ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA LABORATORIO 2 008/09 PRÁCTICA Nº1 - INTERACTIVE PHYSICS 8.0 1. Ejecutar el programa INTERACTIVE PHYSICS. Si ya se tenía abierto anteriormente, cerrarlo y volverlo a ejecutar para recuperar la configuración inicial. 2. Abrir el siguiente cuadro de diálogo: Vista-Espacio de trabajo, y activar las siguientes opciones, sin tocar las demás: Reglas Líneas cuadriculadas Ejes XY 3. Abrir el cuadro de diálogo Mundo-Campo de fuerza, y activar la opción Campo. En dicho cuadro de diálogo, escribir lo siguiente en las casillas correspondientes a Fx y a Fy, respectivamente: N/C) Fx self.charge*2000 (con esto creamos un campo eléctrico de 2000 Fy self.mass*9.81 (con esto anulamos el campo gravitatorio existente) 4. Dibujar 2 círculos pequeños de 20 cm de radio (uno arriba del otro), en cualquier lugar del espacio de trabajo, pero de tal manera que sus centros estén separados entre sí 1 m. Para seleccionar el radio de los círculos, primero hay que dibujarlos, manteniendo la separación deseada entre ellos (1 m). Una vez dibujados, abrimos la ventana de Geometría con la pestaña Ventana-Geometría (o pulsando Ctrl-k). En dicha ventana ponemos el valor de 0.20 m en la casilla correspondiente al radio (nótese que la ventana tiene un menú desplegable para seleccionar cada uno de los 2 círculos dibujados). Al terminar, cerrar la ventana de Geometría. 5. En cada uno de los 2 círculos, abrir la ventana de Propiedades (haciendo doble- click con el ratón sobre cada uno de ellos), y cambiar la masa y la carga de cada uno a 1 g y 1 µC, respectivamente, poniendo sus valores en las casillas correspondientes (asegurarse de hacerlo para cada uno de los 2 círculos a través del menú desplegable que hay dentro de la ventana de Propiedades): Masa 0.001 (kg) Carga 1e-6(C) 6. Cerrar la ventana de Propiedades y arrancar la simulación, parándola al cabo de unos segundos.

a) Explique a continuación lo que sucede durante la simulación, o dibuje claramente la trayectoria de los círculos:

Podemos observar en la fotografía siguiente que al aplicarle a cada círculo los siguientes condicionantes: gravedad nula, campo eléctrico de 2000 N/C, masa de 1

gramo y 1 microculombio. Observamos que los círculos se mueven horizontalmente hacia la derecha.

La velocidad va aumentando considerablemente en el eje X. Tiene una aceleración constante de 2 m/seg^2.

b) Volver a arrancar la simulación, pero esta vez con los efectos electrostáticos

activados. Para ello, abrir la ventana Mundo-Electrostática, y activar la opción Electrostática prendida, dejando tal como está el valor de la constante que aparece. ¿Qué sucede ahora? ¿Por qué? Ocurre el mismo efecto anterior pero esta vez los círculos se separan entre sí cada vez más, debido a la fuerza electrostática. La velocidad aumenta rápidamente en el eje X, en cambio, en el eje Y la velocidad aumenta de forma más lenta. La aceleración aumenta constantemente en el eje X, sin embargo, en el eje Y pasa de aproximadamente 10m/seg^2 a 0m/seg^2 en un segundo de tiempo.

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA LABORATORIO 2 007/08 PRÁCTICA Nº2 - INTERACTIVE PHYSICS 8.0 EJERCICIO 1 (Ejecutar el programa INTERACTIVE PHYSICS. Si ya se tenía abierto anteriormente, cerrarlo y volverlo a ejecutar para recuperar la configuración inicial) 1. Dibujar una esfera de 20 cm de radio, 100 g de masa y 490 µC de carga eléctrica, suspendida por una cuerda de 3 m de longitud. 2. Introducir un campo electrostático de valor 20000 N/C en el sentido positivo del eje x, y ajustar la resistencia del aire a 10 kg/m-s. 3. Calcular el ángulo que forma la cuerda con la vertical y el módulo de la tensión en la cuerda. Repetir el problema si la masa es de 500 g y de 1 kg.

· 3.1 (m = 100 g) Ángulo = Inicialmente la cuerda se encuentra perpendicular a la horizontal, en el momento en que arranca, la cuerda se va situando paralelamente a la horizontal, no llegando a los 90º, 85,63º aproximadamente. Tensión = La tensión inicial de la cuerda es de 0.981 Newton, al arrancar el efecto, esta tensión va aumentando de valor hasta llegar su tensión máxima de 9.849 Newton.

