TP-Carrito-en-riel-inclinado-Data-Studio

Vista previa del material en texto

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL 
Facultad Regional Rosario 
Depto. CIENCIAS BÁSICAS - UDB Física Cátedra FÍSICA I Laboratorio de Física Cuaderno del alumno 
Aceleración de un carro dinámico en un plano inclinado 
 
1
 
Experiencia: Aceleración de un carro dinámico en un plano inclinado 
 
• Interfase ScienceWorkshop™ Pasco • Sensor de Movimiento Pasco 
OBJETIVO 
El objetivo de este experimento es calcular la aceleración de un carro dinámico que se mueve hacia arriba y 
hacia abajo en un plano inclinado. La determinación de la posición, velocidad y aceleración en función del 
tiempo se determina por medio de un sistema de captura de datos en tiempo real, que en esta experiencia se 
realiza mediante un sensor de posición o sensor de movimiento, el cual utiliza de pulsos de ultrasonido para 
detectar la posición. Por medio de un software ScienceWorkshop™ o Data Studio Pasco esos datos se pueden 
almacenar y presentar como Tabla de Datos, Gráficos de posición, velocidad o aceleración en función del 
tiempo u otras formas de visualizar las mediciones y datos calculados. 
IDEAS PREVIAS 
Un carro dinámico que se encuentra en reposo sobre una superficie 
horizontal perfectamente nivelada es empujado hacia abajo por la 
fuerza de gravedad (peso). La fuerza de gravedad es contrarrestada por 
la fuerza (reacción) que la superficie de apoyo ejerce sobre las ruedas. 
Por lo tanto, como no hay fuerza neta hacia arriba o hacia abajo 
actuando sobre el carro (fuerza resultante nula), el carro no se mueve. 
 
Si el carro se deja caer verticalmente también es atraído hacia abajo por la 
fuerza de gravedad. Si ignoramos la resistencia del aire sobre el carro, la 
única fuerza que actúa sobre el carro es la fuerza de gravedad. Debido a 
esta atracción el carro no solamente cae sino que su velocidad aumenta en la 
caída. Podemos decir que gana velocidad a un ritmo constante de 9.8 
metros por segundo cada segundo. Este cambio de velocidad está definido 
por la aceleración de la gravedad, magnitud que se representa por la letra g 
= 9.8 m/s2 (valor aproximado de g terrestre). 
Si el carro se coloca sobre un plano inclinado, también se mueve hacia abajo 
debido a la fuerza de gravedad. La diferencia es que una componente del 
peso empuja el carro a lo largo del plano provocando su caída. Otra 
componente del peso empuja el carro contra el plano. 
 
LA FUERZA DE GRAVEDAD (PESO) 
ATRAE EL CARRO HACIA ABAJO 
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL 
Facultad Regional Rosario 
Depto. CIENCIAS BÁSICAS - UDB Física Cátedra FÍSICA I Laboratorio de Física Cuaderno del alumno 
Aceleración de un carro dinámico en un plano inclinado 
 
2
 
Matemáticamente, la componente de la fuerza de gravedad que empuja el carro a lo largo del plano inclinado 
es mg sen θ, donde m es la masa del carro, g es la aceleración debido a la gravedad y θ es el ángulo de 
inclinación del plano con respecto a la horizontal. Por otra parte, la componente de la fuerza de gravedad que 
empuja el carro contra el plano inclinado es mg cos θ. 
Si colocamos el carro en la parte baja del plano y lo impulsamos hacia arriba por medio de una fuerza 
instantánea (un golpe), el carro irá perdiendo velocidad a medida que sube por el plano, tendrá una velocidad 
cero en el punto más alto de su recorrido y su velocidad irá aumentando cuando empieza a descender. 
PROCEDIMIENTO 
MEDIDAS DE SEGURIDAD 
Usted va a utilizar equipo sofisticado y delicado. Siga todas las instrucciones para el uso 
correcto del equipo en este experimento. 
UTILIZACIÓN DEL SISTEMA PASCO 
UTILIZACIÓN DE LA INTERFASE 750 
ATENCIÓN: Parte de estos procedimientos pueden haber sido completados antes de la 
realización del práctico. No los ejecute a menos que se lo indiquen. 
1. Antes de prender la computadora, prender la Interfase Pasco (el interruptor se encuentra en la 
parte posterior derecha), verificar que se enciende el LED verde en el frente de la interfase. 
2. Prender la computadora. Cuando termine de abrir. 
3. Seleccionar el ícono del programa de DataStudio (pulsándolo dos veces) 
 
 
 
 
 
• Aparecerá una pantalla de presentación 
similar a la que se muestra a la derecha. 
 
