GUÍA DE PRÁCTICA ACELERACIÓN DE UN CARRO EN UN PLANO INCLINADO - Magaly Muñoz

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GUÍA DE PRÁCTICA – ACELERACIÓN DE UN CARRO EN UN PLANO INCLINADO 
OBJETIVO 
El objetivo de este experimento es estudiar el movimiento de un carro que se mueve hacia arriba y hacia abajo en un plano 
inclinado, determinar su aceleración y analizar su variación según el ángulo de inclinación del plano. 
INTRODUCCIÓN 
En las inmediaciones de la superficie terrestre, todo cuerpo está sometido a la acción de la fuerza de atracción que ejerce la 
tierra sobre él, la cual se conoce comúnmente como peso. La magnitud de esta fuerza es proporcional a la masa del cuerpo y 
puede determinarse mediante la expresión Fg = P = mg, donde m es la masa del cuerpo y g es el valor de la aceleración 
asociada al campo gravitatorio terrestre. Si sobre el cuerpo no actúa ninguna otra fuerza, éste se mueve con una aceleración 
constante de 9,80 m/s2, aproximadamente, dirigida verticalmente hacia abajo. 
Un carro dinámico que descansa sobre una superficie perfectamente nivelada es empujado hacia abajo por la fuerza de 
gravedad. La fuerza de gravedad es anulada por la fuerza que la superficie opone al carro. Por lo tanto, como no hay una 
fuerza resultante hacia arriba o hacia abajo actuando sobre el carro, el carro no se mueve. 
Un carro que se deja caer verticalmente es también atraído hacia abajo por la fuerza de gravedad. Debido a esta atracción, el 
carro cae. Si se ignora la resistencia del aire sobre el carro, la única fuerza que actúa sobre éste es la fuerza de gravedad, 
entonces, la magnitud de la velocidad del carro aumenta en la caída a razón de 9,80 m/s cada segundo, aproximadamente. 
Si el carro se coloca sobre un plano inclinado, el mismo desciende por el plano debido a la fuerza de gravedad. En este caso, 
una parte de la fuerza de gravedad empuja el carro contra el plano y otra parte lo empuja a lo largo del plano. Cada parte de 
la fuerza es llamada la componente de la fuerza. 
La componente de la fuerza de gravedad que empuja el carro a lo largo del plano inclinado es PX = mgsen , donde  es el 
ángulo de inclinación del plano respecto a la horizontal. 
 
 
 
 
 
Si se coloca el carro en la parte baja del plano y se impulsa hacia arriba, a medida que éste asciende la magnitud de su 
velocidad disminuye y llega a anularse por un instante, a partir del cual el carro comienza a descender y la magnitud de su 
velocidad aumenta a medida que desciende. 
Podría esperarse que, bajo la acción de la fuerza gravitatoria, la aceleración del carro fuera la misma tanto en el ascenso 
como en el descenso, sin embargo, la acción de otras fuerzas, que se oponen al movimiento del carro, hace que haya 
diferencias apreciables. En el ascenso, tanto las fuerzas que se oponen al movimiento (FX) como la componente paralela al 
plano de la fuerza gravitatoria (PX = mgsen ) actúan en el mismo sentido, mientras que durante el descenso actúan en 
sentidos opuestos. Considerando que el conjunto de las fuerzas que actúan sobre el carro oponiéndose al movimiento 
(excluyendo a la fuerza gravitatoria), mantengan constante su magnitud y varíen solamente el sentido en el cual actúan 
(contrario al sentido del movimiento), entonces, conociendo la magnitud de la aceleración durante el ascenso y durante el 
descenso es posible estimar la componente de la aceleración correspondiente a la gravedad. Así, durante el ascenso, 
mgsen  + FX = maASC y durante el descenso, mgsen  – FX = maDES. Sumando ambas igualdades y despejando se 
obtiene: gsen  = (aASC + aDES)/2. Restando ambas igualdades y despejando se obtiene: FX = m(aASC – aDES)/2 
Es posible considerar, sin incurrir en grandes errores, que tanto los movimientos ascendentes como los descendentes son 
Movimientos Uniformemente Acelerados, por lo que la posición del carro tendrá una dependencia cuadrática con el tiempo y 
la velocidad tendrá una dependencia lineal. 
MEDIDAS DE SEGURIDAD 
Todo el equipamiento utilizado en este trabajo práctico requiere de una manipulación cuidadosa ya que es susceptible de 
deteriorarse fácilmente. Manipúlelo con extremo cuidado. Consulte con el profesor a cargo del laboratorio y sigua todas las 
instrucciones. 
EQUIPOS Y MEDIOS 
 Carro dinámico 
 Riel dinámico de inclinación variable 
 Disparador de resorte 
 Sensor de movimiento 
 Interfaz ScienceWorkshop 
 Computadora personal con software DataStudio 
 Calibre 
Sensor de Movimiento 
El sensor de movimiento envía pulsos de ultrasonido y recibe el eco del 
ultrasonido que rebota del objeto colocado al frente de él. 
En este experimento, el Sensor de Movimiento ( ) mide la distancia que 
lo separa de un carro que asciende y desciende en un plano inclinado. El 
programa DataStudio registra la posición del carro y calcula los valores de 
velocidad y aceleración del mismo a medida que se mueve hacia arriba y 
hacia abajo sobre el plano inclinado. 
 
