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Laboratorio 8Fuerza en el ChoqueFuerza en el Choque
Dr. Willy H. GerberInstituto de FisicaUniversidad Austral
Valdivia, Chile
Objetivos: Estudiar la fuerza en el choque y sus consecuencias sobre el movimiento del caro.
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Repaso
Repaso
Conceptos y Ecuaciones que debemos dominard h l l b t ipara poder aprovechar el laboratorio
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Repaso
Cinemática: poder comprender el comportamiento de un cuerpo
Detenido
Velocidad negativa
Velocidad positiva baja
Velocidad positiva, alta
Velocidad positiva, baja
Aceleración negativa
Aceleración positiva, bajaSer capaz de graficarposición, velocidad y
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Aceleración positiva, alta aceleración desde alguna de ellas.
Repaso
Caso aceleración constante
Cinemática: poder describir (calcular) el comportamiento de un cuerpo
Posición en el tiempo t [m]Posición inicial (posición en el tiempo t=0) [m]Aceleración [m/s2]Tiempo transcurrido [s]Tiempo transcurrido [s]Velocidad en el tiempo t [m/s]Velocidad inicial velocidad en el tiempo t=0) [m/s]
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Poder calcular la posición y velocidad para cualquier tiempo.Nota: el punto inicial y el signo de la aceleración lo define el usuario según su conveniencia
Repaso
Uso:Ejemplo:
Sistema de coordenadas:‐medimos x desde el suelo hacia arribamedimos x desde el suelo hacia arriba‐ colocamos en “cero” de nuestra huinchaen el origen
Situación inicial:‐ disparamos el objeto hacia arriba‐ la velocidad con que despega es dees de
Evolución:‐ la aceleración es la aceleración gravitacional
‐ como la dirección es opuesta anuestro sistema de coordenadasla aceleración debe ser negativa
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la aceleración debe ser negativa
Repaso
Impulso (cantidad de movimiento)
Que genera el movimiento?
Fuerza negativa
Fuerza cero
Impulso [kg m/s]Masa [kg]
Fuerza negativa
Fuerza positiva, bajaMasa [kg]Velocidad [m/s]
Fuerza (2 Ley de Newton, forma general)
Fuerza positiva, alta
y g
Fuerza [N (Newton)=kg m/s2]Variación del Impulso [kg m/s]Variación del Tiempo [s]
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Variación del Tiempo [s]
Repaso
Leyes de Newton
1. Inercia
2. Aceleración (ley general, caso masa cte)
3. Acción y reacción3. Acción y reacción
La fuerza es un vector y siempre se puededescomponer en componentes ortogonales
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Repaso
“Mapa de ángulos”
1. Ángulos complementarios2. Ángulos en líneas paralelas
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Repaso
Trabajo/Energía
Capacidad de realizar el movimiento
Energía cinética
Trabajo/Energía [J (Joule)=Nm=kg m2/s2]Fuerza [N] Energía cinética [J]Fuerza [N]Camino [m]
Energía cinética [J]Masa [kg]Velocidad [m/s]
Energía potencial (gravitacional)Energía total
Energía potencial [J]Masa [kg]
Energía total [J]Energía cinética [J]Energía potencial [J]
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Masa [kg]Aceleración gravitacional [m/s2]Altura [m]
Energía potencial [J]
Comerciales
Comerciales
¿Porque la deformación es la clave 18 g
para sobrevivir un accidente?
tiempo de frenado
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Misión
Misión
Para el carro que acelera por el plano inclinado
Estudiar el impacto con un resorte contra un obstáculo:
‐ ¿Que fuerza se mide en el tiempo?¿Con que velocidad vuelve a rebotar?‐ ¿Con que velocidad vuelve a rebotar?‐ ¿Que tan lejos llego con el rebote?
‐ ¿Tras cuanto tiempo volvió a impactar (rebote)?
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Guía
1. Establezca las ecuaciones que describen el movimiento del carro bajando el riel
Ayuda:
‐ determine la fuerza de tracción (analítico)‐ determine la fuerza normal (analítico)determine la fuerza de roce (analítico)‐ determine la fuerza de roce (analítico)
‐ determine la fuerza total (analítico)‐ determine la aceleración del carro (analítico)‐ determine la ecuación de velocidad para el caso que el carro inicia su recorrido desde elreposo (analítico)
‐ determine la ecuación de posición para un origen en la posición inicial del carro (analítico)origen en la posición inicial del carro (analítico)
‐ realice la medición y determine el tiempohasta el impacto (medición)
‐ estime el largo del recorrido (medición)l f d ( l l )
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‐ estime el coeficiente de roce (calculo)‐ estime la velocidad de impacto (calculo)
Guía
2. Estimar con la curva fuerza vs tiempo la velocidad con que rebota
Ayuda:
‐mida la fuerza de impacto en función del tiempo (medición)
‐ estime el área bajo la curva el impulso que recibe el carro (calculo)
‐ estime con el sistema el impulso querecibe el carro (lectura)
‐ estime el impulso con que impacta (calculo)estime el impulso con que impacta (calculo)‐ estime el impulso con que rebota (calculo)‐ estime la velocidad con que rebota (calculo)
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Guía
3. Predecir el tiempo en que volverá a impactar
Ayuda:
‐ determine la ecuación de la velocidad para el movimiento ascendente del carro (analítico)
‐ estime el tiempo en que el carro alcanza la mayor altura (calculo)
‐ determine la ecuación de la posición para el movimiento ascendente del carro (analítico)estime la altura que llega el carro (calculo)‐ estime la altura que llega el carro (calculo)
‐ verifique que el valor observado corresponde (medición)
‐ determine la ecuación de la velocidad para el movimiento descendente del carro (analítico)
‐ estime el tiempo en que el carro alcanza nuevamente el medidor de fuerza (calculo)
‐ compare el tiempo calculado con el tiempo
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compare el tiempo calculado con el tiempo medido (medición)
Configuración
Configuración
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Configuración
Unidad CASSY
Medidor de fuerza
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Imán de retención
Configuración
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Configuración
Determinar la masa
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CASSY Lab
CASSY Lab
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Ejecutar Programa
Ejecutar CASSY Lab. De estar enchufada la unidad de medición esta es reconocida por el sistema:
Representación del sistema CASSY
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CASSY Lab
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CASSY Lab
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CASSY Lab
Elegir escalaElegir escala
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CASSY Lab
Setear en cero
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CASSY Lab
Ajustar el tiempo de medición a 10 ms
Ajustar el tiempo de duración (12‐16 s)
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CASSY Lab
Setear imán
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CASSY Lab
D fi i d d diDefinir modo de medir
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CASSY Lab
Realizar medición – lectura de tiempo
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CASSY Lab
Nota: dos formas de integrar
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CASSY Lab
Área igual al impulso total en Ns (calculo del área + lectura)
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CASSY Lab
Tiempo entre dos rebotes
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CASSY Lab
Realizar medición – lectura de tiempo + posición máxima
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CASSY Lab
Nota: oscilaciones en la curva por efecto de no estar alineados medidor de fuerza con el resortecon el resorte.
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