PRODUCTO ACADEMICO 3 FISICA 1, Exámenes selectividad de Física

¡Descarga PRODUCTO ACADEMICO 3 FISICA 1 y más Exámenes selectividad en PDF de Física solo en Docsity! 1 | P á g i n a TEMA SUMA DE FUERZAS INTEGRANTES 1. ELER ABAD SALVADOR – CÓDIGO 76352004 2. JOHNNY MARTIN CALLO ORTIZ – CÓDIGO 42923663 3. ROSA MILAGROS FLORES ESPINOZA – CÓDIGO 75450824 4. JUAN CARLOS SOCUALAYA ORDINOLA – CÓDIGO 46747372 DESARROLLO 1. Propósito /Objetivo (de la práctica): Propósito Objetivos • Determinar las componentes cartesianas de un vector. • Sumar vectores • Comprobar la condición de equilibrio ΣF=0. 2. Fundamento Teórico En ocasiones, a la hora de estudiar la fuerza que actúa sobre un cuerpo, puede ser interesante descomponerla en varias fuerzas cada una de ellas con la dirección de los ejes cartesianos, de tal forma que el efecto de todas ellas sea equivalente a la fuerza descompuesta. Tal y como estudiamos en el apartado de representación de vectores, en el plano OXY obtenemos que: ?⃗? = ?⃗⃗⃗?𝑥 + ?⃗⃗⃗?𝑦 = 𝐹𝑥 . 𝑖 + 𝐹𝑦𝑗 DESCOMPOSICION DE UNA FUERZA Cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo, esta se puede descomponer en dos, de tal forma que, si en vez de la primera aplicaremos las dos nuevas, en efecto sería el mismo. El módulo de las 2 nuevas fuerzas, se puede obtener a partir de la definición del seno y del coseno. Teniendo en cuenta la definición de módulo de un vector, el módulo de la fuerza 𝐹⃗ se obtiene mediante la siguiente expresión: 2 | P á g i n a 𝐹 = √𝐹𝑥 2 + 𝐹𝑦 2 Y por medio de la definición de tangente de un ángulo agudo, podemos relacionar los módulos 𝐹𝑥 y 𝐹𝑦 con el ángulo α que forma 𝐹⃗ con el semieje X positivo de la siguiente forma: tan(𝛼) = 𝐹𝑥 𝐹𝑦 Adicionalmente podemos relacionar estos módulos con el menor ángulo que forma 𝐹⃗ con el eje X, atendiendo al cuadrante del sistema de referencia en el que se encuentre: SUMA DE FUERZAS RECURRENTES: Cuando un cuerpo sufre la acción de dos o más fuerzas (sistema de fuerzas), sus efectos pueden ser sustituidos por la acción de una única fuerza denominada fuerza resultante. El proceso mediante el cual se calcula la fuerza resultante recibe el nombre de suma de fuerzas. FUERZA RESULTANTE: Las fuerzas aplicadas a un cuerpo pueden ser reemplazadas por una solo fuerza que por su acción es equivalente a la acción de todas y, por tanto, debe causar el mismo efecto que todas ellas actuando simultáneamente (válido para fuerzas coplanares y concurrentes). A esta fuerza se le denomina fuerza resultante ⃗?⃗⃗⃗?𝑅. ?⃗⃗⃗⃗?𝑅 = ?⃗⃗⃗?1⃗ + ?⃗⃗?2⃗ + ?⃗? ⃗3⃗ + ⋯ + ?⃗⃗⃗?𝑛 Note que es una suma de vectores, cuya operación está descrita en el capítulo de análisis vectorial. 5 | P á g i n a Aproximando a 3 decimales: 6 | P á g i n a Aproximando a 2 decimales: Aproximando a 1 decimal: Aproximando a 3 decimales: 𝑭𝒓 = 𝟑𝑵 𝐹𝑟 = 𝐹𝑎𝑥 + 𝐹𝑏𝑥 = 1.463 + 1.463 = 2.926 ≈ 3 𝐹𝑎𝑦 = 𝐹𝑏𝑦 → 1.364 = 1.364 𝑭𝒓 = 𝟒𝑵 𝐹𝑟 = 𝐹𝑎𝑥 + 𝐹𝑏𝑥 = 2.598 + 1.338 = 3.936 ≈ 4 𝐹𝑎𝑦 = 𝐹𝑏𝑦 → 1.5 ≈ 1.486 𝑭𝒓 = 𝟓𝑵 𝐹𝑟 = 𝐹𝑎𝑥 + 𝐹𝑏𝑥 = 1.258 + 3.654 = 4.912 ≈ 5 𝐹𝑎𝑦 = 𝐹𝑏𝑦 → 1.554 ≈ 1.627 7 | P á g i n a Aproximando a 2 decimales: 𝑭𝒓 = 𝟑𝑵 𝐹𝑟 = 𝐹𝑎𝑥 + 𝐹𝑏𝑥 = 1.46 + 1.46 = 2.92 ≈ 3 𝐹𝑎𝑦 = 𝐹𝑏𝑦 → 1.36 = 1.36 𝑭𝒓 = 𝟒𝑵 𝐹𝑟 = 𝐹𝑎𝑥 + 𝐹𝑏𝑥 = 2.60 + 1.34 = 3.94 ≈ 4 𝐹𝑎𝑦 = 𝐹𝑏𝑦 → 1.50 ≈ 1.49 𝑭𝒓 = 𝟓𝑵 𝐹𝑟 = 𝐹𝑎𝑥 + 𝐹𝑏𝑥 = 1.26 + 3.65 = 4.91 ≈ 5 𝐹𝑎𝑦 = 𝐹𝑏𝑦 → 1.55 ≈ 1.62 Aproximando a 1 decimal: 𝑭𝒓 = 𝟑𝑵 𝐹𝑟 = 𝐹𝑎𝑥 + 𝐹𝑏𝑥 = 1.5 + 1.5 = 3 𝐹𝑎𝑦 = 𝐹𝑏𝑦 → 1.4 = 1.4 𝑭𝒓 = 𝟒𝑵 𝐹𝑟 = 𝐹𝑎𝑥 + 𝐹𝑏𝑥 = 2.6 + 1.3 = 3.9 ≈ 4 𝐹𝑎𝑦 = 𝐹𝑏𝑦 → 1.5 = 1.5 𝑭𝒓 = 𝟓𝑵 𝐹𝑟 = 𝐹𝑎𝑥 + 𝐹𝑏𝑥 = 1.3 + 3.7 = 5 𝐹𝑎𝑦 = 𝐹𝑏𝑦 → 1.6 = 1.6 • En cada una de las gráficas se encontró los valores de cada fuerza en N (newton) con la ayuda de los dinamómetros. • Se realizó 3 configuraciones para cada fuerza obteniéndose resultados diferentes. • De cada configuración se elaboró 3 tablas aproximando los valores en 1. 