DATOS 
 Masa del carro: m = _______________ 
 Valor de la aceleración gravitatoria: g = (9,80  0,2) m/s2 
PROCEDIMIENTO PRÁCTICO 
PREPARACIÓN DEL PUESTO DE TRABAJO 
1. Coloque el riel sobre el banco de trabajo y ajuste el ángulo de inclinación. Fije el riel al banco para evitar que se deslice. 
2. Coloque el Sensor de Movimiento en el extremo alto del riel. 
3. Fije el disparador de resorte en el extremo inferior del riel. 
SENSOR DE
MOVIMIENTO
RIEL
CARRO
DISPARADOR
 
4. Mida el ángulo de inclinación del riel. Para esto, mida la altura (h1 y h2) respecto a la superficie del banco de trabajo de 
dos puntos que estén separados una distancia (d) de aproximadamente 2 m a lo largo del riel. Determine la diferencia 
de altura entre ambos puntos (H). Si el banco no está nivelado, es necesario hacer la corrección correspondiente para la 
determinación de H. El ángulo de inclinación () se determinará por la expresión  = arcsen (H / d). 
5. Coloque el carro sobre el riel cerca del extremo inferior e impúlselo con la mano hacia el extremo superior para verificar 
que asciende y desciende adecuadamente. 
6. Apoye el carro al disparador y haga un disparo de prueba de forma tal que el carro ascienda por el riel y regrese a su 
posición inicial. 
 ¡ADVERTENCIA! Verifique que el carro no se acerque demasiado al sensor de movimiento. 
Un acercamiento hasta 40 cm aproximadamente es adecuado. En caso de ser necesario, ajuste el disparador para 
reducir o aumentar el impulso inicial. 
INICIALIZACIÓN DEL SISTEMA Y CONFIGURACIÓN DEL EXPERIMENTO 
1. Conecte la interfaz ScienceWorkshop a la computadora, encienda la interfaz y después encienda la computadora. 
2. Enchufe los conectores del sensor de movimiento a los canales digitales 1 y 2 de la interfaz. Conecte el enchufe con 
cinta amarilla al canal digital 1 y el otro enchufe al canal digital 2. 
3. Inicie el programa DataStudio. En la pantalla de bienvenida seleccione la opción "Crear Experimento". Aparecerá la 
ventana principal del programa y la ventana secundaria "Configuración del experimento". 
4. En la ventana "Configuración del experimento" haga CLICK en el ícono correspondiente al canal digital 1. Seleccione el 
Sensor de Movimiento. 
5. En la ficha "Medidas" de la ventana "Configuración del experimento" marque las casillas de verificación "Posición – 
canales 1 y 2" y "Velocidad – canales 1 y 2". Verifique que aparezcan en el panel "Datos" 
6. Establezca una velocidad de muestreo de 20 Hz. 
7. Haga CLICK y ARRASTRE el ícono de gráfico ( ) del panel "Pantallas" hasta "Posición – canales 1 y 2" en el panel 
"Datos". Aparecerá la ventana secundaria "Gráfico 1" y en el panel "Pantallas" aparecerá "Gráfico 1". 
8. Haga CLICK y ARRASTRE el ícono de gráfico del panel "Pantallas" hasta "Velocidad – canales 1 y 2" en el panel "Datos". 
Aparecerá la ventana secundaria "Gráfico 2" y en el panel "Pantallas" aparecerá "Gráfico 2". 
9. Haga CLICK y ARRASTRE el ícono de tabla ( ) del panel "Pantallas" hasta "Posición – canales 1 y 2" en el panel 
"Datos". Aparecerá la ventana secundaria "Tabla 1" con las columnas "Tiempo" y "Posición" y en el panel "Pantallas"aparecerá "Tabla 1". 
10. Haga CLICK y ARRASTRE el ícono de tabla del panel "Pantallas" hasta "Velocidad – canales 1 y 2" en el panel "Datos". 
Aparecerá la ventana secundaria "Tabla 2" con las columnas "Tiempo" y "Posición" y en el panel "Pantallas" aparecerá 
"Tabla 2". 
PRÁCTICA PARA EL REGISTRO DE INFORMACIÓN 
1. Antes de empezar a registrar datos, haga uno o varios disparos de prueba y asegúrese que el sensor responda 
adecuadamente al movimiento del carro. 
2. Apoye el carro al disparador y prepare el disparo. 
3. Haga CLICK en el botón Inicio para empezar el registro de datos. 
4. Realice el disparo. El carro ascenderá por el riel, se detendrá momentáneamente, descenderá, chocará con el disparador 
y será impulsado nuevamente hacia el extremo superior del riel. 
5. Una vez que el carro haya completado el ascenso y el descenso, haga CLICK en el botón Detener para terminar el 
registro de datos. 
6. En el menú "Ventana" seleccione "Gráfico 1". El gráfico debe tener un aspecto semejante al de la siguiente figura. 
 
