UACH Bachillerato Lab 8: Fuerza en el Choque

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.

www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08

Repaso

Repaso

Conceptos y Ecuaciones que debemos dominard h l l b t ipara poder aprovechar el laboratorio


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


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]


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


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]


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


Repaso

“Mapa de ángulos”

1. Ángulos complementarios2. Ángulos en líneas paralelas


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]


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


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)?


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 )


‐ 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)


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


compare el tiempo calculado con el tiempo medido (medición)

Configuración

Configuración


Configuración

Unidad CASSY

Medidor de fuerza


Imán de retención

Configuración


Configuración

Determinar la masa


CASSY Lab

CASSY Lab


Ejecutar Programa

Ejecutar CASSY Lab. De estar enchufada la unidad de medición esta es reconocida por el sistema:

Representación del sistema CASSY


CASSY Lab


CASSY Lab

Elegir escalaElegir escala


CASSY Lab

Setear en cero


CASSY Lab

Ajustar el tiempo de medición a 10 ms

Ajustar el tiempo de duración (12‐16 s)


CASSY Lab

Setear imán


CASSY Lab

D fi i d d diDefinir modo de medir


CASSY Lab

Realizar medición – lectura de tiempo


CASSY Lab

Nota: dos formas de integrar


CASSY Lab

Área igual al impulso total en Ns (calculo del área + lectura)


CASSY Lab

Tiempo entre dos rebotes


CASSY Lab

Realizar medición – lectura de tiempo + posición máxima


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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