Fisica General Sesion 3

(1)

Universidad

Universidad NacionalNacional AbiertaAbierta yy aa DistanciaDistancia UNADUNAD Sede

Sede JoséJosé CelestinoCelestino MutisMutis CalleCalle 1414 SurSur No.No. 1414_‐‐2323 PisoPiso 2,2, Bogotá,Bogotá, Colombia.Colombia.

UNIVERSIDAD

UNIVERSIDAD NACIONALNACIONAL ABIERTAABIERTA YY AA DISTANCIADISTANCIA FACULTAD

FACULTAD DEDE CIENCIASCIENCIAS BASICAS,BASICAS, TECNOLOGIATECNOLOGIA EE INGENIERIAINGENIERIA

PRACTICAS DE LABORATORIO PARA EL PRACTICAS DE LABORATORIO PARA EL

CURSO DE FÍSICA GENERAL CURSO DE FÍSICA GENERAL

SESION 3 SESION 3

Desarrollado por: Desarrollado por:

Wilmer Ismael Ángel Benavides Wilmer Ismael Ángel Benavides11

Miguel Andrés Heredia Ramos Miguel Andrés Heredia Ramos22

Mónica Marcela Peña

Mónica Marcela Peña CárdenasCárdenas33

Juan Carlos González Sanchez Juan Carlos González Sanchez44

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA -

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNADUNAD FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGIA E

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGIA E INGENIERÍAINGENIERÍA 2012

2012

________________________

_____________________________________ _____________

1 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional Abierta y a Distancia. 1 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional Abierta y a Distancia. 2 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional Abierta y a D

2 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional Abierta y a D istanciaistancia 3 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional Abierta y a D

3 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional Abierta y a D istanciaistancia 4 Coordinador

(2)

PRACTICA Nº 11: ONDAS TITULO: Reflexión de Ondas

OBJETIVO: Analizar Cuantitativamente la reflexión de ondas.

TEORIA:

El concepto de onda es muy abstracto. Cuando se observa el fenómeno ondulatorio en el agua, lo que en realidad se contempla es una nueva disposición de la superficie del agua. Sin la presencia del agua no existiría onda alguna. Una onda que viaja por una cuerda no existe sin la cuerda. Las ondas sonoras viajan por el aire como resultado de las variaciones de presión de punto a punto. En todos los casos, lo que se interpreta como una onda corresponde a la perturbación de un cuerpo o de un medio. En consecuencia, una onda puede considerarse como la representación del movimiento de una perturbación.

Siempre que una onda viajera alcanza una frontera, parte de la onda se refleja, otra parte de la onda puede, en algunos casos, continuar su camino en el otro medio, cambiando su velocidad (refracción).

MATERIALES

1. Cubeta de Ondas

PROCEDIMIENTO:

1. Agregue agua a la cubeta hasta alcanzar una profundidad en la que pueda observar el fenómeno ondulatorio.

2. Encienda la bombilla que se halla en la parte superior de la cubeta.

3. Coloque una cartulina blanca sobre la superficie de la mesa para observar sobre ella el reflejo de las ondas.

4. Conecte el motorcito vibrador de tal forma que al sujetar de él, el generador de ondas planas perturbe la superficie del agua a intervalos regulares de tiempo.

5. Ajuste la frecuencia del motorcito hasta obtener una longitud de onda λ adecuada para una

buena observación.

6. Determine la dirección de propagación de la perturbación. Coloque una barrera en el otro extremo de la cubeta de tal forma que se pueda identificar el frente de onda incidente y el frente de onda reflejado.

(3)

Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD

Sede José Celestino Mutis Calle 14 Sur No. 14_‐23 Piso 2, Bogotá, Colombia.

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FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA

En la gráfica registre los frentes de onda de incidencia y los de reflexión. Utilice color rojo para señalar la fuente generadora, color negro para los frentes de onda incidentes, color azul para los frentes de onda reflejados y color verde para los obstáculos.

GRAFICO REFLEXION 1

GRAFICO REFLEXION 2

GRAFICO REFLEXION 3

TABLA 1

Reflexión de Ondas.

INFORME

1. Escriba las observaciones obtenidas al realizar los pasos 6 y 7.

2. Realice sus observaciones detalladamente para los tres tipos de obstáculos utilizados. 3. Construya su concepto de reflexión de ondas.

4. Realice un análisis de la prueba y sus resultados. 5. Conclusiones.

(4)

PRACTICA Nº 12. Ondas eléctricas TITULO: Ondas Eléctricas

OBJETIVO: Identificar las características de una señal de corriente alterna como son periodo, frecuencia y amplitud.

TEORIA

MANEJO DEL OSCILOSCOPIO

Figura 1

En la Figura 1 se muestra el panel frontal de un osciloscopio, a continuación se relacionan los diferentes bloques funcionales y su descripción.

Ajustes de Visualización

1. Intensity: Potenciómetro para ajustar el contraste de la intensidad Focus: Potenciómetro para el ajuste del enfoque.

Conectores Para la entrada de señales

2. Entradas tipo BNC para el canal 1 y 2

Ajustes para la representación en el eje vertical (Amplitudes, Voltajes)

3. VOLT/DIV: Perilla giratoria, permite la selección de la escala de amplitudes, está expresado en voltios, y cada cuadro representa una división en la pantalla.

