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- 1 - AMCE 4: “EXPERIMENTO DE PRUEBA” I. OBJETIVO Realizar el experimento de prueba para verificar el procedimiento experimental que servirá en la comprobación de la hipótesis de trabajo del fenómeno físico asignado. II. INTRODUCCIÓN Para consolidar el diseño del experimento y en particular el del procedimiento experimental, es necesario realizar un experimento de prueba. El experimento de prueba tiene como propósito: a) Verificar el buen funcionamiento del equipo empleado. b) Afinar el procedimiento experimental. c) Hacer una interpretación tentativa de resultados para verificar su precisión. d) Buscar posibles causas de error que afecten al experimento. e) Trazar las primeras gráficas que pongan de manifiesto la necesidad de cualquier cambio en el diseño del experimento. El experimento de prueba no tiene la intensidad del experimento definitivo, sino más bien es un experimento menos riguroso y con menos puntos a medir que MTE115 – 2018 AMCE 4 – “EXPERIMENTO DE PRUEBA” - 2 - nos permitirá poner a punto nuestro procedimiento experimental en general. Es de mencionar que un experimento bien diseñado y armado resistirá cuestionamientos y las críticas se enfocarán en las conclusiones, en lugar de los posibles errores experimentales. EJEMPLO TEMA: “MOVIMIENTO DE UN CUERPO EN CAÍDA LIBRE” Para ilustrar como se realiza el cuarto paso del método científico en lo que respecta al experimento de prueba, continuaremos con el ejemplo del fenómeno físico de la sesión anterior sobre la “Caída libre”. Debido a que este no es el experimento definitivo, podemos tomar una cantidad de datos reducida, con el propósito de detectar errores en el acoplamiento del equipo, en el procedimiento, en el diseño de la tabla de datos, es decir en cualquier aspecto del diseño. PROCEDIMIENTO 1) Se revisó y acoplo el equipo, se verifico que las especificaciones requeridas se satisfacen. 2) Se aplicó el procedimiento experimental para alturas de 10.0, 20.0, 30.0 y 60.0 cm y trasladar las mediciones a la tabla 1. 3) Se midió cuidadosamente la altura de caída; se operó el aparato y se registró el tiempo de caída en la tabla 1. Se repitió el proceso para la misma altura dos veces más y se obtuvo la media aritmética de los tres valores. 4) Se graficó tpromedio contra Y en papel milimetrado, a fin de observar la tendencia o posible relación entre variables (Ver figura 1). 5) Como la tendencia de la gráfica indica una relación potencial, se graficó tpromedio contra Y en papel logarítmico. (log-log) (Ver figura 2). 6) Se calculó el valor del exponente n y de la constante de proporcionalidad k, por el método analítico y por el método gráfico. Observación Altura Y (cm) t1 (s) t2 (s) t3 (s) tpromedio (s) 1 10.0 0.15 0.16 0.15 0.15 2 20.0 0.21 0.22 0.22 0.22 3 30.0 0.25 0.25 0.25 0.25 4 60.0 0.35 0.35 0.36 0.35 TABLA 1 TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES Figura 1 Grafica Tiempo vrs altura de caída en papel milimetrado. MTE115 – 2018 AMCE 4 – “EXPERIMENTO DE PRUEBA” - 3 - Método gráfico En relación al grafico logarítmico que se obtuvo en el numeral 5, el método grafico sugiere un valor de n=0.454 y de k=0.055 (Ver figura 2). Método analítico Dada que la relación entre las variables tpromedio y altura es potencial, se utilizó para el cálculo de las constantes n y k las siguientes ecuaciones: 1 10 2 1 11 10 2 log y log n y y y n k xx x Al aplicar las ecuaciones anteriores a la tabla de datos experimentales, se obtienen los valores promedio de n=0.462 y k=0.055, confirmando los resultados del método gráfico. 7) Al comparar el valor del exponente n encontrado experimentalmente con el valor teórico (n=0.5), se obtuvo el siguiente error: % 100 0.50 0.462 % 100 0.50 % 7.6% Teórico Experimental Teórico Valor Valor Error x Valor Error x Error El error es del 7.6% y es menor al 10 % permitido. Por lo tanto, se acepta preliminarmente la hipótesis propuesta. Sin embargo, en la tabla de datos experimentales en la observación 2, puede verse que el valor de n=0.353 se sale de la tendencia, por lo que deberíamos revisar esta medición. 8) Por lo tanto, la ecuación empírica que describe a este conjunto de datos experimentales es: 0.4620.055t y ASIGNACIÓN Deberá entregar en la fecha acordada con su docente, una copia de la hoja de trabajo del informe del AMCE4 anexo a esta guía, más los 5 ítems listados y resueltos en la tabla de evaluación. Observación Altura Y (cm) tpromedio (s) n k 1 10.0 0.15 0.499 0.0544 2 20.0 0.22 0.353 0.0563 3 30.0 0.25 0.499 0.0541 4 60.0 0.35 0.499 0.0560 PROMEDIO 0.462 0.055 TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES TABLA 2 Figura 2 Grafica Tiempo vrs altura de caída en papel log- log. MTE115 – 2018 AMCE 4 – “EXPERIMENTO DE PRUEBA” - 4 - ANEXO HOJA DE TRABAJO INFORME DEL PASO 4: “EXPERIMENTO DE PRUEBA” AMCE 4 TABLA DE EVALUACIÓN El estudiante deberá realizar los aspectos que se detallan en la tabla para para su respectiva evaluación. Ítem Aspecto Ponderación (%) 1 Datos de la tabla 30 2 Grafico en papel milimetrado 20 3 Grafico en papel logarítmico o semilogarítmico 20 4 Solución analítica y grafica 20 5 Cálculo porcentaje de error 10