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UACH Bachillerato Lab 8: Fuerza en el Choque

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UACH Lecture, Spring 2008

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UACH Bachillerato Lab 8: Fuerza en el Choque

  1. 1. Laboratorio 8 Fuerza en el Choque Fuerza en el Choque Dr. Willy H. Gerber Instituto de Fisica Universidad 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
  2. 2. Repaso Repaso Conceptos y Ecuaciones que debemos dominar para poder aprovechar el laboratorio d h ll b t i www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  3. 3. Repaso Cinemática: poder comprender el comportamiento de un cuerpo Detenido Velocidad negativa Velocidad positiva, baja Velocidad positiva baja Velocidad positiva, alta Aceleración negativa Aceleración positiva, baja Ser capaz de graficar posición, velocidad y Aceleración positiva, alta aceleración desde  alguna de ellas. www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  4. 4. Repaso Cinemática: poder describir (calcular) el comportamiento de un cuerpo Caso aceleración constante 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 www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  5. 5. Repaso Ejemplo: Uso: Sistema de coordenadas: ‐ medimos x desde el suelo hacia arriba 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 es de Evolución: ‐ la aceleración es la aceleración  gravitacional ‐ como la dirección es opuesta a nuestro sistema de coordenadas la aceleración debe ser negativa la aceleración debe ser negativa www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  6. 6. Repaso Que genera el movimiento? Impulso (cantidad de movimiento) Fuerza cero Fuerza negativa Impulso [kg m/s] Fuerza positiva, baja Masa [kg] Masa [kg] Velocidad [m/s] Fuerza positiva, alta Fuerza (2 Ley de Newton, forma general) y g Fuerza [N (Newton)=kg m/s2] Variación del Impulso [kg m/s] Variación del Tiempo [s] Variación del Tiempo [s] www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  7. 7. Repaso Leyes de Newton 1. Inercia 2. Aceleración (ley general, caso masa cte) 3. Acción y reacción 3. Acción y reacción La fuerza es un vector y siempre se puede descomponer en componentes ortogonales www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  8. 8. Repaso “Mapa de ángulos” 1. Ángulos complementarios 2. Ángulos en líneas paralelas www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  9. 9. Repaso Capacidad de realizar el movimiento Energía cinética Trabajo/Energía Trabajo/Energía [J (Joule)=Nm=kg m2/s2] Fuerza [N] Fuerza [N] Energía cinética [J] Energía cinética [J] Camino [m] Masa [kg] Velocidad [m/s] Energía total Energía potencial (gravitacional) Energía total [J] Energía cinética [J] Energía potencial [J] Energía potencial [J] Energía potencial [J] Masa [kg] Masa [kg] Aceleración gravitacional [m/s2] Altura [m] www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  10. 10. Comerciales Comerciales ¿Porque la deformación es la clave  18 g para sobrevivir un accidente? tiempo de frenado www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  11. 11. 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)? www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  12. 12. 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 ‐ 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 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) l f d ( l l ) ‐ estime la velocidad de impacto (calculo) www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  13. 13. 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 que recibe 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) www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  14. 14. 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) www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  15. 15. Configuración Configuración www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  16. 16. Configuración Unidad CASSY Medidor de fuerza Imán de retención www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  17. 17. Configuración www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  18. 18. Configuración Determinar la masa www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  19. 19. CASSY Lab CASSY Lab www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  20. 20. Ejecutar  Programa Ejecutar CASSY Lab. De estar enchufada la unidad de medición esta es reconocida  por el sistema: Representación del sistema CASSY www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  21. 21. CASSY Lab www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  22. 22. CASSY Lab www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  23. 23. CASSY Lab Elegir escala Elegir escala www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  24. 24. CASSY Lab Setear en cero www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  25. 25. CASSY Lab Ajustar el tiempo de medición a 10 ms Ajustar el tiempo de duración (12‐16 s) www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  26. 26. CASSY Lab Setear imán www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  27. 27. CASSY Lab Definir modo de medir D fi i d d di www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  28. 28. CASSY Lab Realizar medición – lectura de tiempo www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  29. 29. CASSY Lab Nota: dos formas de  integrar www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  30. 30. CASSY Lab Área igual al impulso total en Ns (calculo del área + lectura) www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  31. 31. CASSY Lab Tiempo entre dos rebotes www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  32. 32. CASSY Lab Realizar medición – lectura de tiempo + posición máxima www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08
  33. 33. CASSY Lab Nota: oscilaciones en la curva  por efecto de no estar  alineados medidor de fuerza  con el resorte. con el resorte www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐8‐Version 11.08

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