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1-6-2018

Experiencias virtuales: física mecánica Autor: Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón


Experiencias en el aula virtual: física mecánica Primera edición, Junio 5 de 2018 Cámara Colombina del Libro Publicación Online https://pabdelrahim.wixsite.com/misitio ISBN: 978-958-48-4019-6 Editor Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón Calle 45 Sur N. 72-72 Teléfono: 8013151 Correo electrónico pabdelrahim@gmail.com Bogotá, Colombia Impresor Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón. ©Todos los derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida sin el permiso previo escrito a la autora. : 2-91-200

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Experiencias en el aula virtual: física mecánica

Índice

Conversión de unidades de longitud, masa y tiempo Suma de vectores Movimiento Rectilíneo Uniforme (M.R.U). Movimiento Uniformemente Acelerado (M.R.U.A). Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado vertical. Movimiento en dos dimensiones Movimiento parabólico Movimiento Circular Uniforme (M.C.U). Primera Ley de Newton Coeficiente de fricción estático Coeficiente de fricción cinético 1 Coeficiente de fricción cinético 2 Trabajo y Energía Ley de la conservación de la energía La conservación de la energía por rozamiento Principio de Arquímedes, masa y peso

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CONVERSIÓN DE UNIDADES DE LONGITUD MASA Y TIEMPO Objetivo Conocer las unidades de medida. Saber convertir y comparar las medidas. Introducción Ingrese a los siguientes enlaces: https://drive.google.com/file/d/1S2QwxaSm-fNwl91bvfRnaS3T0PexEhhG/view?usp=sharing Para apoyarse no solo para el marco teórico sino para cuando realice las operaciones.

Tomada de http://www.ingenieriaquimica.org/software/conversion_unidades Marco Teórico Ingrese las tablas de conversión de las unidades de longitud, masa y tiempo. En el siguiente enlace puede consultar tabla de conversiones https://www.metric-conversions.org/es/tablas-de-equivalencias.htm Ejercicio 1: A continuación se presentan varias tablas que debe completar realizando los cálculos a mano. CONVESIÓN DE UNIDADES Longitud (m) mm km Gm in millas yardas 0,64

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Experiencias en el aula virtual: física mecánica Masa (g) 8 0,64

mg

Tiempo (años) 0,64

kg

Hg

meses

Gg

Días

Tonelada

Horas

libras

segundos

Área (m2) 2,4 0,64

Mm2

Km2

In2

Mm2

Volumen (m3)

Mm3

Km3

In3

Mm3

2,4 0,64

Densidad (

)

(

)

(

)

(

)

(

)

2,4 0,64

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Experiencias en el aula virtual: física mecánica

(

)

(

)

(

)

(

)

2,4 0,64

(

) 0,066

Ejemplo de cómo deben entregar los cálculos Convertir (

(

)(

)(

)

)

Bibliografía [1] https://www.edumedia-sciences.com/es/media/366-balanza [2] https://www.metric-conversions.org/es/longitud/conversion-de-pulgadas.htm [3] Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, ISBN: 978-9588723-06-8. Ingreses sus comentarios conclusiones y bibliografía.

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SUMA DE VECTORES Objetivo Estudiar la conversión de coordenadas cartesianas a polares y viceversa Introducción Para esta actividad usted usará la página web PhET colorado: https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/vector-addition Marco Teórico Consulte sobre: la regla del polígono, la suma de vectores por el método del polígono, teorema de Pitágoras, y las funciones trigonométricas seno y coseno [1]. Ejercicio 1: Conversión de coordenadas polares a cartesianas de un vector Tome las condiciones iniciales tal como se indica en la siguiente figura

Tome cada 5 cuadritos equivale a cinco unidad de medida. El siguiente dibujo corresponde al vector: ⃗ ̂ ̂ 7


Experiencias en el aula virtual: física mecánica

Coloque el inicio del vector en la posición (0,0) y el final del vector como los pares ordenados que se muestran en la Tabla 1. Copie los valores que le da el simulador y calcules notándolos en la Tabla 1: 1. El módulo del vector ( ⃗ ), 2. La dirección de vector ⃗ . Tabla 1 magnitud de Rx

Ry

del simulador

10

50

20

35

40

0

0

35

40

20

magnitud de Dirección

del

simulador

del calculado

Dirección del calculado

8


Experiencias en el aula virtual: física mecánica Ahora realice los cálculos usando: El teorema de Pitágoras (1) Y la función tangente para determinar la dirección es: (2) Y escríbalo en la Tabla 1. Ejercicio 2: Conversión de coordenadas polares a cartesianas de dos vector Coloque el inicio de un vector en la posición (0,0) y el final de los vectores Y ⃗ en las posiciones que se indican en la Tabla 2. Presione el botón suma para copiar la magnitud y dirección del vector suma que corresponde al vector de color verde: 1. 2. 3. 4.