4. Doble clic en Create Experiment. 
 
 
 
 
 
• Se abre una nueva pantalla con 
una ventana Experiment 
Setup, o ventana de 
preparación del experimento, 
allí se muestra una imagen de 
la interfase Science Workshop 
750 en la que aparecen 
destacadas (dentro de un 
círculo amarillo) las bases en 
donde se pueden conectar los 
sensores. 
 
 
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL 
Facultad Regional Rosario 
Depto. CIENCIAS BÁSICAS - UDB Física Cátedra FÍSICA I Laboratorio de Física Cuaderno del alumno 
Aceleración de un carro dinámico en un plano inclinado 
 
3
 
Las interfases Science Workshop aceptan dos tipos de sensores: analógicos y digitales. Para evitar 
equivocaciones a la hora de realizar las conexiones, cada tipo de sensor tiene un conector diferente. 
 
Los sensores analógicos disponen de conectores DIN 8 
 
Los sensores digitales (como el sensor de posición) disponen de conectores tipo plug estéreo 
de 6 ½ mm. 
 
• Si usted abre un archivo preconfigurado, conecte los sensores a la interfase de manera que estén 
de acuerdo con lo que se indica en el diagrama mímico. 
 
5. Clic en la base 1 de la imagen de la interfase resaltada. 
 
 
 
 
 
• Se abre una ventana para seleccionar el sensor a utilizar. 
 
 
6. Seleccionar el Sensor de movimientos (Motion Sensor). 
(doble clic o seleccionar y OK) 
 
 
 
 
 
7. La ventana anterior se modifica mostrando 
el ícono del sensor de movimiento. 
(En esta ventana ser pueden hacer ajustes 
del modo de funcionamiento del sensor) 
 
 
 
 
El Sensor de Movimiento o de Posición 
El sensor de movimiento envía pulsos de ultrasonido y recibe el eco del ultrasonido que rebota del objeto 
colocado al frente de él. 
 
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL 
Facultad Regional Rosario 
Depto. CIENCIAS BÁSICAS - UDB Física Cátedra FÍSICA I Laboratorio de Física Cuaderno del alumno 
Aceleración de un carro dinámico en un plano inclinado 
 
4
 
En este experimento, el Sensor de Movimiento mide el movimiento de un carro que es empujado en un plano 
inclinado. El programa DataStudio registra el movimiento y calcula los valores instantáneos de posición, 
velocidad y aceleración del carro a medida que se mueve hacia arriba y hacia abajo sobre el plano inclinado. 
 
 
8. El sensor de movimiento tiene 
dos conectores digitales, inserte 
en la interfase el plug amarillo en 
el canal 1 y el plug negro en el 
canal 2. Si estos canales 
estuvieran ocupados con otro 
sensor, conecte los dos plugs en 
canales contiguos y siempre el 
plug amarillo en el canal de la 
izquierda. 
 
 
9. Al seleccionar el sensor de movimiento (pasos 6 y 7) aparece en el 
cuadro superior (Data) de la izquierda la indicación de los datos 
experimentales que el sensor está en condiciones de determinar. Se 
indica la variable (posición, velocidad o aceleración), los canales de la 
interfase en los que está conectado el sensor y las unidades de la 
variable medida. 
 
 
10. A continuación se deben elegir las formas en que se desean visualizar 
los datos (tabla, gráfico, medidor analógico, medidor digital, etc.). Las 
alternativas se presentan en el cuadro inferior de la izquierda de la 
pantalla (Displays). 
 