(5)

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(6)

MATERIALES

1. Osciloscopio

2. Generador de Funciones 3. Terminales de conexión

PROCEDIMIENTO

1. Conecte la salida del generador de funciones al canal 1 del osciloscopio.

2. ajuste los controles del osciloscopio para poder visualizar la señal (VOLT/DIV y TIME/DIV) así como el TRIG LEVEL para que la señal se estabilice. En este paso es necesario verificar que la perilla VAR SWEEP se encuentra ajustada totalmente a la derecha.

3. Identifique el periodo de la señal; Cuente cuantos cuadros que ocupa la señal (eje X) y el tiempo que transcurre en ese periodo es la cantidad de cuadros multiplicado por la escala en la que se encuentre TIME/DIV

4. Para hallar la frecuencia simplemente recurrimos a la ecuación

  1

Esta frecuencia debe ser la misma que se encuentra en el generador de funciones; tenga en cuenta las unidades (Hz, KHz, MHz).

5. Por último identificamos la amplitud de la señal y para hallar su valor realizamos el mismo procedimiento utilizado en el punto 3. Contamos la cantidad de cuadros que ocupa la señal (eje Y) y lo multiplicamos por la escala VOLTS/DIV. Verifique que la perilla superior de VOL/DIV se encuentra ajustada en la posición máxima a la derecha.

(7)

INFORME

1. Grafique la onda mostrada en el osciloscopio para tres frecuencias diferentes y complete la siguiente tabla:

GRAFICA SEÑAL OSCILOSCOPIO PARAMETRO DATOS

A

Hz

FRECUENCIA GENERADOR SEÑALES: PERIODO CALCULADO: FRECUENCIA CALCULADA:

AMPLITUD PICO A PICO:

B

KHz

C

MHz

(8)

2. Calcule el valor teórico de la frecuencia para cada caso y compárelo con el valor mostrado en el generador, especifique procedimiento utilizado.

3. Qué relación existe entre Periodo y Frecuencia, ¿Qué importancia tienen las unidades? 4. Realice un análisis de la prueba y sus resultados.

(9)

PRACTICA Nº 13. CALOR

TITULO: Capacidad térmica en los metales

OBJETIVO: Observar la conservación de la energía, transferencia de calor, y la capacidad calorífica de diferentes metales y su comportamiento

TEORIA:

Cuando varios cuerpos a diferentes temperaturas se encuentran en un recinto adiabático se producen intercambios caloríficos entre ellos alcanzándose la temperatura de equilibrio después de cierto tiempo. Cuando se ha alcanzado este equilibrio se debe cumplir que la suma de las cantidades de calor intercambiadas es cero.

Calor específico c es la cantidad de calor que hay que proporcionar a un gramo de sustancia para

que eleve su temperatura en un grado centígrado. En el caso particular del agua c vale 1 cal/(g

ºC) ó 4186 J/(kg ºK).

La unidad de calor específico que más se usa es cal/ (g ºC) sin embargo, el Sistema Internacional de Unidades de Medida, expresa el calor específico en J/ (kg ºK)

La cantidad de calor recibido o cedido por un cuerpo se calcula mediante la ecuación:

       



 



)

Donde m es la masa, c es el calor específico, T i es la temperatura inicial y T f la temperatura final

• Si T _i>T _f el cuerpo cede calor Q <0 • Si T _i<T _f el cuerpo recibe calor Q >0

(10)

PROCEDIMIENTO:

La experiencia se realiza en un calorímetro consistente en un vaso de Dewar. El vaso se cierra con una tapa hecha de material aislante, con dos orificios por los que salen un termómetro y el agitador, como se observa en la figura 3.

Figura 3

1. Tome un trozo de hierro u otro metal. Determine su masa (m )

2. Vierta 300 ml de agua a temperatura ambiente en el calorímetro (



_

= 300 g); Con un

termómetro mida la temperatura del agua (T a )

3. Introduzca el metal en un recipiente que contenga agua hirviendo y pasados dos minutos mida la temperatura del líquido en ebullición (T h ).

4. Retire el metal del agua hirviendo e introdúzcalo rápidamente en el calorímetro que contiene agua a temperatura (T a ), tape el calorímetro, introduzca el termómetro. La temperatura del

agua irá aumentando hasta (trascurrido 1 minuto) alcanzar el valor de equilibrio térmico (T e ).

5. El calor cedido por el metal será igual a la masa del metal por su calor específico y por el cambio de temperatura experimentado por éste. Es decir,



_

 

_

 

_



El calor absorbido por el agua será:



_{}

 

_





 °





 



.

Igualamos ambos

calores y despejamos



_

,

dando que:

(11)

Donde:

m: Masa del metal.





: Masa del agua en calorímetro.

(T a ): Temperatura inicial del agua.

(T h ): Temperatura del agua en ebullición.

(T e ): Temperatura de equilibrio del sistema.