El módulo del vector ( ⃗ ), La dirección de vector ( θ) del vector ⃗ , La componente horizontal (Rx) La componente vertical (Ry)

Recuerde que para sumar los vectores

y

se realiza sumando sus componentes

rectangulares, o sea: (3) La magnitud del vector resultante:

(4) Y la dirección 9


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(5) Complete la Tabla 2, tome el origen de cada uno de los vectores en (0,0) y tome una impresión de lo obtenido:

Tabla 2 Magnitud de Ax

Ay

Bx

By

del simulador

40

0

0

14

30

10

5

10

0

30

45

10

40

0

20

30

Dirección del simulador

Magnitud de del calculado

Dirección del calculado

10


Experiencias en el aula virtual: física mecánica

Ejercicio 3: Conversión de coordenadas polares a cartesianas de tres vector Coloque el inicio de un vector en la posición (0,0) y el final de los vectores , ⃗ y en las posiciones que se indican en la Tabla 3 y presiona el botón suma para copiar los valores del vector resultante ( ⃗ ): el módulo del vector ( ⃗ ), la dirección de vector (θ), la componente horizontal del vector suma que corresponde al vector de color verde en el dibujo anterior. Tabla 3 Magnitud Ax

Ay

Bx

By

Cx

Cy

de

del

simulador 30 1

40 30

30

40

0

0

0

50

20

40

10 20

20 30

30

10

20 0

0

0

40

20

Dirección del simulador

Magnitud de del calculado

Dirección del calculado

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Experiencias en el aula virtual: física mecánica Ejemplo de cómo debe entregar los cálculos

De acuerdo con la imagen tenemos la magnitud del vector resultante sería igual a: √ √

√ √

√ La dirección

Ejercicio 4 Use el simulador de la referencia [4] y desarrolle el siguiente ejercicio:

12


Experiencias en el aula virtual: física mecánica Un tren realiza el siguiente trayecto: primero recorre 5 km al noreste con una dirección de 20, después recorre 3 km al estenorte con una dirección de 300 y por ultimo recorre 2 km al estenorte con una dirección de 200. Calcule la magnitud y dirección del desplazamiento resultante. Ejercicio 5: Use siguiente simulador https://www.geogebra.org/m/CJ3H5hWY Para comprobar sus cálculos coloca los vectores en los puntos que se indican en la siguiente Tabla tomando el inicio de cada vector en el punto (0,0).

magnitud (Rx,Ry)

de

del

simulador

Dirección

del

simulador

magnitud de del calculado

Dirección

del

calculado

(8,6) (-7,6) (-9,-4) (9,-3)

9,49

161,570

Bibliografía [1] http://udistrital.edu.co/novedades/particularNews.php?Type=P&idNovedad=3422 [2] http://www.acr.edu.ve/moodle/mod/page/view.php?id=199 [3] http://www.wolframalpha.com/widgets/view.jsp?id=95b8ec8830c85b5c812ed634b5e1 a0fb [4] http://www.wolframalpha.com/widget/widgetPopup.jsp?p=v&id=95b8ec8830c85b5c812ed634 b5e1a0fb&title=Suma%20de%20vectores&theme=&i0=5&i1=70&i2=%2B&i3=3&i4=30&i5=%2B

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Experiencias en el aula virtual: física mecánica &i6=2&i7=20&podSelect=&includepodid=VectorPlot&includepodid=PolarCoordinates&includep odid=DecimalApproximation&showAssumptions=1

[5] https://www.geogebra.org/graphing [6] Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, ISBN: 978-9588723-06-8. Realice sus conclusiones, comentarios y bibliografía.

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Experiencias en el aula virtual: física mecánica

MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFOME M.R.U. Objetivo Estudiar el movimiento de un cuerpo que se mueve con rapidez constante y aceleración cero. Marco Teórico Ingrese las ecuaciones del M.R.U y sus respectivas gráficas. Ejercicio 1: http://www.educaplus.org/game/movimiento-rectilineouniforme Escriba el conjunto de ecuaciones de posición en función del tiempo con las condiciones que se indiaca en la siguientes tablas y grafique cada conjunto de ecuaciones en un solo plano cartesiano. El enlace de Geogebra es: https://www.geogebra.org/graphing Conjunto 1: Posición inicial Rapidez constante ( )

Ecuación de movimiento posición vs tiempo

-10 -5 0 5 10 Conjunto 2: Posición inicial igual a Rapidez constante ( )

Ecuación de movimiento posición vs tiempo

-10 15


Experiencias en el aula virtual: física mecánica -5 0 5 10 Conjunto 3: Posición inicial igual a Rapidez constante ( )

Ecuación de movimiento posición vs tiempo

-10 -5 0 5 10 Conjunto 4: Posición inicial igual a Rapidez constante ( )

