Laboratorio 8Fuerza en el Choque
Objetivos:
Dr. Willy H. GerberInstituto de Fisica
Universidad AustralValdivia, Chile
Estudiar la fuerza en el choque y sus consecuencias sobre el movimiento del caro.
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Repaso
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Repaso
Conceptos y Ecuaciones que debemos dominarpara poder aprovechar el laboratorio
Repaso
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Cinemática: poder comprender el comportamiento de un cuerpo
Velocidad negativa
Velocidad positiva, alta
Velocidad positiva, baja
Detenido
Aceleración negativa
Aceleración positiva, alta
Aceleración positiva, bajaSer capaz de graficarposición, velocidad yaceleración desde alguna de ellas.
Repaso
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Caso aceleración constante
Posición en el tiempo t [m]Posición inicial (posición en el tiempo t=0) [m]Aceleración [m/s2]Tiempo transcurrido [s]Velocidad en el tiempo t [m/s]Velocidad inicial velocidad en el tiempo t=0) [m/s]
Cinemática: poder describir (calcular) el comportamiento de un cuerpo
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
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Uso:Ejemplo:
Sistema de coordenadas:- medimos x desde el suelo hacia arriba- colocamos en “cero” de nuestra huincha en el origen
Situación inicial:- disparamos el objeto hacia arriba- la velocidad con que despega es de
Evolución:- la aceleración es la aceleración gravitacional- como la dirección es opuesta a nuestro sistema de coordenadas la aceleración debe ser negativa
Repaso
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Impulso (cantidad de movimiento)
Que genera el movimiento?
Impulso [kg m/s]Masa [kg]Velocidad [m/s]
Fuerza (2 Ley de Newton, forma general)
Fuerza [N (Newton)=kg m/s2]Variación del Impulso [kg m/s]Variación del Tiempo [s]
Fuerza negativa
Fuerza positiva, alta
Fuerza positiva, baja
Fuerza cero
Repaso
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Leyes de Newton
1. Inercia
2. Aceleración (ley general, caso masa cte)
3. Acción y reacción
La fuerza es un vector y siempre se puededescomponer en componentes ortogonales
Repaso
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“Mapa de ángulos”
1. Ángulos complementarios2. Ángulos en líneas paralelas
Repaso
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Trabajo/Energía
Trabajo/Energía [J (Joule)=Nm=kg m2/s2]Fuerza [N]Camino [m]
Capacidad de realizar el movimiento
Energía cinética
Energía cinética [J]Masa [kg]Velocidad [m/s]
Energía potencial (gravitacional)
Energía potencial [J]Masa [kg]Aceleración gravitacional [m/s2]Altura [m]
Energía total
Energía total [J]Energía cinética [J]Energía potencial [J]
Comerciales
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Comerciales
¿Porque la deformación es la clave para sobrevivir un accidente?
tiempo de frenado
18 g
Misión
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Estudiar el impacto con un resorte contra un obstáculo:
- ¿Que fuerza se mide en el tiempo?- ¿Con que velocidad vuelve a rebotar?- ¿Que tan lejos llego con el rebote?
- ¿Tras cuanto tiempo volvió a impactar (rebote)?
Misión
Para el carro que acelera por el plano inclinado
Guía
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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 total (analítico)- determine la aceleración del carro (analítico)- determine la ecuación de velocidad para el caso que el carro inicia su recorrido desde el reposo (analítico)- determine la ecuación de posición para un origen en la posición inicial del carro (analítico)- realice la medición y determine el tiempo hasta el impacto (medición)- estime el largo del recorrido (medición)- estime el coeficiente de roce (calculo)- estime la velocidad de impacto (calculo)
Guía
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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 que recibe el carro (lectura)- estime el impulso con que impacta (calculo)- estime el impulso con que rebota (calculo)- estime la velocidad con que rebota (calculo)
Guía
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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)- 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 medido (medición)
Configuración
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Configuración
Configuración
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Imán de retención
Unidad CASSY
Medidor de fuerza
Configuración
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Configuración
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Determinar la masa
CASSY Lab
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CASSY Lab
Ejecutar Programa
Representación del sistema CASSY
Ejecutar CASSY Lab. De estar enchufada la unidad de medición esta es reconocida por el sistema:
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CASSY Lab
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CASSY Lab
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CASSY Lab
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Elegir escala
CASSY Lab
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Setear en cero
CASSY Lab
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Ajustar el tiempo de medición a 10 ms
Ajustar el tiempo de duración (12-16 s)
CASSY Lab
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Setear imán
CASSY Lab
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Definir modo de medir
CASSY Lab
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Realizar medición – lectura de tiempo
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Nota: dos formas de integrar
CASSY Lab
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Área igual al impulso total en Ns (calculo del área + lectura)
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Tiempo entre dos rebotes
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Realizar medición – lectura de tiempo + posición máxima
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Nota: oscilaciones en la curva por efecto de no estar alineados medidor de fuerza con el resorte.