2 y 3 decimales • Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, se puede observar que aproximando a 2 y 3 decimales no cumplen con 𝐹𝑟 = 𝐹𝑎𝑥 + 𝐹𝑏𝑥 y 𝐹𝑎𝑦 = 𝐹𝑏𝑦; sin embargo, aproximando a un decimal se llegan a los resultados verificando 𝐹𝑟 = 𝐹𝑎𝑥 + 𝐹𝑏𝑥 y 𝐹𝑎𝑦 = 𝐹𝑏𝑦. • Se ha podido comprobar que cuando las fuerzas ejercidas en un punto están en reposo, cumplen con la primera ley de Newton la cual dice que la sumatoria de las fuerzas es igual a 0 si está en equilibrio. 10 | P á g i n a se inicia o detiene el cronómetro. Este factor humano puede introducir inconsistencias en las mediciones del tiempo. • Condiciones del Entorno: Las condiciones del entorno, como la iluminación, el ruido o las distracciones, pueden afectar la concentración del experimentador y su capacidad para medir con precisión el tiempo. Por ejemplo, una sala de laboratorio ruidosa o con una iluminación deficiente puede dificultar la medición precisa del tiempo. • Precisión del Cronómetro: La precisión del cronómetro utilizado para medir el tiempo puede ser variable. Un cronómetro de baja calidad o mal calibrado puede producir mediciones inconsistentes del tiempo. 3. Con base en sus conocimientos, ¿cuál es la influencia del ángulo de la rampa sobre el tiempo de descenso de la esfera? • Relación con la Aceleración: El ángulo de la rampa está directamente relacionado con la componente de la gravedad a lo largo de la rampa, que a su vez influye en la aceleración del objeto. Cuanto mayor sea el ángulo de la rampa, mayor será la componente de la gravedad a lo largo de la rampa y, por lo tanto, mayor será la aceleración del objeto. • Aceleración del Objeto: Según las leyes del movimiento, la aceleración de un objeto en un plano inclinado está relacionada con el seno del ángulo de la rampa. Esto significa que a medida que el ángulo de la rampa aumenta, la aceleración del objeto también aumenta. Como resultado, el objeto recorre la rampa más rápido y tarda menos tiempo en descender. • Distancia Recorrida: El ángulo de la rampa también afecta la longitud de la rampa y, por lo tanto, la distancia total recorrida por la esfera durante su descenso. Aunque el tiempo de descenso puede ser menor con ángulos más altos debido a una mayor aceleración, la distancia total recorrida puede ser mayor. • Velocidad Final: Un ángulo de rampa más pronunciado resultará en una velocidad final mayor para la esfera al final del descenso. Esto se debe a la mayor aceleración experimentada por la esfera durante el descenso por la rampa. En resumen, el ángulo de la rampa afecta directamente la aceleración del objeto, la distancia recorrida y la velocidad final al final del descenso. Cuanto mayor sea el ángulo de la rampa, mayor será la aceleración y, por lo tanto, menor será el tiempo de descenso de la esfera. Sin embargo, esta relación puede ser compleja debido a las interacciones entre la aceleración, la distancia recorrida y otros factores como la fricción y la resistencia del aire. 4. Con base en los datos obtenidos, construya el gráfico de espacio (S) x tiempo (s) de la esfera. Posición – S(m) Tiempo Medio 0,000 0,00000 0,100 1,76890 0,200 2,83693 0,300 3,94393 0,400 5,05053 5. ¿Cuál es el significado físico del coeficiente angular del gráfico? 