Ecuación de movimiento posición vs tiempo

-10 -5 0 5 10 Conjunto 5: Posición inicial igual a Rapidez constante ( )

Ecuación de movimiento posición vs tiempo

-10 -5 0 5 10 Ejemplo de cómo deben entregar los cálculos Escribimos el conjunto de ecuaciones de posición en función del tiempo con la posición 16


Experiencias en el aula virtual: física mecánica inicial igual a: Rapidez constante ( )

Ecuación de posición vs tiempo

-10 -5 0 5 10 Graficamos la posición en función del tiempo del conjunto de ecuaciones. En este conjunto de ecuaciones observamos que todas cortan en un mismo punto del eje y que corresponde a la posición inicial igual a -40 m. En ella se observa además que las pendientes son positivas son las rectas: verde y gris, la pendiente cero la recta violeta y las pendientes negativas las rectas naranja y azul e igual a la rapidez.

Ejercicio 2: Use el siguiente simulador para obtener la tabla de valores de posición y velocidad como funciones del tiempo tomando las condiciones iniciales que se muestran en la siguiente tabla: 17


Experiencias en el aula virtual: física mecánica http://www.educaplus.org/game/movimientorectilineo-uniforme

Grafique en Excel la posición y la rapidez como funciones del tiempo Ejemplo de cómo debe entregar los cálculos Datos iniciales del problema:

se colocan en el

simulador y se obtuvo la siguiente tabla de valores.

La gráfica se realizó en Excel con su correspondiente ajuste.

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Experiencias en el aula virtual: física mecánica

La ecuación posición en función del tiempo obtenida con el ajuste de la gráfica anterior

Bibliografía [1] Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, ISBN: 978-958-8723-06-8. [2] https://www.geogebra.org/m/PkhEpGSt Ingreses sus comentarios conclusiones y Bibliografía.

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MOVIMIENTO RECTIÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO (M.U.R.A) Objetivos Estudiar el M.U.R.A Introducción Ingrese al siguiente enlace https://fisquiweb.es/Laboratorio/Cinematica/LabCinematica.htm En este applet se muestran las gráficas de posición ( ), rapidez y aceleración como funciones del tiempo. Marco Teórico En forma breve incluir las ecuaciones y gráficas del M.R.U.A Ejercicio 1: Tomando las siguientes condiciones iniciales . Determine: a. Las ecuaciones de movimiento. b. Los tiempos en el cual la posición es cero. c. El tiempo en el cual la partícula cambia de dirección. d. Grafique la posición y la rapidez como funciones del tiempo, use Excel para hacer las gráficas. e. Debe realizar el ajuste de la gráfica de la rapidez como función del tiempo, apóyese del siguiente enlace para realizar el ajuste de la gráfica : https://www.youtube.com/watch?v=r7D2lgI2hQE. f. Realizar un análisis de las gráficas obtenidas Ejercicio 2: Repita el ejercicio anterior con las siguientes condiciones iniciales: y repita el ejercicio anterior.

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Experiencias en el aula virtual: física mecánica

Ejercicio 3: Tome las siguientes condiciones iniciales: con el applet anterior. Determine: 1. Las ecuaciones de movimiento. 2. Los tiempos en el cual la posición es cero. 3. El tiempo en el cual la partícula cambia de dirección. 4. Grafique la posición y la rapidez como funciones del tiempo, usando Excel. 5. Realizar un análisis de las gráficas obtenidas Use https://fisquiweb.es/Laboratorio/Cinematica/LabCinematica.htm Para comprobar sus cálculos y el siguiente applet para observar cómo debería quedan las gráficas https://www.geogebra.org/m/KztwanXZ

Bibliografía [1] Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, ISBN: 978958-8723-06-8. Ingreses sus comentarios conclusiones y bibliografía. 21


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MOVIMIENTO RECTIÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO VERTICAL Objetivos Estudiar la cinemática de un objeto que cae libremente. Marco teórico. Incluir los conceptos de caída libre con sus respectivas ecuaciones y gráficas. Ejercicio 1: Ingrese a https://www.geogebra.org/m/VHST2CJL a. Coloque las siguientes condiciones iniciales en el simulador: y . No es necesario hacer la impresión solo es para que lo tome de referencia de cómo deben quedar las gráficas. b. Construya las ecuaciones de posición y rapidez como función del tiempo y complete la siguiente tabla, use Desmos para pintar las tres graficas de posición en función del tiempo (píntelas en un solo plano cartesiano). c. Grafique las ecuaciones de la rapidez final en función del tiempo (píntelas en una sola gráfica). ( )

ecuación de posición en función del tiempo

ecuación de rapidez en función del tiempo

-30 2,7 30

Ejercicio 2: Repita todo el anterior ejercicio pero cambiando la posición inicial. a. b. 22


Experiencias en el aula virtual: física mecánica Realizar una explicación de las gráficas obtenidas. Un ejemplo de cómo debe entregar los ejercicios La tabla se completa de la siguiente manera tomando la posición inicial a: ( )

ecuación de posición en función del tiempo

ecuación de rapidez en función del tiempo

-30 2,7 30

A continuación se muestra las gráficas de posición y rapidez como funciones del tiempo. Donde observamos en la gráfica 1 que entre mayor es la rapidez inicial mayor es la concavidad de la curva (línea verde).