11. Para este trabajo práctico se empleará la representación gráfica, para 
esto se hace clic sobre el ícono del gráfico (Graph) en la ventana 
Displays y sin soltarlo se lo arrastra hasta colocarlo sobre la variable 
que se quiere graficar (por ejemplo posición - position). Al soltarlo 
aparece en una ventana un gráfico con la posición en el eje y, mientras 
que el tiempo (por defecto) se representa en el eje x. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
De la misma manera se pueden presentar los gráficos de velocidad-tiempo o aceleración-tiempo. 
En todos los casos para cada determinaciónel programa DataStudio determina o calcula todas las 
variables aunque solamente presenta las seleccionadas. 
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL 
Facultad Regional Rosario 
Depto. CIENCIAS BÁSICAS - UDB Física Cátedra FÍSICA I Laboratorio de Física Cuaderno del alumno 
Aceleración de un carro dinámico en un plano inclinado 
 
5
 
CALIBRACIÓN DEL SENSOR DE MOVIMIENTO 
ATENCIÓN: Parte de estos procedimientos pueden haber sido completados antes de la 
realización del práctico, No los ejecute a menos que se lo indiquen. 
Como el sensor de movimiento funciona mediante ultrasonido, la distancia medida esta determinada 
por el tiempo de ida del pulso de ultrasonido al objeto y el tiempo de vuelta del rebote hacia el 
detector. Como la velocidad del sonido depende de las propiedades del aire (temperatura, presión 
atmosférica) se debe realizar una calibración al comenzar la tanda de experimentos. La velocidad del 
sonido de la calibración original es (344,00 m/s). Después de la calibración del Sensor de 
Movimiento, el valor de la velocidad del sonido será el valor actual de la velocidad del sonido 
calculado en este experimento 
1. En la Ventana de Preparación del 
Experimento (Experiment setup), 
doble click en la solapa Motion 
Sensor, la ventana ahora muestra 
un cuadro Preset Sensor Distance 
donde figura la distancia actual que 
el sensor de movimiento “ve” en 
este momento (la distancia desde el 
sensor hasta el frente del carrito). 
Al lado aparece una ventana 
Standard Distance en la que figura 
(por defecto) 1,000 m. 
 
 
2. El Sensor de Movimiento hará un sonido tenue aproximadamente cada segundo. Esto es parte de 
la calibración. Cuando el sensor “ve” la superficie que provoca el rebote, se enciende un led 
verde que parpadea con la misma frecuencia que el pulso de sonido. 
3. Coloque a una distancia de un metro del Sensor de Movimiento, medido con una regla, una 
superficie plana (carpeta, libro) para que refleje los pulsos emitidos por el Sensor. Clic en el 
botón Set Sensor Distance = Standard distance 
 
 
4. Del lado derecho de la ventana se muestra el cuadro Sample Rate en donde se puede ajustar la 
frecuencia del muestreo (cantidad de pulsos por segundo), por defecto es 10 Hz. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL 
Facultad Regional Rosario 
Depto. CIENCIAS BÁSICAS - UDB Física Cátedra FÍSICA I Laboratorio de Física Cuaderno del alumno 
Aceleración de un carro dinámico en un plano inclinado 
 
6
 
MONTAJE EXPERIMENTAL 
ATENCIÓN: Parte de estos procedimientos pueden haber sido completados antes de la 
realización del práctico, No los ejecute a menos que se lo indiquen. 
1. Coloque el plano inclinado. Use la barra ajustable en un extremo de la pista para levantar ese extremo 
del plano o elévelo colocando un taco debajo de las patas. 
2. Coloque el Sensor de Movimiento en el extremo alto del plano. El carro empezará el movimiento en la 
parte baja del plano. Empuje el carro hacia el Sensor de Movimiento mediante el Impulsor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Práctica para el registro de información 
• Antes de empezar a registrar datos, practique el movimiento y asegúrese que el sensor esté 
alineado con el carro. Siga los pasos 1 a 4 del procedimiento de REGISTRO DE DATOS (ver 
más adelante) 
ADVERTENCIA! No empuje el carro muy fuerte, debe llegar a 40 cm del sensor. 
 REGISTRO DE DATOS 
 
1. Prepárese para medir el movimiento del carro a medida que éste se mueve hacia el sensor y regresa a su 
posición inicial. Coloque el carro en la parte baja del plano. 
2. Click el botón Start para empezar el registro de datos. 
 
