Reporte 4 FISICA 1

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PRACTICA DE LABORATORIO 4: 
TRABAJO Y ENERGÍA
 
DANIELA CAMPO - 2176067
HUBER IVÁN FUENTES - 2170258
DIEGO HERNAN SALCEDO - 2170230
PROFESOR:
GIOVANY MEDINA VARGAS
 
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE
FACULTAD DE INGENIERÍA
FÍSICA 1
SANTIAGO DE CALI, SEPTIEMBRE 21
2018-03
RESUMEN
En el presente documento se evidencia el informe correspondiente a la cuarta práctica de laboratorio (trabajo y energía cinética), el cual se realizó con el objetivo de analizar un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado usando el teorema del trabajo - energía, así como su relación con los análisis cinemático y dinámico (segunda ley de Newton). Para dar cumplimiento a dicho objetivo en primera instancia se pesaron los elementos a utilizar durante el laboratorio (porta pesas, masas de distintos valores), a fin de dar paso al montaje de la máquina de Atwood, donde se ubican masas de 5g iniciales en cada porta pesas, además de un trozo de papel que permitiera equilibrarlos, pues uno de ellos era levemente más pesado. Una vez finalizada la instalación y respectiva conexión con el programa “PASCO CAPSTONE”, se procedió a medir la distancia entre ambos portapesas, para posteriormente variar la masa de uno de ellos (No. 1), logrando observar una variación en el movimiento de la máquina conocido como recorrido; este proceso se repitió 2 veces más, incrementando durante cada ensayo 2g de masa únicamente al porta pesas previamente utilizado (No. 1). Al terminar los ensayos se dio paso al análisis de los resultados con ayuda de las gráficas posición vs. tiempo, velocidad vs. tiempo y energía cinética vs. posición, obtenidas a través de CAPSTONE. Con todo lo anterior fue posible concluir que existe una relación directamente proporcional entre la masa y su respectiva velocidad, aceleración, energía y fuerza neta, pues una mayor masa implica un incremento en cada uno de estos aspectos; por otro lado, después de analizar y comparar la fuerza neta que actúa sobre m2 desde 2 puntos de vista: energético y dinámico, se obtienen leves variaciones gracias a los diversos factores causales de error que influyen en cualquier práctica de laboratorio, pero idealmente estos valores deberían ser exactamente iguales. En adición a esto, cabe resaltar la importancia en la variación de la masa 1, pues si no existiese dicha variación no se daría lugar a un M.R.U.A, incumpliendo la 2° ley de Newton e impidiendo analizar la fuerza neta de m2 desde la dinámica.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN 
En las gráficas presentadas a continuación es posible observar los resultados del análisis de movimiento (M.R.U.A.) en cuanto a velocidad vs tiempo y posición vs tiempo, sobre las cuales se realizó el ajuste para función lineal y cuadrática, arrojando valores específicos de pendiente e intercepto con el eje y, en el caso de la función lineal, y de las constantes A, B y C, en el caso de la función cuadrática.
· GRÁFICA VELOCIDAD LINEAL VS TIEMPO
De acuerdo con la gráfica, los puntos poseen un comportamiento lineal definido por la ecuación y = mx + b, al comparar esta ecuación con la ecuación correspondiente a la velocidad en el Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (V = V0 + at) se puede identificar que la velocidad inicial coincide con el intercepto con el eje y (b) y la aceleración constante hace referencia a la pendiente de la recta (m).
· GRÁFICA POSICIÓN VS TIEMPO
Al momento de analizar la gráfica se observa que los puntos ubicados en esta tienen un comportamiento cuadrático de acuerdo a la función , la cual se puede comparar con la ecuación posición ( ), con lo que se concluye que la constante A corresponde a la mitad de la aceleración (½ a), la velocidad inicial (V0) es representada con la constante B y la posición inicial (x0) se relaciona con a la constante C.
Con base en los dos análisis anteriores y con ayuda de la calculadora del programa CAPSTONE fue posible obtener la energía cinética del sistema a partir de la ecuación , dando lugar a la siguiente gráfica, donde se compara la energía cinética con respecto a la posición:
· GRÁFICA ENERGÍA CINÉTICA VS POSICIÓN
La gráfica obtenida corresponde a un comportamiento lineal, el cual se puede analizar mediante la siguiente ecuación donde la pendiente (m) concuerda con la Fuerza Neta de la masa 2 en cada ensayo, y el intercepto (b) con la energía cinética inicial.
· TABLAS DE PARÁMETROS
Teniendo en cuenta toda la información presentada anteriormente, es posible realizar un resumen de los datos obtenidos mediante las siguientes tablas:
Es posible observar una relación directamente proporcional entre la masa y su respectiva velocidad, aceleración, energía y fuerza neta; pues una mayor masa implica un incremento en cada uno de estos aspectos.
Cabe resaltar que anteriormente se obtuvo la fuerza neta sobre la masa 2 (la cual no tiene variación alguna respecto a su peso) en cada ensayo por medio de un análisis energético. Es posible hacer uso de la teoría de la dinámica (2da ley de Newton) para determinar dicha fuerza, donde el factor causal de la variación en los valores finales, es la modificación de la masa 1, pues una mayor masa proporciona una mayor aceleración al sistema. Los datos tanto energéticos como dinámicos se muestran en las tablas a continuación:
 