Gráfica 1 La gráfica 2 muestra que las pendientes son similares y negativas cuyo valor es la el 23


Experiencias en el aula virtual: física mecánica valor de la aceleración de la gravedad (

. .

Gráfica 2 Bibliografía [1] http://www.educaplus.org/game/graficas-de-la-caida-libre [2] http://www.educaplus.org/game/caida-libre [3] http://shuji5.blogspot.com/2016/06/caida-libre.html [4]Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, ISBN: 978-958-8723-06-8. Ingreses sus comentarios conclusiones y bibliografía.

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Experiencias virtuales: física mecánica

MOVIMIENTO EN DOS DIMENSIONES

Figura 1 Objetivo Determinar la relación entre el ángulo de disparo, el alcance máximo y la altura máxima. Introducción Ingrese al link https://phet.colorado.edu/sims/html/projectile-motion/latest/projectilemotion_en.html Procedimiento Ingrese al applet colocando las siguientes condiciones iniciales: El diámetro de 0,5 m, la masa igual a 1 kg, resistencia del aire igual a cero, la velocidad inicial igual a , y el ángulo de tiro parabólico igual a 450. Determine: a. b. c. d. e.

Las ecuaciones de movimiento parabólico El tiempo de vuelo, La altura máxima, El alcance máximo, Pinte la gráfica de y vs x y la gráfica de vy vs vx,

Un ejemplo de cómo realizar los cálculos 25


Experiencias virtuales: física mecánica a. Las ecuaciones de movimiento parabólico con un ángulo de tiro parabólico igual a 450 son:

b. El tiempo de vuelo:

c. La altura máxima:

d. Para pintar las gráficas de y vs x y vy vs vx se realiza la siguiente tabla de datos: tiempo (s) x(m) y(m) vx (m/s) vy (m/s)

0 0 0 10,5

0,5 5,25 4 10,5 5,5

1 10,5 5,5

2,18 21 0

0

-11,3 26


Experiencias virtuales: física mecánica

Repita el anterior procedimiento con los siguientes ángulos de tiro parabólico [1]: a. b. c. d.

30o 600 800. Pinte en un solo plano cartesiano las gráficas de y vs x de todos los ángulos 27


Experiencias virtuales: física mecánica anteriores. e. Pinte en un solo plano cartesiano las gráficas de vy vs vx, de todos los ángulos. Bibliografía [1] https://sites.google.com/a/colegiocisneros.edu.co/fisica10y11/home/mecanicaclasica-de-particulas/tiro-parabolico [2] Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, ISBN: 978-958-8723-06-8. Ingrese sus comentarios conclusiones y bibliografía

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Experiencias virtuales: física mecánica

MOVIMIENTO PARABÓLICO

Objetivos Hallar las ecuaciones de la trayectoria de un proyectil lanzado al aire con una cierta rapidez inicial y un ángulo de tiro parabólico que cae bajo el efecto de la gravedad. Comparar el resultado experimental virtual con el resultado propuesto por el modelo cinemático estudiado en clase. Desarrollar habilidades para relacionar variables. Introducción Ingrese al link http://www.educaplus.org/game/lanzamiento-oblicuo Marco Teórico Ingresar los conceptos y gráficas del movimiento parabólico. Ejercicio 1: use la rapidez inicial del tiro parabólico igual a: y posición inicial horizontal y vertical igual a cero ( y ) para colocarlas en el simulador y obtener el tiempo de vuelo , , alcance máximo y altura máxima. Complete la siguiente tabla. Grafique en Excel la posición horizontal en función de la posición vertical de los ángulos que se muestran en la primera fila de la tabla en un solo plano cartesiano. De la gráfica obtenida responda las siguientes preguntas: a. Que se puede decir de la posición horizontal para los ángulos complementarios. b. Al comparar la distancia horizontal con respecto al ángulo de tiro parabólico cuál de los ángulos alcanza su mayor valor. 29


Experiencias virtuales: física mecánica Tome los siguientes datos iniciales para completar la siguiente Tabla de datos Tabla 2. ( )

( )

(s)

(m)

(m)

Con las siguientes condiciones iniciales complete la anterior Tabla 1. Rapidez inicial igual a , 2. Posición inicial horizontal es igual a: y posición inicial vertical es igual a: , Recuerde que la posición en función del tiempo se toma como: [ ⃗ ̂ ̂] (1) La velocidad en función del tiempo: [ ⃗ ̂ ̂] (2) Tabla 2 ( )