· 3.2 (m = 500 g) Ángulo = Inicialmente la cuerda se encuentra perpendicular a la horizontal, en el momento en que se arranca, la cuerda se va situando paralelamente a la horizontal, con un ángulo menor que cuando su masa equivalía a 100 gramos, aproximadamente 63,62º. Tensión = La tensión de la cuerda es mayor que en el caso anterior debido al aumento de la masa, en el inicio cuenta con una tensión de 4.903 Newton, un gran diferencia de cuando pesaba 100 gramos, en cambio la tensión máxima no es tan diferente a la del ejercicio anterior ya que oscila entre 10.900 y 10.999 Newton.

· 3.3 (m = 1 kg) Ángulo = Finalmente, con 1 kilogramo de masa, el ángulo que forma la cuerda con la vertical es mucho menor debido a que la masa de la bola es mucho mayor, alrededor de 44,92º. Tensión = La tensión inicial de la cuerda es mayor que en los dos casos anteriores ya que su masa es mayor, inicialmente consta de 9.807 Newton, una gran diferencia con respecto a los anteriores casos, sin embargo, la tensión final sigue siendo parecida, variando entre 13.800 y 13.899 Newton.

EJERCICIO 2 (Ejecutar el programa INTERACTIVE PHYSICS. Si ya se tenía abierto anteriormente, cerrarlo y volverlo a ejecutar para recuperar la configuración inicial) 1. Dos bolitas macizas de 1 g cada una se encuentran suspendidas de sendas cuerdas de 1 m de longitud. Los soportes de ambas cuerdas están separados 0.5 m entre sí. Cada bolita posee una carga electrostática de 100 µC. 2. Calcular la separación horizontal “d” entre las bolitas (entre sus centros) una vez establecido el equilibrio electrostático, y el tiempo “t” que tarda en establecerse dicho equilibrio si la resistencia del aire es de 10 kg/m-s. Repetir el problema si la masa es de 1 kg. 2.1 (m = 1 g) d = Podemos apreciar que la distancia entre las bolitas una vez establecido el equilibrio electrostático es de 3 metros aproximadamente.

t = El tiempo que tarda en establecerse el equilibrio electrostático como podemos observar es alrededor de 2.6 segundos.

2.2 (m = 1 kg) d = Al aplicar una masa superior, 1kg, las bolitas reciben un gran impulso que las hace elevarse, una hacia la derecha y otra hacia la izquierda para caer y volver a elevarse ya en una intensidad menos, la distancia entre centro y centro de estas bolas es de 2.5 metros como se puede observar en la imagen. t = El tiempo que tarda en establecerse el equilibrio electrostático como podemos observar es sobre unos 2.6 segundos, lo mismo que cuando pesaba 1gramo.

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA LABORATORIO 2 007/08 PRÁCTICA Nº3 - INTERACTIVE PHYSICS 8.0 EJERCICIO 1 1. Anular el campo gravitatorio. 2. Definir en la posición (0,0) una carga de 1 µC y 5 g con una velocidad inicial de 10 m/s en dirección x positiva. 3. Definir un campo magnético de 104 T en dirección z.

Indicar a continuación cómo se mueve la carga:

Observamos a través de la captura que la bola se mueve de forma circular en sentido contrario de las agujas del reloj y a velocidad constante.

4. Colocando los controles correspondientes, realizar una simulación que permita responder a las siguientes preguntas: 4.1 ¿Qué sucede si se cambia el signo de la carga? Ocurre exactamente lo mismo que en el caso anterior, es decir, la bola se mueve de forma circular pero esta vez, en el sentido de las agujas del reloj.

4.2 ¿Qué sucede si se cambia el valor de la carga entre 0.01 µµµµC y 100 µµµµC?

Al iniciar el movimiento con carga 0.01 µC, podemos ver que la bola se mueve hacia la derecha con una velocidad constante y va subiendo muy lentamente, pero en el momento en que cambiamos el valor de la carga a 100 µC, automáticamente la bola se detiene.

4.3 ¿Qué sucede si se incrementa la velocidad inicial? Al incrementar la velocidad inicial la bola hace nuevamente un recorrido circular pero esta vez con una mayor amplitud y lógicamente, con mayor velocidad. 4.4 ¿Qué sucede si varía el valor de la masa? Al ir aplicándole más masa, la bola realiza el mismo movimiento circular y la amplitud de la bola va siendo cada vez mayor. 5. Sabiendo que la componente normal de la aceleración es an = v2 / r, indique cómo podría medir el radio de curvatura de la trayectoria, y hacerlo con los valores iniciales de los apartados 2 y 3. Radio de curvatura: R=(V^2)/Aceleración . A continuación calcularemos el radio de la curvatura con los valores iniciales de los apartados 2 y 3: R= [(10m/seg)^2]/20m/seg^2 R= 5 metros. Efectivamente coincide con el valor calculado.