De esta forma, y con la ayuda de una tabla de calores específicos, podemos averiguar de qué metal se trata.

6. Repita los pasos anteriores para los dos metales restantes y complete la siguiente tabla 3.

MATERIAL TEMPERATURA INICIAL Ta TEMPERATURA FINAL Te TEMPERATURA EBULLICION Th CAPACIDAD CALORIFICA C HIERRO COBRE-ZINC ALUMINIO TABLA 3

La temperatura inicial y final relacionada corresponde al líquido donde se colocan los metales dentro del calorímetro.

7. Compare los valores teóricos de calor específico, con los obtenidos en la práctica.

INFORME

1. Explique las diferencias y similitudes en los valores teóricos y prácticos del calor específico de cada metal utilizado en la práctica.

2. De acuerdo con los datos obtenidos en la práctica, ¿Hay conservación de Energía?, Explique. 3. ¿Cómo variarían los resultados si los trozos de metal fueran de mayor masa?

4. Realice análisis de resultados de la práctica. 5. Conclusiones.

(12)

PRACTICA Nº 14. CALOR

TITULO: Expansión térmica en los metales

OBJETIVO: Observar la relación lineal del hierro, cobre aluminio, vidrio y cuarzo en función de la temperatura.

TEORIA

DILATACIÓN DE LOS SÓLIDOS

La dilatación es el cambio de cualquier dimensión lineal del sólido tal como su longitud, alto o ancho, que se produce al aumentar su temperatura. Se observa la dilatación lineal al tomar un trozo de material en forma de barra o alambre de pequeña sección, sometido a un cambio de temperatura, el aumento que experimentan las otras dimensiones son despreciables frente a la longitud. Si la longitud de esta dimensión lineal es Lo, a la temperatura



_

y se aumenta la temperatura a



_

, como consecuencia de este cambio de temperatura, que llamamos ∆ t se aumenta

la longitud de la barra o del alambre produciendo un incremento de longitud que se simboliza como ∆ L (Ver figura 4). Experimentalmente se encuentra que el cambio de longitud es proporcional

al cambio de temperatura y la longitud inicial.

(13)

∆



∆

Donde

∆  

_

∆



 





Es el coeficiente de dilatación.





Longitud inicial

  ∆

_

_

_{ ∆}

PRECAUCIONES

1. Verifique que el nivel de agua sea el adecuado, para permitir su recirculación en el montaje. EL TERMOSTATO PUEDE RECALENTARSE Y DAÑARSE POR FALTA DE AGUA.

2. POR SU SEGURIDAD, siempre que vaya a manipular el termostato para cambiar agua y material de prueba, verifique que esté apagado y la protección AUTOMATICO esté abierta para no permitir el paso de corriente.

3. Recuerde que el agua seguirá circulando por el sistema de recirculación, aunque haya apagado el termostato.

(14)

PROCEDIMIENTO

Realice el montaje de la figura 5.

Figura 5

Con la ayuda del termostato de laboratorio (-10ºC 100ºC) se incrementara la temperatura del agua, y esta puede ser medida con un termómetro, a medida que esta temperatura aumenta la longitud del material cambiará.

Registre la temperatura inicial (del agua), y la longitud del material (con el dilatómetro), cada 30 segundos registre estos datos. Realice el mismo procedimiento para los diferentes materiales.

MATERIAL1: LONGITUD INICIAL:

Temperatura inicial (C)

(15)

MATERIAL2: LONGITUD INICIAL:

Longitud

MATERIAL3 _: LONGITUD INICIAL:

Longitud

TABLA 4 INFORME

1. Determine el coeficiente de dilatación para cada metal.

2. Para los coeficientes hallados, especifique las unidades en Sistema internacional de Medida. 3. Compare los coeficientes obtenidos en la práctica con los valores teóricos.

4. Realice análisis de los resultados obtenidos en la práctica. 5. Conclusiones.

(16)

PRACTICA Nº 15. Fluidos TITULO: Densidad en los líquidos.

OBJETIVO:Observar que los líquidos tienen diferentes densidades.

MATERIALES 1. Balanza 2. Picnómetro 3. Agua 4. Alcohol 5. Leche PROCEDIMIENTO:

1. Con ayuda de la balanza, determine la masa del picnómetro vacío y seco (Mo).

2. Agregue agua al picnómetro hasta que este se encuentre lleno, registre la masa del agua.

3. Realice el mismo procedimiento para alcohol (el alcohol utilizado y limpio, se regresa al envase original) y finalmente leche, manteniendo siempre las mismas condiciones experimentales.

Mo = _______________

FLUIDO MASA VOLUMEN DENSIDAD

AGUA ALCOHOL

LECHE

TABLA 5

4. El picnómetro se debe entregar lavado, inicialmente con agua y finalmente con un poquito de alcohol.

INFORME

1. Realice gráfica comparativa masa Vs volumen de los tres líquidos y realice los análisis respectivos.

2. Realice análisis de la prueba y sus resultados.

3. Qué sucede con la densidad si aumenta o disminuye la temperatura del líquido? 4. Conclusiones de la práctica.