( )

(s)

(m)

(m)

30


Experiencias virtuales: física mecánica Ejemplo de cómo debe realizar los cálculos para la Tabla 2. Datos iniciales: 1. Rapidez inicial igual a , 2. Posición inicial horizontal es igual a: , 3. Posición inicial vertical es igual a: , 4. Angulo de tiro parabólico de Las ecuaciones de movimiento serian iguales a: ⃗ [( )̂ ( ) ̂] ̂ ̂] [ ⃗ ̂ ̂ ⃗ [ ( )] ̂

[

̂] ̂

⃗ El tiempo de subida se calcula con Luego el tiempo de vuelo es El alcance máximo

La altura máxima (

)

(

)

Bibliografía [1] http://www.educaplus.org/movi/index.html [2]Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, ISBN: 978-958-8723-06-8. Ingreses sus comentarios conclusiones y bibliografía 31


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MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME (M.C.U)

Objetivo Estudiar los conceptos de movimiento circular uniforme. Introducción Ingrese al link http://escuela2punto0.educarex.es/Ciencias/Fisica_Quimica/Labor atorios_Virtuales_de_Fisica/Movimiento_Circular_Uniforme/ Marco Teórico Incluir todos los conceptos y gráficas del movimiento circular uniforme. Ejercicio 1: Seleccione una velocidad angular de

y varíe el radio

del tiovivo de feria y obtenga para cada caso la velocidad lineal. Haga una gráfica de velocidad lineal en función del radio y determine la ecuación correspondiente. Explique cada uno de los términos de la ecuación. 32


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Ejercicio 2: Ingrese a http://www.educaplus.org/game/movimiento-circular-uniforme 1. Tome el valor del radio igual a r = 50 m con la rapidez angular igual a

. El simulador mostrará una tabla de valores,

donde muestra los tiempos para cual la partícula se ha desplazado cierto ángulo . Grafique en Excel vs t. 2. Con r = 50 m, varíe la rapidez angular para completar la siguiente tabla. Tiempo (s)

1

0 Ejercicio 3: Repita todo lo anterior con r = 100 m. Ejemplo de cómo debe entregar los cálculos Con anterior tabla.

se varió la velocidad angular tal como se indica en la 33


Experiencias virtuales: física mecánica

Tabla para w = 4

y

Tabla para w = 6

y

Tabla para w = 8

y 34


Experiencias virtuales: física mecánica

Tabla para w = 10

y

Resumen de las tablas con su correspondientes gráficas 35


Experiencias virtuales: física mecánica

En la gráfica se observa que a medida que aumenta el tiempo el ángulo va aumentando mostrando pendientes positivas que se incrementan al aumentar la velocidad angular. Bibliografía [1] https://www.youtube.com/watch?v=SJPWcr0IchU [2] http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/MCU.html [3]Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, ISBN: 978-958-8723-06-8. Ingrese sus comentarios conclusiones y bibliografía 36


Experiencias virtuales: física mecánica

PRIMERA LEY DE NEWTON

IFigura 1 Objetivo Estudiar sistemas que se encuentren en equilibrio mecánico. Introducción http://www.educaplus.org/game/cuerpos-ligados-en-equilibrio Marco Teórico Incluir los conceptos de sistemas en equilibrio y la primera ley de Newton. Procedimiento Monte el sistema como se muestra en la figura 1, use las siguientes condiciones iniciales:

1. Pinte las fuerzas que actúan sobre cada bloque. No debe realizar la impresión. 2. Determine el valor de la tensión de la cuerda. 3. Varíe el ángulo como se indica en la siguiente Tabla y determine el valor de la tensión para cada caso. 37


Experiencias virtuales: física mecánica

(kg) 0

20 300 400 450 Bibliografía [1]Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, ISBN: 978-958-8723-06-8. Ingrese sus comentarios conclusiones y bibliografía

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COEFICIENTE DE FRICCIÓN ESTÁTICO Objetivo Determinar el coeficiente de fricción estático Introducción http://fisquiweb.es/Laboratorio/Rozamiento/LabRozamiento.htm Este applet muestra 4 masas (la caja y tres pesas), el valor de la fuerza aplicada para cuando el bloque se desliza sobre el plano horizontal con rapidez constante que es cuando el bloque cruza la fotocelda. Ejercicio: determinar los coeficiente de fricción estático de , y que se muestran simulador. Indique que materiales son los que están en contacto en cada uno de los cuatro casos. Ejemplo de cómo debe hacer los cálculos

Figura 1 Haga clic en el botón y deje que el bloque se deslice sobre el plano horizontal hasta cruzar la fotocelda que es cuando viaja con velocidad constante. En la cual se obtiene los siguientes datos Masa 1 39


Experiencias virtuales: física mecánica

Luego el coeficiente de fricción estática sería igual a: (

)

