FS-111 Física médica UNAH

MRU 1

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE HONDURAS

FACULTAD DE CIENCIAS

ESCUELA DE FÍSICA

FS-111 Física médica

PRÁCTICA No. 2: Movimiento Rectilíneo Uniforme

Elaborada por: Jocsán Hernández

Revisado por: Jorge Salgado

1.- Introducción El descubrimiento y la descripción matemática de las primeras leyes de la física vino de la mano de Sir Isaac

Newton en 1687, más de 320 años después de esto su descripción y predicciones siguen siendo estudiadas

y válidas para la mayoría de los fenómenos físicos observables por los humanos, en especial en la vida

cotidiana.

Llamaremos movimiento rectilíneo uniforme a todo movimiento que se desarrolle en línea recta, o que se

puede trasladar a un marco inercial en el que se pueda considerar que va en línea recta, con aceleración

constante, este es uno de los tipos más sencillos de movimiento acelerado que podemos estudiar. Esto por

supuesto incluye la aceleración cero, en cuyo caso tendremos un movimiento a velocidad constante. En

esta práctica de laboratorio estudiaremos la evolución de un cuerpo en movimiento mediante un applet e

identificaremos el tipo de movimiento según su aceleración.

2.- Objetivos a. Entender el movimiento rectilíneo uniforme como un caso particular de un movimiento

acelerado.

b. Comprender y diferenciar el significado físico de aceleración constante y velocidad constante.

c. Calcular la aceleración de un cuerpo en movimiento.

3.- Marco teórico

Aceleración La aceleración, al igual que muchas medidas en física, es una medida de cambio, en este caso en particular

nos dice que tan rápido está variando la velocidad de un cuerpo, por eso se mide en metros sobre segundo

al cuadrado, a saber: qué tanto cambia la velocidad de un cuerpo en movimiento cada segundo. La

aceleración constante no es necesariamente 0, es cualquier valor que no va a cambiar en el tiempo.

Velocidad y rapidez. La velocidad es la medida vectorial de que tanto varía la posición de un cuerpo con respecto al tiempo, por

eso se mide en metros por segundo, a saber: qué tanto nos hemos desplazado en un segundo. Por otro

lado, la rapidez es una medida escalar y se considera como el módulo del vector velocidad, o si lo quiere el

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cambio absoluto de posición con respecto al tiempo. Al igual que con la aceleración velocidad o rapidez

constante no implican necesariamente un cuerpo un reposo, sino un cuerpo que no está acelerado.

Ecuaciones de movimiento.

Caída libre Un caso particular de movimiento rectilíneo uniformemente acelerado es la caída libre, tomando como 0

la fuerza de resistividad del aire todo cuerpo se va a ver afectado en la tierra por una aceleración hacia su

centro de 9.8 m/s² que va a ser prácticamente constante sobre toda la superficie de la tierra. La caída

libre está descrita por el siguiente conjunto de ecuaciones:

Donde usamos la convención de que se suman las aceleraciones a favor del movimiento y se restan si van

en contra, además se recomienda tomar siempre el punto inicial del movimiento como y0 =0, ya que esto

facilitará mucho los cálculos.

Errores experimentales Fórmula para calcular el error porcentual de la aceleración de la gravedad:

%𝜖 = |𝑎𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎 − 𝑎𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙

𝑎𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎| × 100% (3)

4.- Procedimiento experimental 1.- Debe tener instalado Java en su navegador.

2.- Con su navegador web abra el siguiente enlace: http://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-

park/latest/energy-skate-park_all.html acto seguido le aparecerá una pantalla de carga, la cual

puede demorar algunos minutos en cargar.

3.- Luego de esperar se le cargará el applet que se muestra en la siguiente figura:

Figura: Applet

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4.- Entre a la parte donde dice “Playground”, debe dar doble clic.

5.- Observar los distintos parámetros y opciones que trae el Applet

a. En la parte superior izquierda tenemos la opción de agregar gráficos de las energías

potenciales y cinéticas.

b. También en la parte inferior izquierda tenemos la opción de agregar una rejilla (cuadrícula).

c. En la parte derecha nos indican más opciones sobre gráficos y medidas de velocidad, así

como la posibilidad de agregar fricción, cambiar el valor de la aceleración de la gravedad,

cambiar la masa de nuestro personaje y cambiar de personaje.

d. Debajo del recuadro anterior tenemos otro que nos permite agregar un metro el cual

podemos mover para hacer distintas mediciones dentro del applet, así como un

cronometro.

e. En la parte de en medio tenemos la opción de agregar tramos para el patinador, pausar el

movimiento, moverlo cuadro por cuadro y hacer que el movimiento se vea en cámara lenta.

f. Finalmente tenemos los botones de reinicio en la parte de abajo, tanto para el patinador

como para toda la pantalla.

6.- Manipular las opciones anteriores hasta familiarizarnos con ellas, luego darle clic en el botón para

reiniciar.

PARTE I– Medida de la gravedad 7.- Seleccione la opción de la cuadrícula (grid).

