Intro. Física, DFM -UASLP Práctica 4: Caída Libre

Objetos que caen libremente.

Nombre: _______________________________Carrera_____________clave:____________

Análisis conceptual.

El experimento realizado en la superficie de la Luna por el astronauta Dave Scott (Apollo XV), muestra la independencia de las ecuaciones de la caída libre respecto de la masa, como ya dedujo Galileo Galilei hace 400 años. “Bien, en mi mano izquierda tengo una pluma y en la derecha un martillo. Y supongo que una de las razones por la que estamos hoy aquí es por un caballero llamado Galileo, porque hace mucho tiempo hizo un importante descubrimiento sobre los cuerpos que caen en un campo gravitatorio. Y pensamos que la Luna sería el mejor lugar para confirmar sus ideas... …Ahora lo intentaremos para que lo veas. Concretamente, la pluma es de un halcón, una pluma de halcón de nuestro Halcón Ahora soltaremos los dos a la vez y, esperemos….” Retomando el experimento real que se realizó en la Luna por el Astronauta Dave Scott, comprobando la teoría de Galileo, responde las siguientes preguntas. Justifica todas tus respuestas. 1.- ¿Por qué caen los cuerpos en la Tierra o en la Luna? 2.- ¿Cuál cuerpo crees que llegó primero al suelo? 3.- ¿Cuándo un cuerpo está en caída libre? 4.- ¿Qué relación hay entre fuerza y aceleración debida a la gravedad? ¿Son lo mismo? 5.- ¿Es diferente el valor de la aceleración debido a la gravedad o “g” en la Tierra que en la Luna? ¿Por qué? 6.- ¿Qué pasaría si en vez de dejar caer el ladrillo y la pluma en la Luna, lo dejamos caer

en el espacio, seguirá cayendo igual?

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Experiencia 1.- Pelota en caída libre.

Desarrollo del Experimento Materiales:

Pelota pequeña (recomendación) o de color contrastante.

Un metro con papel fluorescente

Cámara de video o de un celular con buena calidad

Tripie si es una cámara de video o si es un celular algún objeto o dispositivo para poder colocar el celular y se mantenga fijo.

Software TRACKER descargarlo de: https://www.cabrillo.edu/~dbrown/tracker/

Desarrollo de la práctica:

1. FILMACIÓN DE VIDEOS

Para realizar el análisis cinemático del movimiento de caída libre se requiere la videograbación del lanzamiento de un proyectil (balón o pelota), en donde éste describa la trayectoria completa.

Consideraciones para la toma de los videos:

La cámara deberá tener buena calidad.

Formato de video de preferencia en mp4.

La toma deberá ser fija, de preferencia con usar un tripie. Además deberá considerarse que el movimiento se desarrolle en un plano paralelo a la lente de la cámara.

Deberá poner una regla o metro en el mismo plano del movimiento, para usarlo como referencia de longitud en el análisis posterior.

El objeto o partícula en movimiento deberá tener “buen contraste con el fondo”. Ej. Partícula roja en fondo blanco, o partícula negra en fondo blanco o viceversa.

2. ANÁLISIS DEL MOVIMIENTO DEL PROYECTIL EN TIRO PARABÓLICO

Deberá contar con el software libre de análisis de videos TRACKER, descargarlo de: https://physlets.org/tracker/ Para realizar el análisis de video deberá tener cargado previamente en la computadora el video a analizar. El siguiente video te puede ayudar con los pasos para el análisis del video: https://www.youtube.com/watch?v=Esa3e-46Fsg

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Con el uso del software se obtienen las gráficas: 1. Posición vertical contra tiempo y-t 2. Velocidad vertical contra tiempo Vy – t

Figura 1. Software TRACKER, donde se ha realizado el análisis de un video de Caída Libre. A partir de estas gráficas y en el software TRACKER determinar los siguientes valores:

Variable medida en TRACKER Valor numérico (colocar unidades)

A. Altura máxima medida desde el suelo.

B. Aceleración Vertical (aceleración de la gravedad)

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Experiencia 2.- Tuercas en Caída libre

Desarrollo del Experimento

Materiales:

● Hilo o estambre de 2.5 m de largo ● 3 tuercas ● olla de metal o lata metálica (donde puedan

golpear las tuercas) ● Aplicación Sparkvue de Pasco (descargar del

playstore de android)