7. Si la gráfica no es continua, corrija el alineamiento del sensor. 
8. Borre los datos de la práctica. Seleccione Experimento #1 en el panel "Datos" y presione la tecla de borrado. 
REGISTRO DE DATOS 
1. Prepárese para medir el movimiento del carro y registrar los datos. 
2. Apoye el carro al disparador y prepare el disparo. 
3. Haga CLICK en el botón Inicio para empezar el registro de datos y realice el disparo. 
4. Una vez que el carro haya ascendido y descendido dos veces, haga CLICK en el botón Detener para terminar el registro 
de datos. 
ANALISIS DE DATOS 
Con los gráficos obtenidos se estimarán los valores de la aceleración durante los ascensos y los descensos del carro. Para ello 
se ajustará cada tramo de las curvas de "posición vs. tiempo" a un polinomio de segundo orden (ajuste cuadrático) y cada 
tramo de las curvas de "velocidad vs. tiempo" a una línea recta (ajuste lineal). De los coeficientes que resulten del ajuste se 
obtendrá el valor de la aceleración. En el "Gráfico 1" de "posición vs. tiempo", el coeficiente del término que contenga al 
cuadrado del tiempo corresponderá a la mitad del valor de la aceleración. En el "Gráfico 2" de "velocidad vs. tiempo", el 
coeficiente del término que contenga al tiempo (la pendiente de la recta) corresponderá al valor de la aceleración. 
1. En el menú principal seleccione [Ventana] [Gráfico 2]. Se hará visible la ventana del "Gráfico 2" de "velocidad vs. 
tiempo". Seleccione [Ajustar] [Ajuste lineal]. Aparecerá un cuadro con los valores de los coeficientes m y b que ajustan 
los datos experimentales a una ecuación del tipo: v = mt + b 
2. En el gráfico de "velocidad vs. tiempo" haga CLICK y ARRASTRE el cursor para trazar un rectángulo que seleccione los 
datos correspondientes al primer ascenso del carro. Aparecerá en el gráfico la recta de mejor ajuste para los datos 
seleccionados y en el cuadro de ajuste aparecerán los coeficientes que determinan la dicha recta. Anote el coeficiente m. 
3. Repita el paso anterior seleccionando los datos correspondientes al primer descenso, al segundo ascenso y al segundo 
descenso. 
4. En el menú principal seleccione [Ventana] [Gráfico 1]. Se hará visible la ventana del "Gráfico 1" de "posición vs. tiempo". 
Seleccione [Ajustar] [Ajuste cuadrático]. Aparecerá un cuadro con los valores de los coeficientes A, B y C que ajustan los 
datos experimentales a una ecuación del tipo: x = At2 + Bt + C 
5. En el gráfico de "posición vs. tiempo" haga CLICK y ARRASTRE el cursor para trazar un rectángulo que seleccione los 
datos correspondientes al primer ascenso del carro. Aparecerá en el gráfico la curva (parábola) de mejor ajuste para los 
datos seleccionados y en el cuadro de ajuste aparecerán los coeficientes que determinan dicha parábola. Anote el 
coeficiente A. 
6. Repita el paso anterior seleccionando los datos correspondientes al primer descenso, al segundo ascenso y al segundo 
descenso. 
7. Guarde los datos del experimento. En el menú principal, seleccione [Archivo] [Guardar actividad como…]". Consulte con 
el profesor a cargo del laboratorio. 
8. Consulte con el profesor a cargo del laboratorio para cerrar el programa DataStudio y apagar la computadora y la 
interfaz. 
ACTIVIDADES ADICIONALES 
Varíe el ángulo de inclinación del riel y repita la experiencia. Analice cómo varía la aceleración del carro con el ángulo de 
inclinación del riel. 
Importe los datos experimentales de las tablas a una hoja de cálculo o a un software estadístico, haga los gráficos de 
"posición vs. tiempo" y "velocidad vs. tiempo", del recorrido total y de cada tramo y ajuste los datos experimentales a los 
modelos cuadráticos y lineales correspondientes. 
Notas aclaratorias 
El error absoluto ΔX) o (E XABS (o incertidumbre absoluta) en la medición de una magnitud a partir de N observaciones 
X1, X2, …XN, medidas de manera directa, está dada por el mayor valor entre el error del instrumento instrε y el valor de 
Ns/3  . 
Si 
instrεNs/3  , entonces 
Ns/3ΔX E XABS  , si no, instrεΔX E XABS  . 
El error absoluto en la determinación del ángulo de inclinación del plano se calcula empleando la expresión: 