8.- Seleccione la opción del medidor de velocidad (speed).

9.- Darle clic donde dice “slow”, para ver mejor el movimiento.

10.- Según ordenes de su instructor cambie la masa del patinador y la gravedad a medir.

11.- Mueva al patinador con su mouse hasta la parte superior de la pantalla, tal que el medidor de

velocidad no estorbe en sus mediciones, pause el movimiento y en la Tabla 1 anote la velocidad del

patinador y su altura desde el suelo. Como se muestra en la figura:

Figura: Pauta a hacer en la Parte I.

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12.- En el mismo movimiento tome 4 mediciones, no se preocupe si no logra pausar en una cuadrícula

exacta, para eso está el metro, con estos datos llene la siguiente tabla:

Dato no. Altura (medida desde el suelo)

Velocidad Masa del patinador

1

2

3

4

Tabla 1: Datos del primer movimiento de caída libre.

13.- Repetir dos veces más los pasos del 11 al 12, es decir volver a registrar dos veces más el movimiento

de la caída libre (4 datos por cada caída), y anotar los resultados en la Tabla 2 y en la Tabla 3.

Dato no. Altura (medida desde el suelo)

Velocidad Masa del patinador

1

2

3

4

Tabla 2: Datos del segundo movimiento de caída libre.

Dato no. Altura (medida desde el suelo)

Velocidad Masa del patinador

1

2

3

4

Tabla 3: Datos del tercer movimiento de caída libre.

Parte II – Medición de la gravedad a partir del tiempo de caída 14.- Darle clic en Reset All.

15.- Repita los pasos del 7, 9 y 10 (los paramétros dados por el instructor deben ser los mismos).

16.- Dele clic en pausa, tome al patinador y colóquelo en un punto alto.

17.- Agregue el cronómetro en un lugar que no le estorbe para realizar mediciones, dele clic en el botón

de play del cronometro (play gris).

18.- Dele clic en el botón play movimiento (play azul) para que el patinador comience a caer, deje que

caiga un poco y dele clic en el botón de pausar movimiento (pausa azul) y anote el tiempo que

indica el cronometro y la altura desde el suelo en la Tabla 4.

19.- Repetir el paso anterior en el mismo movimiento hasta completar la Tabla 4.

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Dato no. Altura (medida desde el suelo)

Tiempo Masa del patinador

1

2

3

4

Tabla 4: Datos parte II.

5.- Tratamiento de datos experimentales 1.- A partir de la ecuación (2) calcule el valor de la aceleración del movimiento para la parte I, recuerde

hacer las conversiones necesarias a partir de la altura para obtener y0, esto para cada dato de las

tablas 1, 2 y 3.

2.- De todas las mediciones obtenidas calcule el promedio de la aceleración.

3.- Utilizando la ecuación (1) calcule el valor de la aceleración del movimiento para la parte II, recuerde

hacer las conversiones necesarias a partir de la altura para obtener y0 , esto para cada valor de la

tabla 4.

4.- Con todas las mediciones calcule el promedio de la aceleración.

5.- Calcule el error porcentual para la aceleración obtenida en el inciso 2 de esta parte (ver fórmula

para error porcentual en el marco teórico).

6.- Calcule el error porcentual para la aceleración obtenida en el inciso 4 de esta parte.

7.- ¿Por cuál de los dos métodos se obtuvo un menor error porcentual en la medición de la aceleración

de gravedad?

6.- Gráficas 1.- Con la ayuda de los valores encontrados para la aceleración y las ecuaciones 1 y 2 haga una gráfica

de un movimiento de cada parte, ¿qué tipo de gráfica esperaría ver con respecto al tiempo y el

desplazamiento, respectivamente?

2.- A criterio del instructor: Realice una regresión lineal de la forma y=mx+b, con una de las dos

ecuaciones del marco teórico (note que puede linealizar tomando t²=x).

7.-Analisis de resultados. 1.- ¿Cómo habría afectado su resultado si usa una masa distinta para el patinador?

2.- ¿Es aceptable el porcentaje de error obtenido en el tratamiento de datos? ¿A qué se debe este

error?

3.- Investigue cual es el valor teórico de la gravedad en Tegucigalpa, ¿difiere al de otras partes del

planeta?

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8.- Cuestionario 1.- De un ejemplo en el que rapidez y velocidad sean una cantidad distinta.

2.- Investigue sobre cómo serían las ecuaciones 1 y 2 si la aceleración no fuese constante.

9.-Conclusiones En base a los resultados obtenidos y analizando los objetivos de la práctica:

∎

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10.- Bibliografía

[1] ANDREA AURENGO, THIERRY PETITCLERC, “BIOFÍSICA” 3 ED.

[2] JERRY D. WILSON, ANTHONY BUFFA, ”FÍSICA PARA CIENCIAS DE LA SALUD”.

[3] CARLOS GUTIÉRREZ ARANCETA, “FÍSICA GENERAL”.