EJERCICIO 2 Combinando un campo eléctrico y uno magnético, orientado tal y como se muestra en la siguiente figura, es posible seleccionar únicamente las partículas que se muevan a una determinada velocidad. Si aplicamos la ecuación correspondiente a la fuerza de Lorentz, las partículas que se mueven por el campo experimentan una fuerza dada por la ecuación: F = qE + qv x B Según las direcciones indicadas, dicha fuerza F se puede descomponer en: Fx= - q vy B Fy = - q E + q vx B Eligiendo adecuadamente los valores de E y B, podemos hacer que se contrarresten las componentes verticales, de forma que Fy = 0, y por tanto: q E = q vx B De forma que sólo las partículas con velocidad vx = E/B mantendrán el movimiento horizontal, y no serán desviadas en su trayectoria.

Con ayuda del programa Interactive Physics, realizar la simulación de un selector de velocidad. Anular la fuerza de la gravedad, y por medio de un control genérico, definir un campo entrante de valor entre 0 y 5000 T, y un campo eléctrico de valor entre 0 y 5000 N/C en dirección “y” negativa. Usar una carga de 1 g y 1µC, con una velocidad inicial de 5 m/s. Compruebe la relación de valores entre E y B que hacen que la carga mantenga el movimiento horizontal, y anotarla a continuación:

· Cuando el campo magnético y el campo eléctrico son cero, la bola tiene una velocidad constante en el eje de la X. · Cuando el campo magnético es cero y el campo eléctrico tiene su valor máximo, la bolita realiza el mismo movimiento anterior pero esta vez el desplazamiento lo efectúa rodando. · Cuando el campo eléctrico es cero y el campo magnético tiene su valor máximo, es decir, 5000 Tesla, la bola recibe inicialmente un pequeño impulso y va cayendo hacia abajo.

· Cuando el campo magnético y el campo eléctrico tienen su valor máximo, la bola realiza los dos anteriores movimientos simultáneamente.

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA - LABORATORIO 2007/08 PRÁCTICA Nº4 – MEDIDAS DE RESISTENCIA, VOLTAJE E INTENSIDAD

1. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA: Aprender a medir resistencias, así como la tensión e intensidad presente en las mismas. 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS BÁSICOS: 2.1 RESISTENCIAS (OHMIOS.) En serie: R = R1 + R2 + R3 +... En paralelo: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 +... Medir SIN TENSIÓN soltando uno de los extremos 2.2 VOLTAJE (VOLTIOS V) e INTENSIDAD (AMPERIOS A) Ley de OHM: I = V / R VOLTAJE: Se pone el polímetro en paralelo (no hay que abrir el circuito). INTENSIDAD: Se pone el polímetro en serie (hay que abrir el circuito e intercalar el polímetro) 3. MATERIAL NECESARIO: 3 resistencias de ¼ W. Polímetro digital. Cables de conexión. 5. ESQUEMA ELECTRÓNICO

5. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Realizar los cálculos teóricos oportunos y realizar las medidas correspondientes para completar las siguientes tablas: Nos encontramos tres resistencias (R1, R2 y R3), dos en paralelo (R1 y R2) y otra en serie (R3). Para calcular las resistencias en paralelo hemos estudiado que es la suma de las inversas de las resistencias, es decir, 1/R = 1/R1 + 1/R2. Y para calcular la resistencia en total, simplemente se suman las resistencias en paralelo y las resistencias en serie, es decir, R.total = 1/R1 + 1/R2 + R3. Sacamos los nudos y mallas que nos encontremos, que son los siguientes: Nudos: I.total = I3 Malla: V1=V2 V.total = V3 + V1 o V2 R1 = 1 x 0 x 10 ± 5% = 100Ω ± 5% R2 = 56 x 10 ± 5% = 560Ω ± 5% R3 = 10 x 10^2 ± %5 = 100Ω ± 5%

Notas: 1. Para medir resistencias, el circuito debe estar SIN TENSIÓN. 2. Poner el selector del polímetro en corriente continua (voltaje e intensidad). 3. Para medir intensidad hay que abrir el circuito y poner el polímetro en serie. Negro Marrón Rojo

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA - LABORATORIO 2007/08 PRÁCTICA Nº5 – MEDIDAS EN CORRIENTE ALTERNA

1. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA:

Aprender a medir tensiones de corriente alterna (AC) empleando el tester y el osciloscopio.

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS BÁSICOS:

VALOR EFICAZ (Vef): Es el valor medido por el tester, de valor: Vef = Vmax / 1.4142 (para ondas senoidales)

VALOR PICO A PICO (Vpp): Vpp = 2Vmax

FRECUENCIA (f) Y PERIODO (T): f = 1/T

3. MATERIAL NECESARIO:

Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” Polímetro o tester digital Osciloscopio

5. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 5.1 ONDA SENOIDAL: Medir con el tester y con el osciloscopio las tensiones alternas V1 y V2, introduciendo V1 en el canal 1 y V2 en el canal 2, y completar la siguiente tabla:

Esquema vectorial: 5.2 ONDAS CUADRADA Y TRIANGULAR : Ajustar los puentes y el potenciómetro para obtener la frecuencia máxima posible, y mediante el empleo del osciloscopio, completar la siguiente tabla: