TRABAJO PRÁCTICO N° 2
REPRESENTACIONES GRÁFICAS. UN RECURSO METODOLÓGICO
PARA EL ESTUDIO DE MOVIMIENTOS
Las representaciones gráficas constituyen un valioso recurso metodológico para describir la evolución de un sistema físico y, sobre todo, si se pretende predecir algún comportamiento futuro. Es una excelente herramienta para determinar el tipo de relación funcional que vincula a dos magnitudes.
En el estudio del movimiento de un cuerpo como la velocidad y la aceleración son la primera y segunda derivada de la posición con respecto al tiempo, podemos estimarlas a partir de la pendiente y la curvatura de la gráfica de la posición en función del tiempo.
Las actividades que a continuación se proponen, te permitirán obtener información sobre el movimiento de un cuerpo a partir del análisis e interpretación de la representación gráfica de la relación entre dos variables experimentales.
ACTIVIDAD A: DETERMINACIÓN DE LA ACELERACIÓN DE LA GRAVEDAD
Soltando del reposo un cuerpo desde una altura h conocida, midiendo el tiempo t que tarda en recorrer esa altura y suponiendo despreciable el rozamiento con el aire, el valor de la aceleración de la gravedad puede calcularse
2 2
t h g
Con el medidor digital de tiempo como el que utilizarás en este experimento, es posible determinar
g por medición directa del tiempo. El mismo permite, por su forma constructiva,
eliminar los tiempos de reacción del observador.Materiales a utilizar:
- Mecanismo para liberar la esfera - Timer
- Placa receptora - Varilla y base
- Esferas de distinto tamaño - Cinta métrica
Fig.1
Una vez familiarizado con el equipo ( Fig.1 ), realiza las siguientes tareas:
Selecciona una de las esferas de acero.
Mide la distancia h que recorrerá la esfera en su caída y estima el error correspondiente a dicha medición. Registra este valor en la Tabla 1.
Presiona el botón
RESET
del timer y utilizando el mecanismo para liberar la esfera, deja caer la misma. Registra la medición del tiempo comot1
en la Tabla 1. Repite las mediciones al menos cinco veces para la misma altura. Calcula el promedio de los tiempos medidos y registra este valor en la Tabla 1.
Repite los pasos anteriores para diferentes alturas de caída.
Tabla 1: Mediciones de alturas y tiempos de caída
Análisis de datos
Diámetro de la esfera 1, d1 = …………
Indica el criterio adoptado para la estimación del error de medición de tprom.
Repite el experimento utilizando la otra esfera. Confecciona una nueva tabla de valores para registrar los valores obtenidos.
Representa gráficamente
h = h ( t
prom) para la esfera 1. Indica claramente la escalaadoptada.
Analiza si el origen de coordenadas pertenece a la gráfica de la función. Para ello, reflexiona si con base en los valores medidos podemos prejuzgar el comportamiento del sistema en el origen. Teniendo en cuenta que la gráfica del comportamiento del modelo teórico pasa por el origen, ¿podemos afirmar que hay consistencia entre el modelo y el sistema, al menos en nuestro nivel actual de trabajo?
Traza una curva continua por los puntos y analiza qué tipo de relación funcional vincula ambas magnitudes. ¿Podrías asegurar que se trata de una relación lineal?.
Para linealizar la relación entre las variables, te proponemos graficar h = h ( tprom2) .
A partir de la representación gráfica obtenida, calcula la aceleración de la esfera con
su correspondiente incerteza.
Repite los pasos anteriores para la esfera 2.
Enuncia tus conclusiones. Las respuestas a las siguientes cuestiones pueden facilitarte su enunciado. ¿Es la aceleración de la gravedad constante? ¿Es la misma para todos los cuerpos? Discute las condiciones bajo las cuales son ciertos tus resultados. Calcula el porcentaje de discrepancia % Dif., entre el valor aceptado g = (9,7956 0,0001) m/s2
ACTIVIDAD B: CONSTRUYENDO IDEAS SOBRE CÓMO TRABAJA
UN SISTEMA INFORMÁTICO PARA LA ADQUISICIÓN
Y EL TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES
Esta actividad está orientada, por una parte, a la construcción de una visión global del uso y función de los distintos elementos que conforman un sistema informático en la realización de experimentos reales no simulados en el laboratorio y, por otra, a la comparación entre la función, precisión y sensibilidad de las herramientas tradicionales y las del sistema informático.
Figura 1. Sistema informático
Comencemos analizando los siguientes aspectos:
1- Identifica los distintos elementos que componen el sistema informático que utilizarás en la realización de actividades experimentales. Indica, con el mayor detalle posible, el uso y función de cada elemento.
2- En qué situaciones y en qué condiciones utilizarías sensores para recoger datos en un experimento.
A continuación, te proponemos focalizar tu atención en uno de los sensores que se utiliza como cronómetro para determinar los intervalos de tiempo de ciertos eventos con una resolución de 0,1 ms.
Figura 2. Sensor óptico
Este tipo de sensores, que suministran directamente una señal digital, son las puertas fotoeléctricas sensibles al corte de un haz infrarrojo por un móvil.
Básicamente, permite determinar el intervalo de tiempo durante el cual el haz infrarrojo permanece bloqueado. Para comprobarlo, te sugerimos pasar lentamente tu mano a través del haz.
Observa el LED testigo. ¿Cuándo comienza el conteo del tiempo? ¿Cuándo se detiene?
Describe, detalladamente, el procedimiento para visualizar en la pantalla de la computadora el registro del intervalo de tiempo durante el cual el haz permaneció bloqueado.
Indica el valor medido con su correspondiente incerteza.
tMANO= . . .
Si ahora el haz es bloqueado por el paso de uno de los dedos de tu mano ¿cuál es el intervalo de tiempo transcurrido?
tDEDO= . . .
Te sugerimos efectuar otras mediciones de tiempo pasando lentamente a través del haz alambres de distintos diámetros. Indica los t registrados en la Tabla 1.
Tabla 1: Medición de tiempos utilizando un sensor óptico Análisis de datos
Diámetro (mm) Intervalo de tiempo (s)
Consulta con el docente la especificación asociada a la resolución espacial del sensor.
Resolución espacial = . . .
¿Fue posible medir el tiempo de cada uno de los eventos propuestos? De no ser así, identifícalo e intenta explicar por qué.
Sintetiza las ideas que consideras relevantes sobre cómo trabaja un sensor y sobre su relación con los demás componentes del sistema informático en la realización de experimentos.
A continuación, te proponemos profundizar sobre las características de los sensores a partir de la comparación entre la medición del período de oscilación de un péndulo simple efectuada con un cronómetro y la efectuada utilizando un sistema informático.
Medición del período del péndulo con un cronómetro
Describe, detalladamente, el procedimiento para efectuar dicha medición. Te sugerimos tener en cuenta las siguientes consignas:
-Indica la apreciación del cronómetro.
-Explicita qué posición del péndulo tomarás como referencia para la medición del período.
-Evalúa la posibilidad de medir el tiempo de “n” oscilaciones completas en lugar de medir el tiempo de una oscilación completa. Fundamenta tu elección.
-Indica cómo incide el tiempo de reacción del observador en la determinación de la incerteza de la medición.
Medición del período del péndulo utilizando un sistema informático
Selecciona de la lista con los tipos de sensores existentes el que te permitirá medir el período de oscilación del péndulo.
Explica cómo funciona el sensor para medir el período del péndulo. Para ello, te sugerimos:
- Incluye un esquema del dispositivo indicando cómo está posicionado el sensor para efectuar la medición.
-Establece en qué posición del péndulo el sensor comienza el conteo del tiempo. -Indica si es posible registrar el tiempo de más de una oscilación completa del péndulo. -Estima la incerteza de la medición. Fundamenta el criterio adoptado en dicha estimación.
Procedimiento.
Dado que la medición con sensor permite obtener más de un registro del tiempo de una oscilación completa del péndulo,
¿qué puede inferir de la información obtenida?
¿te parece necesario tener en cuenta el tiempo de más de una oscilación completa para obtener el período del péndulo como en el caso de la medición con el cronómetro? ¿por qué?
¿difieren entre sí los valores de tiempo registrados para cada oscilación completa? ¿a qué atribuye esta diferencia?
Funcionamiento del sensor.
Valores registrados del período.
Reflexiona sobre las mediciones efectuadas con cronómetro y con el sistema informático y establece semejanzas y diferencias entre ellas.
Medición con cronómetro Medición utilizando un sistema informático S e m e ja n z a s D if e re n c ia s