 Δd
d
H
ΔH
Hd
1
Δα E
22ABS
 
El error absoluto en la determinación de la componente paralela al plano de la aceleración asociada al campo gravitatorio 
(ax = gsen ), se calcula empleando la expresión: 
ΔgαsenΔαα g·cos Δa E xaABS X  
 
 
 
INFORME 
LABORATORIO DE FÍSICA: ACELERACIÓN DE UN CARRO EN UN PLANO INCLINADO 
 
NOMBRE FECHA 
 
ESPECIALIDAD COMISIÓN 
 
 valor EABS ER 
desnivel (mm) 
h1 (mm) 
h2 (mm) 
H (mm) 
d (mm) 
 (º) 
desnivel: diferencia de altura en la superficie del banco entre los puntos de medición. 
h1: altura (respecto al banco de trabajo) de un punto X1 de la superficie del plano 
h2: altura (respecto al banco de trabajo) de un punto X2 de la superficie del plano 
H: diferencia de altura entre los puntos X1 y X2 (H = |h2 – h1| – desnivel) 
d: distancia entre los puntos X1 y X2. 
: ángulo de inclinación del plano 
EABS: error absoluto (o incertidumbre absoluta) 
ER: error relativo (o incertidumbre relativa) 
 
Gráfico de "velocidad vs. tiempo". Ajuste lineal: v = mt + b 
 m a (m/s2) 
1er ascenso   
1er descenso   
2do ascenso   
2do descenso   
Gráfico de "posición vs. tiempo". Ajuste cuadrático: x = At2 + Bt + C 
 A a (m/s2) 
1er ascenso   
1er descenso   
2do ascenso   
2do descenso   
m, b, A, B, C: coeficientes de ajuste 
a: aceleración del carro 
 
aASC  ax = (aASC + aDES)/2  
aDES  ax = gsen   
 FX = m(aASC – aDES)/2  
aASC: aceleración durante los ascensos (promedio de los valores medidos) 
aDES: aceleración durante los descensos (promedio de los valores medidos) 
aX: componente paralela al plano de la aceleración asociada al campo gravitatorio. 
FX: magnitud de la fuerza que se opone al movimiento del carro 
m: masa del carro 
ANÁLISIS DE LA EXPERIENCIA 
Diga cuáles magnitudes se midieron directamente, cuáles indirectamente y cuáles se asumieron conocidas. 
Haga un análisis del gráfico de la posición en función del tiempo. ¿Por qué disminuye el valor de la posición a medida 
que el carro asciende por el plano inclinado? 
Haga un análisis del gráfico de la velocidad en función del tiempo. 
Dibuje el gráfico de la aceleración en función del tiempo. 
Compare los diferentes valores de aceleración obtenidos tanto para los ascensos como para los descensos. Analice la 
diferencia de aceleración entre los movimientos ascendentes y los descendentes. 
Analice las fuentes de error o incertidumbre en los resultados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OBSERVACIONES Y SUGERENCIAS