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Cinematica, movimiento rectilineo de particulas, Manuais, Projetos, Pesquisas de Física

Cinematica, movimiento rectilineo de particulas. MRUA y movimiento vibratorio

Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas

2020

Compartilhado em 20/05/2020

unknown68
unknown68 🇧🇷

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Práctica 1: Cinemática de Partículas en Movimiento Rectilíneo
Elaborado por: Kalil Erazo, Ph.D.
Objetivo
Verificar de manera experimental la relación cinemática entre la posición, la velocidad y la aceleración de
una partícula en movimiento rectilíneo.
Introducción
La posición, velocidad y aceleración de una partícula de masa que se mueve en movimiento rectilíneo en
la dirección del eje x están relacionadas por las siguientes expresiones (cinemática)
𝑥(𝑡) Posición de la partícula con respecto al eje x en el tiempo t
𝑣(𝑡) = 𝑑𝑥
𝑑𝑡 = 𝑥󰇗 Velocidad en x de la partícula en el tiempo t
𝑎(𝑡) = 𝑑𝑣
𝑑𝑡 =𝑑2𝑥
𝑑𝑡2 Aceleración en x de la partícula en el tiempo t
Por ejemplo, si el movimiento es uniforme, es decir, si la aceleración es constante, se obtienen las
siguientes expresiones mediante integración para la velocidad y la aceleración
𝑎(𝑡) = 𝑎 (constante)
𝑣(𝑡) = 𝑣0+𝑎𝑡 donde 𝑣0 es la velocidad inicial (en el tiempo t = 0)
𝑥(𝑡) = 𝑥0+ 𝑣0𝑡 + 𝑎 𝑡2
2 donde 𝑥0 es la posición inicial (en el tiempo t = 0)
Gráficamente
En esta práctica se verificarán las relaciones cinemáticas para movimiento rectilíneo usando diferentes
experimentos.
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Práctica 1: Cinemática de Partículas en Movimiento Rectilíneo

Elaborado por: Kalil Erazo, Ph.D.

Objetivo Verificar de manera experimental la relación cinemática entre la posición, la velocidad y la aceleración de una partícula en movimiento rectilíneo. Introducción La posición, velocidad y aceleración de una partícula de masa que se mueve en movimiento rectilíneo en la dirección del eje x están relacionadas por las siguientes expresiones (cinemática) 𝑥(𝑡) Posición de la partícula con respecto al eje x en el tiempo t 𝑣(𝑡) = 𝑑𝑥 𝑑𝑡 =^ 𝑥̇^ Velocidad en x de la partícula en el tiempo t 𝑎(𝑡) = 𝑑𝑣 𝑑𝑡 =^ 𝑑^2 𝑥 𝑑𝑡^2 Aceleración en x de la partícula en el tiempo t Por ejemplo, si el movimiento es uniforme, es decir, si la aceleración es constante, se obtienen las siguientes expresiones mediante integración para la velocidad y la aceleración 𝑎(𝑡) = 𝑎 (constante) 𝑣(𝑡) = 𝑣 0 + 𝑎𝑡 donde 𝑣 0 es la velocidad inicial (en el tiempo t = 0) 𝑥(𝑡) = 𝑥 0 + 𝑣 0 𝑡 + 𝑎 𝑡^2 2 donde^ 𝑥^0 es la posición inicial (en el tiempo^ t^ = 0) Gráficamente En esta práctica se verificarán las relaciones cinemáticas para movimiento rectilíneo usando diferentes experimentos.

Equipos Necesarios  Sensor de Movimiento  Carro pastrack (masa de 250 g)  Masas adicionales (250 g cada una)  Polea, hilo y stopper Parte 1: Aceleración constante Como veremos más adelante utilizando la 2da ley de Newton (cinética) se puede demostrar que la aceleración de la masa es constante y está dada por la siguiente ecuación

𝑚 1 𝑔 (𝑚 1 +𝑚 2 ) donde g=9.81m/s^2 es la constante de gravedad. Procedimiento

  1. Ensamblar el sistema como se muestra en la figura, colgando una masa m 1 =50g
  2. Colocar solo el carrito (sin la masa adicional) aproximadamente a 1 0 cm del sensor de movimiento.
  3. Presionar la opción “zero” en el software para definir la posición x=0 como la posición inicial.
  4. Liberar el carrito del reposo y medir su desplazamiento, velocidad y aceleración usando el sensor de movimiento. Usar frecuencia de muestreo de 50Hz.
  5. Repetir agregando masas adicionales de 250 g y 500 g. Cálculos (entregables)
  6. Graficar la velocidad medida en función del tiempo desde el instante inicial hasta justo antes de golpear el stopper.

2. Ajustar una recta a los datos de la parte 1 (encontrar aceleración experimental 𝑎𝑒).

  1. Calcular el error entre la aceleración del modelo matemático y la aceleración experimental

|𝑎𝑚−𝑎𝑒|

𝑎𝑒^ X^100 (%)

  1. Graficar en una misma figura la posición medida y la posición del modelo matemático

𝑡^2

  1. Graficar en una misma figura la velocidad medida y la velocidad del modelo matemático
  1. Ajustar el siguiente modelo matemático a las mediciones de la posición obtenidas 𝑥(𝑡) = 𝐴𝑒−𝑟𝑡𝑠𝑒𝑛(𝑏𝑡 + 𝜑) donde el parámetro r define que tan rápido decae la curva, el parámetro A define la amplitud de la curva, y el parámetro b =2π/ Tprom define la frecuencia de oscilación del sistema. Estimación de A y r
  1. Tomar dos picos consecutivos en los tiempos t 1 y t 2. En esos puntos 𝑠𝑒𝑛(𝑏𝑡 + 𝜑) = 1
  2. Resolver el siguiente sistema de ecuaciones: 𝑥(𝑡 1 ) = 𝐴𝑒−𝑟𝑡^1 𝑥(𝑡 2 ) = 𝐴𝑒−𝑟𝑡^2 Repetir tres veces para dos picos consecutivos, y tomar el promedio de los valores calculados Estimación de ϕ Evaluar 𝑥(𝑡) = 𝐴𝑒−𝑟𝑡𝑠𝑒𝑛(𝑏𝑡 + 𝜑) en t=0 y despejar 𝜑
  1. Graficar en una misma figura la posición medida y la posición estimada con el modelo matemático con los parámetros obtenidos en la parte 4.