Se repite el anterior procedimiento con la segunda masa

Masa 2

De anterior laboratorio se tiene que el coeficiente de fricción estática (

)

(

)

Masa 3

40


Experiencias virtuales: física mecánica Masa 4

(

)

Consultado la Tabla 1 se concluye que las superficies en contacto son: cuero sobre madera [2]. Bibliografía [1]http://grupoorion.unex.es/orion/index.php/materiales/38-laboratorio%20virtual-de-practicas-con-laser [2]http://fisica-grupo.blogspot.com/2013/04/coeficiente-deroce_3.html [3]Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, ISBN: 978-958-8723-06-8 Ingrese sus comentarios, conclusiones y bibliografía

41


Experiencias virtuales: física mecánica Tabla 1

42


Experiencias virtuales: física mecánica

COEFICIENTE DE FRICCIÓN CINÉTICO 1 Objetivo Calcular el coeficiente de fricción cinético. Introducción Ingrese a https://phet.colorado.edu/es/simulation/forces-and-motion-basics Resuelva los anteriores ejercicios Marco Teórico: consulte sobre el coeficiente de fricción cinética. Ejercicio 1: Medir el coeficiente de fricción cinético que hay entre la nevera, la caja, la niña, el niño y el vaso y la superficie horizontal (tenga en cuenta la siguiente tabla).

43


Experiencias virtuales: física mecánica Tenga en cuenta los siguientes pasos para hacer los cálculos:

Figura 1 Masa (kg)

(N) Fuerza neta

Normal (N)

200 150 100 80 50 40 Elija la caja de masa 50 kg, coloque el valor de la fuerza de fricción en la mitad, tome el valor de la aceleración que da el simulador y la rapidez inicial justo antes de que el muñeco suelte la caja (Figura 1). 1. Note el valor de fuerza neta que da el simulador, =ma. 2. Calcule la fuerza normal. 3. Determine el coeficiente de fricción cinético. 4. Repita el anterior procedimiento para cada una de las otras masas (nevera, niño, niña y vaso con agua). 44


Experiencias virtuales: física mecánica Ejemplo: Repita el anterior procedimiento con fricción cinética muy cercano al cero

y muy cercano al mucho.

Un ejemplo de cómo hacer los cálculos Datos iniciales: Fuerza de fricción en la mitad, y Masa (kg)

(N) Normal (N) Fuerza neta 50 406 500N 0,81 Calculamos la fuerza neta de acuerdo a los datos que da el simulador

Si la fuerza de fricción cinética por definición es fricción cinético es:

luego el coeficiente de

Para determinar la fuerza normal hacemos la suma de las fuerzas verticales iguales a cero, ∑

, Así,

De acuerdo a la Tabla anterior (

)

Puede ser las superficies en contacto acero sobre hielo. 45


Experiencias virtuales: física mecánica

Ejercicio 2: Mida el tiempo y el desplazamiento cuando el bloque de madera es soltado por el muñeco, repita para la nevera, el niño, la niña y el vaso con agua.

Un ejemplo de cómo debes entregar los cálculos La rapidez inicial que muestra el simulador cuando la nevera comienza a moverse sola es de 39,8 m/s y de acuerdo a la ecuación Y despejando el desplazamiento, tenemos

La distancia recorrida hasta antes de detenerse

El tiempo en que demora en detenerse 46


Experiencias virtuales: física mecánica

Bibliografía [1] http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/rozamiento/general/roz amiento.htm [2]http://fisica-grupo.blogspot.com/2013/04/coeficiente-deroce_3.html [3] Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, ISBN: 978-958-8723-06-8. Ingrese sus comentarios conclusiones y bibliografía

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Experiencias virtuales: física mecánica

COEFICIENTES DE FRICCIÓN CINÉTICO 2 Objetivo: Estudiar la segunda ley de Newton para cuando un bloque asciende y desciende sobre un plano inclinado. Introducción http://www.educaplus.org/game/dinamica-de-un-bloque-con-velocidadinicial-en-un-plano-inclinado

Ejercicio 1: Determine el coeficiente de fricción cinético. Grafique la fuerza de fricción cinética en función de la fuerza normal. Haga un ajuste de la gráfica y explique lo que significa cada uno de los términos de la ecuación. Datos iniciales del problema: tome el ángulo del plano inclinado que indica en la siguiente tabla, la masa de 1kg, la aceleración que da el simulador.

0,5

4,65

Debe realizar los siguientes pasos: 1. Pinte las fuerzas que actúan sobre mientras este asciende. 2. Indique el valor del ángulo que forma el eje x positivo con cada una de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. 3. Aplique la segunda ley de Newton 48


Experiencias virtuales: física mecánica 4. Halle el coeficiente de fricción cinético. Ejercicio 2: Determine la fuerza normal y el coeficiente de fricción cinético. Grafique la fuerza de fricción en función de la fuerza normal.

