?

¿En qué eje se representa el tiempo?

e) ¿Cuál es la variable independiente en este experimento?

¿Cuál es la variable dependiente en este experimento?

¿Cómo lo sabes?

Ahora responde lo siguiente:

f) ¿Cómo hacer que los movimientos representados por líneas rectas x(t) de pendientes diferentes sean distintos entre sí?

¿Qué información podemos obtener de la pendiente de la gráfica x(t)?

g) Utiliza las gráficas de movimiento anteriores para decidir cuál de los movimientos que llevaste a cabo tiene aceleración

constante. En ese caso, determina el valor de la aceleración. Piensa en cómo se vería una aceleración constante en una

gráfica x(t) y en una gráfica v(t). ¿Qué clase de análisis matemático tienes que hacer con la gráfica para determinar si

representa un movimiento con aceleración constante? Luego ¿cómo determinar cuál es el valor de esa aceleración?

C) Experimento de prueba: ¿donde se cruzan los carros?

En esta parte harás dos experimentos. Los objetivos de ellos son:

1. Usar las ecuaciones cinemáticas para describir fenómenos de la vida real.

2. Distinguir entre las suposiciones que se hacen al aplicar un método matemático en una situación del mundo real y la

incertidumbre experimental que resulta de utilizar un método para hacer la medición.

En este experimento determinarás el movimiento de dos carritos de batería y enseguida predecirás el punto donde se

encuentran si comienzan a moverse en posiciones determinadas y se mueven uno hacia el otro.

Material disponible: dos carritos que funcionan con baterías, 2 reglas de madera de 1m, cronómetro, bolsa de azúcar,

sensor de movimiento, computadora con Graph.

1. Primero, experimenta individualmente con cada carrito para determinar cómo se mueve cada uno (a velocidad constante,

con aceleración constante, etc.) y representa cuantitativamente cada movimiento, o sea, con una ecuación del tipo x(t)=

56

Puedes utilizar cualquier método que hallas aprendido en el laboratorio para lograr tu objetivo. Sigue los pasos siguientes:

a) Describe tu experimento. Traza un diagrama claro y con etiquetas para tu diseño experimental.

b) Haz una lista de las fuentes experimentales de incertidumbre. Agrega a la lista los pasos que tomes para minimizar las

incertidumbres.

c) Realiza el experimento. Registra los datos en una forma adecuada, como diagramas de movimiento, tablas, y gráficas.

Registra por escrito la incertidumbre absoluta de cada uno de los datos que tomes.

d) Determina la incertidumbre relativa de cada dato. Compara las incertidumbres relativas para determinar si puedes utilizar

la regla de enlace más debil (ver el sitio anterior para encontrar el documento sobre incertidumbre experimental).

e) Describe con palabras el movimiento de cada y la forma como llegas a tus conclusiones.

f) Describe la ecuación de cada carrito como función del tiempo x(t)=…

2. ¿Dónde se encuentran los carritos?

Inicia con los carritos separados dos metros entre sí, y uno frente al otro. Si la cinemática es una forma razonable de describir

el movimiento de los carritos, ¿dónde se encontrarán los carritos? Continua con los siguientes pasos.

a) Usa las funciones x(t) que describen el movimiento de cada carro para predecir donde se encontrarán. Mientras haces tu

predicción, piensa en las suposiciones que tienes que hacer. Una de ellas es que los carros se mueven a velocidad

constante desde el momento en que arrancan. ¿Afectará esta suposición a la predicción de dónde se encontrarán? En

caso afirmativo, cómo influye?

b) ¿Qué otras suposiciones hiciste? Piensa en el piso…

c) Usa la regla enlace más debil para estimar la incertidumbre absoluta en la predicción del punto de encuentro.

d) Muestra tus cálculos al maestro y enseguida efectúa el experimento. Registra tus resultados. Requiere tu experimento que

hagas varias mediciones del punto de encuentro de los carros?¿Crees que esto vale la pena? Explica.

e) ¿Cómo le puedes explicar a Estefany las diferencias entre el valor predicho y el resultado del experimento? Sugerencia:

Considera las incertidumbres experimentales y las suposiciones.

57

f) Enlista todas las piezas de conocimiento que tuviste que aplicar para diseñar y realizar este experimento.

VALORA TU APRENDIZAJE

1. En esta práctica de laboratorio haz efectuado un experimento de observación y un experimento de prueba. ¿Cuál es la

diferencia entre ellos?

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2. Explica cómo tu comprensión de las representaciones del movimiento ahora es diferente comparada con la de antes de la

práctica.

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3. Con tus propias palabras ¿qué entiendes por “incertidumbre experimental”? ¿ Por qué debemos prestarle atención.

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4. Proporciona ejemplos de situaciones de la vida real en que las personas deban recabar y analizar datos cuantitativos

(números con unidades) para describir y comprender lo que está ocurriendo.

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CALIFICACIÓN: _________________________



laboratorio

parte i - dgemsdgems.ucol.mx/planes/archivos/a2_173.pdf · 7 5. mantén las sustancias inflamables...

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