11 | P á g i n a El coeficiente angular de un gráfico es una medida que describe la pendiente de la línea que representa la relación entre dos variables en un sistema físico. El significado físico del coeficiente angular depende de las variables que se están comparando en el gráfico. En general, el coeficiente angular representa la tasa de cambio de una variable con respecto a otra. Aquí hay algunas interpretaciones específicas del significado físico del coeficiente angular en diferentes contextos: • Velocidad: Si el gráfico representa la relación entre la distancia recorrida y el tiempo, entonces el coeficiente angular representará la velocidad del objeto. Por ejemplo, si la distancia se mide en metros y el tiempo en segundos, el coeficiente angular sería la velocidad en metros por segundo (m/s). • Aceleración: Si el gráfico representa la relación entre la velocidad y el tiempo, entonces el coeficiente angular representará la aceleración del objeto. En este caso, el coeficiente angular sería la tasa de cambio de la velocidad con respecto al tiempo, es decir, la aceleración. 6. En seguida, calcule la velocidad media de la esfera para el trayecto de 0 a 400mm. 𝑣𝑚 = ∆𝑆/∆𝑡 Donde: • Vm = Velocidad media (m/s); • ∆S = Espacio recorrido por la esfera (m); • ∆t = Tiempo del trayecto (s). V𝑚 = 0.079199 7. La velocidad es constante en el Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) y se define como la siguiente ecuación horaria: 𝑆 = 𝑣𝑡 + 𝑆0 Donde: • S = posición final ocupada por el móvil; • S0 = posición inicial ocupada por el móvil; • V = velocidad. Utilizando la ecuación horaria, calcule la velocidad media para cada uno de los intervalos que la esfera ha recorrido. Intervalo - ∆S (m) Tiempo Medio (s) Velocidad (m/s) 0,000 a 0,100 1,76890 0,05653 0,100 a 0,200 1,06803 0,09360 0,200 a 0,300 1,107 0,09033 0,300 a 0,400 1,1066 0,09036 8. ¿Las velocidades encontradas para cada intervalo fueron aproximadamente las mismas? ¿Coinciden con la velocidad media? 12 | P á g i n a Las velocidades encontradas fueron aproximadamente las mismas, excepto la primera, que es un poco más lenta. Todas las velocidades se aproximan a la velocidad media. 9. ¿A usted le parece que al realizar el experimento con 10°, el comportamiento de la esfera será igual o diferente en comparación con el experimento realizado con un ángulo de 20°? Justifique su respuesta. En mi opinión, el comportamiento de la esfera será diferente al realizar el experimento con un ángulo de 10° en comparación con un ángulo de 20°. Aquí hay algunas razones por las cuales el comportamiento puede ser diferente: • Aceleración: La aceleración de la esfera será diferente en cada experimento debido a la variación en el ángulo de inclinación. A menor ángulo (10°), la componente de la gravedad a lo largo de la rampa será menor en comparación con un ángulo de 20°. Esto significa que la esfera experimentará una aceleración menor en el experimento con 10°, lo que resultará en un descenso más lento. • Velocidad: Debido a la diferencia en la aceleración, la velocidad de la esfera también será diferente en cada experimento. Con un ángulo de 20°, la esfera alcanzará una velocidad mayor en comparación con un ángulo de 10° debido a la mayor aceleración. • Tiempo de Descenso: El tiempo total que tarda la esfera en descender por la rampa será diferente en cada experimento debido a las diferencias en la velocidad y la aceleración. En resumen, debido a las diferencias en la aceleración, velocidad y tiempo de descenso, el comportamiento de la esfera será diferente al realizar el experimento con un ángulo de 10° en comparación con un ángulo de 20°. La esfera descenderá más lentamente.