Datos iniciales del problema: tome el ángulo del plano inclinado que indica en la siguiente tabla, la masa de 1kg, la aceleración, la fuerza de fricción y la fuerza aplicada que da el simulador.

Preguntas 1. ¿El coeficiente de fricción para cuando el bloque asciende o desciende es igual o diferente? 2. De que depende el coeficiente de fricción cinético. 3. ¿Qué le ocurre a la componente del peso ( ) a medida que el bloque aumenta el ángulo del plano inclinado? Explique Ejemplo de cómo debe entregar los cálculos Datos del problema: tome el ángulo del plano inclinado de 200, el bloque ascendiendo y la masa de 1kg, aceleración 49


Experiencias virtuales: física mecánica

, Aplicamos la segunda ley de Newton, o sea

Y sabemos que la fuerza de fricción cinética es

luego,

Despejando el coeficiente de fricción se tiene

Para hallar la fuerza normal hacemos

50


Experiencias virtuales: física mecánica (

)

Luego tomado el valor de la aceleración que está en el simulador obtenemos (

)

(

)

Bibliografía [1]Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, ISBN: 978-958-8723-06-8 Ingrese sus comentarios conclusiones y bibliografía

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Experiencias virtuales: física mecánica

TRABAJO Y ENERGÍA Objetivo Determinar la energía perdida por fricción Introducción Ingrese a link https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/ramp-forces-and-motion

Figura 1 Procedimiento para completar la Tabla 1 Toma las siguientes condiciones iniciales: masa del objeto 100 kg, coeficiente de fricción cinético , altura inicial 2,6 m y ángulo del plano inclinado de 0 15 (figura 1). Haga que el muñeco suba el bloque hasta los 10 m y deje que el bloque se deslice sobre el plano inclinado hasta donde llegue. 1. Pinte las fuerzas que actúan sobre la caja mientras se desliza hacia abajo del plano inclinado. 2. Determine la fuerza normal y la fuerza fricción. Complete la siguiente Tabla. 52


Experiencias virtuales: física mecánica

Trabajo hecho por la fricción (J)

( ) En la base del plano inclinado

Ahora repita el anterior procedimiento, variando los ángulos del plano inclinado con: y . Un ejemplo de cómo debe calcular los cálculos inclinado de Datos del problema:

,

con un ángulo del plano

,

y

.

Calculamos la fuerza normal para determinar la fuerza de fricción. De acuerdo a a la figura 1 tenemos que ∑

(

)

Por lo tanto la energía perdida por fricción es: La rapidez final la calculamos así:

53


Experiencias virtuales: física mecánica √

(

(

)

)

√ √

Ejercicio 2: Calcule el trabajo hecho la fuerza de fricción cuando el bloque esta sobre el plano horizontal y la distancia horizontal máxima hasta cuando el bloque pare (figura 2). Recuerde que la rapidez final del plano inclinado es la igual a la rapidez inicial del plano horizontal.

Figura 2 Bibliografía [1]Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas, ISBN: 978-958-8723-06-8 Ingrese sus comentarios, conclusiones y bibliografía 54


Experiencias virtuales: física mecánica

LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Objetivo Mostrar que la energía se conserva en cada punto de la trayectoria cuando no hay fricción. Introducción Ingresar a la página https://phet.colorado.edu/es/simulation/energy-skate-park-basics Marco teórico Puede encontrar sobre la energía mecánica en las siguientes direcciones https://www.fisicalab.com/apartado/energia-mecanica#contenidos http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?ID=133121 Ejercicio 1: En el simulador señale las cosas como se muestra en la siguiente figura 1

Figura 1 Las condiciones iniciales son: El velocímetro está divido en 11 partes iguales tome cada parte

como 1 m/s.

. 55


Experiencias virtuales: física mecánica Cada división en la cuadricula tómelo como 1 m y la masa del patinador más pequeña. Para medir la rapidez para cada altura debe tomarse del simulador en modo en “movimiento lento”.

Coloque el muñeco de masa 100 Kg en las alturas que se indican en la siguiente Tabla.

Figura 2

56


Experiencias virtuales: física mecánica Altura

( )

6 5 4

4

800

4000

4800

3 2 1 0

Ejercicio 2 Suponga que el muñeco parte del punto (0,5) de la figura 2, usando la ley de la conservación de la energía mecánica determine la rapidez en los puntos que se muestran en la siguiente Tabla. Punto de (0,6) a (6,1) (2,1)

Velocidad final

Ejercicio 3 Repita el procedimiento para la figura 3.