En el gráfico se empieza a dibujar una línea que representa las lecturas del Sensor de Movimiento, 
como el carro no se mueve los puntos se encuentran sobre una línea paralela al eje x (Tiempo) 
(distancia al sensor constante) 
3. Empuje el carro hacia el Sensor por medio del 
Impulsor. Continúe registrando datos hasta que el 
carro se detenga después de varios rebotes sobre 
el impulsor. 
 
4. Click el botón Stop para terminar el 
registro de datos. 
 
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL 
Facultad Regional Rosario 
Depto. CIENCIAS BÁSICAS - UDB Física Cátedra FÍSICA I Laboratorio de Física Cuaderno del alumno 
Aceleración de un carro dinámico en un plano inclinado 
 
7
 
5. Ahora aparece en el gráfico el registro del movimiento. Como en este montaje el carro de acerca al sensor 
la coordenada de posición toma valores menores que cuando está en reposo (El cero del sistema de 
referencia está en el Sensor de movimiento). 
 
En el cuadro de datos (Data) aparece Corrida #1 (Run #1) además del símbolo y color de los puntos de esta 
corrida. Note que aunque solamente se ha graficado la posición, también aparecen en el cuadro de datos 
(Data) la indicación de la velocidad y la aceleración para la corrida 1. 
 
 
(Si la gráfica no es continua controle el alineamiento del Sensor y repita el 
experimento). 
6. Si el gráfico es satisfactorio ajuste la escala pulsando el boton… … 
(autoescala) en el extremo izquierdo de la barra de herramientas superior de la ventana del gráfico. Ahora 
la curva que representa al movimiento aparece desplegada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Puede hacer visible el cuadro de velocidad en 
función del tiempo haciendo clic sobre el ícono del 
gráfico (Graph) en la ventana Displays y sin 
soltarlo se lo arrastra hasta colocarlo sobre la 
variable que se quiere graficar (en este caso 
velocidad). Al soltarlo aparece en una ventana el 
gráfico con la velocidad en el eje y, mientras que el 
tiempo (por defecto) se representa en el eje x. 
El gráfico anterior permanece en segundo plano. 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL 
Facultad Regional Rosario 
Depto. CIENCIAS BÁSICAS - UDB Física Cátedra FÍSICA I Laboratorio de Física Cuaderno del alumno 
Aceleración de un carro dinámico en un plano inclinado 
 
8
 
Si realiza una segunda determinación los nuevos valores aparecen destacados con otro color 
 
 
 
 
 
 
 
 
Si desea ver los valores de cada punto en forma de tabla, en la ventana 
Displays seleccione Table y arrastre con el Mouse hasta colocarlo sobre 
Position en la ventana superior Data 
 
 
 
 
La pantalla muestra la Tabla de la posición en función del tiempo. Si se 
seleccionan valores sobre la tabla (resaltados) tambiés se muestran resaltados los puntos correspondientes de 
la curva 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL 
Facultad Regional Rosario 
Depto. CIENCIAS BÁSICAS - UDB Física Cátedra FÍSICA I Laboratorio de Física Cuaderno del alumno 
Aceleración de un carro dinámico en un plano inclinado 
 
9
 
Informe de Laboratorio 
Experiencia: Aceleración de un carro dinámico en plano inclinado 
 
Apellido y nombre Especialidad División Comisión 
TABLA DE DATOS 
Parámetro Determinación 1 Determinación 2 Determinación 3 
Desplazamiento (medido) 
Desplazamiento (de la gráfica) 
Velocidad inicial 
Velocidad final 
Aceleración (pendiente) m/s2 
Aceleración (promedio calculado) m/s2 
PREGUNTAS 
1. Describa la gráfica de posición en función del tiempo. ¿Porqué la distancia disminuye a medida que el 
tiempo transcurre o a medida que el carro sube el plano inclinado? 
2. Describa la gráfica de velocidad en función del tiempo. 
3. Describa la gráfica de aceleración en función del tiempo. 
1. ¿Es igual la aceleración para ambos movimientos? (de subida y de bajada) ¿Porqué sí o porqué no? 
Revisado Aprobado Rehacer Fecha