De acuerdo con esto es posible observar que los resultados teóricos no distan demasiado de los obtenidos experimentalmente, sin embargo, si se presentan leves variaciones, esto debido a las diversas causas de error mencionadas en los párrafos siguientes, entre las cuales se destaca errores asociados a la baja precisión de los instrumentos utilizados, fallos por parte de los estudiantes en el proceso de medición e inconsistencias del entorno. Por otro lado también se visualiza una incertidumbre relativa en la fuerza neta dada por el análisis energético, la cual es bastante pequeña comparada con el valor a medir, por lo que se concluye que tanto los análisis teóricos como la práctica fueron exitosos.
CAUSAS DE ERROR
Muchos factores pueden afectar la medición y hacer que tenga incertidumbre, y los defectos en la medición pueden ser visibles o invisibles, pues los procesos de medición reales nunca se realizan en perfectas condiciones y menos en entornos industriales. Es posible distinguir diversas causas de errores:
· Errores asociados con el instrumento de medida utilizado: Cabe resaltar que los instrumentos utilizados eran de baja precisión; en primer lugar, la regla utilizada para medir la diferencia de altura (distancia recorrida) era de madera y presentaba desgaste por el uso, lo que impedía obtener una medición completamente precisa. Por otra parte, los porta pesas asignados no eran iguales en cuanto a su masa, debido a lo cual fue necesario añadir un trozo de papel con el fin de equilibrarlos, sin embargo, esto no aseguraba que la diferencia de masas haya sido erradicada por completo; además el valor medido de las masas a utilizar (pesas) no concordaba completamente con el valor indicado en cada una de ellas, a pesar de ser una variación mínima, los resultados finales igualmente pueden verse afectados. También es importante tener en cuenta las diversas incertidumbres tanto de la interfaz de CAPSTONE, como de la foto puerta con polea y cualquier otro instrumento de medición, sumado al desgaste de los equipos debido a su uso constante.
· Errores debidos al procedimiento de medición: El proceso de medición no era perfecto, principalmente debido a que los porta pesas debían ser organizados de forma manual, para posteriormente ser liberados dando lugar al recorrido, por ende era imposible realizar dos ensayos completamente iguales; a pesar de tomar precauciones como seleccionar una sola persona encargada de la ubicación y liberación, no fue posible conseguir una medición exacta, sin embargo las incertidumbres relativas fueron mínimas. Por otro lado, debido a la segunda ley de Newton y el peso incremental en la porta pesas No. 1, era posible observar una colisión una vez alcanzabala altura de la polea; aunque por medio de las condiciones de grabación en CAPSTONE se pretendía evitar el registro de dicha colisión en el programa, algunas veces nos vimos obligados a repetir el ensayo gracias a que igualmente se lograba observar la colisión al final de la gráfica. En adición a lo anterior, al regresar los porta pesas a su estado inicial para dar lugar a un siguiente ensayo, estas presentaban un movimiento leve y por ende difícil de percibir, pero que se incrementa al momento del recorrido, afectando los resultados graficados.
· Errores debidos a las condiciones del entorno: La presión atmosférica, humedad, polvo o suciedad, vibraciones naturales de la tierra, entre muchas otras condiciones pueden afectar levemente la velocidad y/o trayectoria de los porta pesas durante su recorrido.
CONCLUSIONES
La realización de este laboratorio permite poner en práctica los conocimientos adquiridos en las clases, aportando en gran medida a la comprensión e interiorización de conceptos. Durante este fue posible observar por medio de la máquina de Atwood la aplicación de las primeras 2 leyes de Newton, pues en principio dos cuerpos suspendidos con una misma masa se encuentran en estado de reposo (1° ley), una vez alguna de las masas sufre una variación el sistema pasa a tener un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (2° ley); a partir de esto es posible aplicar los teoremas del trabajo y la energía, permitiendo determinar la fuerza neta que actúa sobre una de las masas y llegando a la conclusión de que existe una relación directamente proporcional entre la masa y su respectiva velocidad, aceleración, energía y fuerza neta, pues una mayor masa implica un incremento en cada uno de estos aspectos. Además, es posible analizar la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo desde 2 puntos de vista: energético y dinámico, una vez comparados ambos resultados se obtienen leves variaciones gracias a los diversos factores causales de error que influyen en cualquier práctica de laboratorio, pero idealmente estos valores deberían ser exactamente iguales. Cabe resaltar que el análisis de la fuerza neta se realizaba específicamente a la masa 2, que a pesar de no tener modificaciones en su peso, variaba con cada ensayo, ya que el incremento en la masa 1 generaba una mayor aceleración en el sistema, lo cual analizado desde la segunda ley de Newton tendría una repercusión directa en los datos obtenidos, pues FNETA = m x a. Por otro lado, teniendo en cuenta las incertidumbres en cada una de las mediciones se concluye que tanto el análisis teórico como la aplicación práctica del mismo fueron exitosos, pues son valores mínimos comparados con las cantidades medidas.
 
BIBLIOGRAFÍA
· La incertidumbre en la medida de una magnitud y el método de Montecarlo: [en línea]. [Consultado: 21 de agosto del 2018]. Disponible en Internet: http://www.tecnicaindustrial.es/TIFrontal/a-4956-la-incertidumbre-medida-magnitud-metodo-montecarlo.aspx	
· Sears-Zemansky. Física-Universitaria 12va Edición Vol1. [en línea]. [Consultado: 17 de agosto del 2018]. Disponible en Internet: http://fis.ucv.cl/docs/fis-133/textos/Fisica-Universitaria-Sears-Zemansky-12va-Edicion-Vol1.pdf