Figura 3 Ejercicio 4 Repita el procedimiento para la figura 4

57


Experiencias virtuales: física mecánica

Figura 4 Conteste las siguientes preguntas 1. Al comparar la velocidad final de los puntos (6,1) y (2,1) de los ejercicios 2, 3 y 4 que podemos concluir 2. Con los ejercicios 2,3 y 4 como podemos comprobar que la energía mecánica no depende de la trayectoria. 3. Explique cómo podemos demostrar que la energía potencial depende de la altura. Bibliografía [1]http://www.fisica-quimica-secundaria-bachillerato.com/animacionesflashinteractivas/mecanica_fuerzas_gravitacion_energia/energia_potencial_cin etica_mecanica.htm [2] Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, Fondo De Publicaciones Universidad Distrital Francisco José De Caldas, ISBN: 978-958-8723-06-8. Ingrese sus comentarios, conclusiones y bibliografía

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Experiencias virtuales: física mecánica

LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA CON ROZAMIENTO Objetivo Estudiar la energía mecánica cuando hay fricción Introducción Ingresar a la página https://phet.colorado.edu/es/simulation/energy-skate-park-basics Marco teórico Ingrese a https://fisquiweb.es/Laboratorio/Energia/LabEnergia.htm Para comprender más sobre la conservación de la energía por fricción Ejercicio: En el simulador señale las cosas como se muestra en la siguiente figura 1

Figura 1 Las condiciones iniciales son: El velocímetro está divido en como

11 partes iguales tome cada parte

1 m/s . Cada división en la cuadricula tómelo como 1 m y la m asa del patinador más pequeña. Tome el valor de la rapidez que le da el simulador (figura 1). 59


Experiencias virtuales: física mecánica Usando la ley de la conservación de energía por fricción

y determine la rapidez final en los siguientes puntos. Tome el desplazamiento como la distancia entre dos puntos Del punto (0,6) a

(0,5)

(2,0)

(4,2)

(6,1)

(8,6)

Ejercicio 3 Repita el procedimiento para la figura 3

Ejercicio 4 Repita el procedimiento para la figura 4

60


Experiencias virtuales: física mecánica

Figura 4

Bibliografía [1]https://www.youtube.com/watch?v=Lk8_JC6CSto. [2]http://www.educaplus.org/game/ley-del-pendulo [3] Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, Fondo De Publicaciones Universidad Distrital Francisco José De Caldas, ISBN: 978-958-8723-06-8.

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Experiencias virtuales: física mecánica

PRINPRINCIPIO DE ARQUÍMIDES, MASA y PESO

Objetivo Estudiar el comportamiento de un cuerpo en un líquido con relación al empuje. Marco Teórico Enuncie el principio de Arquímedes Medir la masa de un cuerpo usando diferentes objetos de medida Introducción Ingrese a: https://conteni2.educarex.es/mats/14362/contenido/ Ejercicio 1: Determinar el empuje del objeto cuando el cuerpo es sumergido en agua destilada cuya densidad es

62


Experiencias virtuales: física mecánica Datos del Material Peso del material (N) Peso aparente = Peso del material – empuje (N) Empuje (N)

Oro

Acero

Madera

Carne

Desconocida

Repita el anterior procedimiento con los otros cuatro fluidos restantes. Incluir sus comentarios conclusiones y bibliografía. Ejercicio 2 Ingrese a http://www.educaplus.org/game/masa-y-peso

Si el peso de un cuerpo se define como la masa multiplicada por la aceleración de la gravedad determine el valor de la gravedad en cada caso Ejercicios 3 http://www.educaplus.org/game/balanza-monoplato Indicar cuánta masa tiene cada uno de los 6 objetos que se muestran en el 63


Experiencias virtuales: física mecánica simulador, en cada una de las siguientes unidades cg

kg

Dg

libras

Pulpo (g) Muñeco (g) Espada (g) Torre (g) Molino (g) Bibliografía [1] https://www.edumedia-sciences.com/es/media/366-balanza [2] Conceptos básicos de física mecánica, Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón, fondo de publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, ISBN: 978-958-8723-06-8. Ingreses sus comentarios conclusiones y bibliografía.

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Experiencias virtuales: física mecánica

Gladys Patricia Abdel Rahim Garzón Licenciada en Física de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Especialista en Ciencias Físicas, Maestría en ciencias Físicas y doctorado en Ingeniería en la Universidad Nacional de Colombia. Ha realizado estudios de investigación en nuevos materiales de las propiedades estructurales y electrónicas a partir de métodos ab-initio y estudios en la caracterización de superficies semiconductoras y su modificación con la adsorción de átomos metálico. Además de desarrollar e incorporar material didáctico basada en el uso de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TiC) para la enseñanza de la física. ORCID: 0000-0002-8620-7023; Scopus Author ID 55969775300; CvLAC ID: 0000281670; ResearcherID: F-18602016 Scopus Author ID: 55969775300; Loop profile: 551358.

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Experiencias virtuales: física mecánica  

Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TiC) se desarrollan a partir de los avances científicos producidos en los ámbitos de l...

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