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.isbx.pasco.Spark&hl=es_MX ● Software para graficar (Ej. Microsoft Excel) ● Regla, hoja milimétrica, calculadora

Desarrollo de la práctica: Es importante que previo a la práctica inspeccione el funcionamiento de la aplicación “SPARKvue” de Pasco, relacionada con la toma de datos en la función “Micrófono integrado” y en la opción “Nivel de Sonido”, la cual mide la intensidad del sonido en decibeles. Parte A)

1. Tome el hilo o estambre aproximadamente 2.30 m y coloque una tuerca cada metro, comenzando por un extremo del hilo, se colocarán en total las 3 tuercas. Debe quedar un pedazo de estambre o hilo libre para sujetarlo.

2. Coloque el celular en el piso o cerca de la lata. Verifique que la olla o lata quede debajo del hilo con tuercas, para que al caer estas golpeen en la lata.

Figura 1

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3. Un compañero del equipo deberá subirse a una mesa o silla de manera tal que pueda sostener el hilo o estambre con tuercas de forma vertical desde el extremo superior del mismo.

4. Importante: Antes de grabar modifica la frecuencia de grabación, ponla en 1KHz. Toma el celular y activa la función “grabar”, deja caer todas las tuercas. Detén la grabación.

5. Guarda el archivo de datos. 6. Repite el experimento 2 veces más. SOLO USARÁS LOS

DATOS DE UNO DE ESOS TRES EXPERIMENTOS!!

ANÁLISIS DE DATOS OBTENIDOS MEDIANTE LA APLICACIÓN “SPARK VUE” de Pasco

1. Abre el archivo de datos en el mismo SPARKvue. Los datos grabados son sonoridad en decibeles (eje y) y tiempo en segundos (eje x).

2. Identifique los picos en la gráfica que corresponden a cuando cada tuerca golpea el metal y produce un mayor sonido. Obtendrás un gráfica como la que se muestra en la figura 3

3. Una vez que identifique los picos de la gráfica sonoridad-tiempo. Determina de manera aproximada usando la gráfica, el intervalo de tiempo que existe entre la caída de cada una de las 3 tuerca, para los cuales las tuercas han caído el mismo desplazamiento (1m) ponga los datos en la tabla 2.

4. Imprime y anexa la gráfica que obtuviste.

Figura 2

Figura 3

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# tuerca Desplazamiento aprox. (m)

Intervalo de Tiempo aproximado (seg)

1ra -------

2da 1

3ra 2

Tabla 2

Parte B)

1. Mueve la tuerca 2 (la de en medio del arreglo: hilo con las 3 tuercas usado en la parte A), de manera tal, que las tuercas 2 y 3 caigan a iguales intervalos de tiempo. Es decir, que en la gráfica del nivel del sonido contra el tiempo que se genere (como la figura 3) los picos de la gráfica estén separados de igual manera, lo que significa que están a intervalos iguales entre ellos. Deberás repetir la experiencia cuantas veces sea necesaria para lograrlo.

2. Llena la tabla 3, poniendo los datos de la distancia a la cual colocaste las tuercas como los desplazamientos de éstas mismas.

# tuerca Desplazamiento aprox. (m)

Intervalo de Tiempo aproximado (seg)

1ra ------- ---------

2da

3ra

Tabla 3

3. Graba el experimento con la aplicación SPARKvue de Pasco y guarda los datos. 4. Imprime y anexa la gráfica como evidencia. Indica los picos que corresponden al

sonido que se genera por cada una de las 3 tuercas.

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Análisis Final Responde las preguntas justificando tu respuesta.

1. ¿Cuáles son las diferencias y similitudes del tipo de movimiento que tienen la pelota y las tuercas en caída libre de esta práctica con la práctica anterior en la cual una canica desciende sobre un plano inclinado?

2. ¿Deberían ser diferentes de manera cualitativa (no cuantitativamente) las gráficas

x-t, v-t y a-t de la Experiencia 1 de esta práctica (la pelota en caída libre) con la de la canica descendiendo por un plano inclinado de la práctica 3?

3. En la parte B de la experiencia 2 de esta práctica. ¿Cuál fue el razonamiento que

usaste para modificar la posición de la tuerca 2?

4. En la experiencia 1 ¿Si en vez de una pelota colocáramos un tornillo, una esfera de goma o cualquier otro objeto en el cual la resistencia del aire sobre éste sea despreciable? ¿Obtendremos la misma aceleración promedio?