Fisica 1 s14

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Considera el siguiente caso de movimiento horizontal uniforme a lo largo del eje X(+): 1. Un automóvil parte del reposo y alcanza 16 m/s en 6 s, luego mantiene constante su velocidad durante 8 s, y después frena uniformemente hasta detenerse en un tiempo de 4 s. A partir de esta información realiza lo siguiente: a. Calcula la aceleración en cada intervalo de tiempo. b. Determina la distancia total recorrida. c. Dibuja las gráficas de posición, de velocidad y de aceleración en función del tiempo. d. Obtén las pendientes y áreas en las gráficas anteriores y compara los resultados con los obtenidos en los incisos a y b que fueron determinados empleando las ecuaciones de cinemática del movimiento horizontal uniforme. 2. Resuelve el siguiente problema: Una persona de 70 kg de masa coloca una báscula dentro de un elevador y se sube en ella. Ya en movimiento, observa distintos valores en la lectura de la báscula. a. Determina la aceleración del elevador y si este se mueve para arriba o para abajo, acelerando o frenando, cuando los valores de la báscula son: 1. 66 kg 2. 74 kg 3. 70 kg
1. Para comenzar, deberás tener lista tu computadora o “Tablet”, para que puedan funcionar correctamente los simuladores computacionales que se van a emplear, por lo que debes asegurarte de tener instalados los programas Java y Adobe Flash Player. En caso de que no sea así, revisa la sección de recursos y podrás encontrarlos para descargar. 2. Como evidencia, en el Módulo 1 se te pide que obtengas gráficas de posición, velocidad y aceleración, para los siguientes cuatro casos de movimiento: Haz clic en cada caso para ver las instrucciones.
Para el primer caso de movimiento con velocidad constante positiva, haz funcionar la simulación “El Hombre Móvil” y realiza lo siguiente: a. Haz clic en la “pestaña” de “Gráficas” y luego asigna los valores de posición X = -8 m (donde está el arbolito verde) y velocidad V = 4 m/s. Que la aceleración se mantenga en cero para que la velocidad sea constante. También, debajo de los valores asignados de velocidad y aceleración, activa las “flechitas” para que observes estos vectores de velocidad y aceleración correspondiendo al movimiento del monito. b. Haz clic en botón de “Play” para ejecutar la simulación. Se dibujarán las gráficas de posición, velocidad y aceleración. Detén el movimiento del “monito” (con el botón de “Pausa”) cuando llegue a la casita, aproximadamente en la posición X = 8 m y registra el tiempo transcurrido que aparece en la parte superior, así como la posición final del “monito”.

c. A continuación realiza lo siguiente en un documento: construye la gráfica de posición en función del tiempo, a través de los valores que obtengas empleando la siguiente ecuación de posición X, en función del tiempo: X= X0 +V0t + ½ at2 , pero si la velocidad es constante, entonces a = 0, resultando: X=X0 +v0 t , en donde X0 es la posición inicial y V0 es la velocidad constante. d. Empleando la ecuación anterior determina la posición final, sustituyendo los valores de posición inicial, velocidad inicial (que se mantiene constante) y el tiempo exacto registrado en el movimiento del “monito” (que es alrededor de los 4 s). e. Con la misma ecuación llena la siguiente tabla de valores determinando las diferentes posiciones del “monito” durante los primeros 4 segundos y en el último renglón escribe el tiempo final y la posición final determinada en el inciso anterior. Tiempo t (seg) Posición X (m)
0
1
2
3
4
f. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la posición X como eje vertical y el tiempo t como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego únelos a través de una línea. g. Compara la gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escribe si hay diferencias. h. Ahora construye la gráfica de velocidad en función del tiempo, empleando la siguiente ecuación de velocidad v, en función del tiempo: v = v0 + at , pero si la velocidad es constante, entonces a = 0, resultando: v = v0, en donde es la velocidad constante. i. Empleando la ecuación anterior, llena la siguiente tabla de valores y en el último renglón escribe el tiempo final y su correspondiente velocidad. Tiempo t (seg) Posición v (m/s)
0

1
2
3
4
j. k. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la velocidad v, como eje vertical, y el tiempo t, como eje horizontal, para ello grafica los puntos de la tabla y luego los unes a través de una línea. l. Compara la gráfica que construiste, con la obtenida a través del simulador, y escribe si hay diferencias. m. Para la gráfica de aceleración en función del tiempo, debido a que la velocidad es constante, la aceleración es cero. Entonces, en la siguiente tabla de valores, sólo escribe el dato faltante que corresponde al tiempo final antes de chocar con el muro: Tiempo t (seg) Aceleración a (m/s2)
0
0
1
0
2
0
3
0
4
0
0 n. o. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la aceleración a como eje vertical y el tiempo t como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego únelos a través de una línea.

p. Compara la gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escribe si hay diferencias. q. Comprueba el valor de la velocidad obteniendo la pendiente m de la línea recta en la gráfica de posición en función del tiempo, recordando que esta pendiente se obtiene por la relación: , entonces forma un triángulo rectángulo para que identifiques los valores de los catetos y obtengas la pendiente, seleccionando el signo de acuerdo a la inclinación de la recta. r. Comprueba la posición final obteniendo el área en la gráfica de velocidad en función del tiempo, a través de la relación: X = X0 + Área. s. Indica y explica la dirección del vector velocidad que se observa en la simulación, y también explica por qué no aparece la flecha del vector aceleración.
El segundo caso corresponde a un movimiento con velocidad constante negativa. Para esto, haz funcionar el simulador “El Hombre Móvil” y realiza lo siguiente: a. Haz clic en la “pestaña” de “Gráficas” y luego asigna los valores de posición X = 8 m (donde está la casita) y velocidad V = -4 m/s. Que la aceleración se mantenga en cero para que la velocidad sea constante. También, debajo de los valores asignados de velocidad y aceleración, activa las “flechitas” para que observes estos vectores de velocidad y aceleración. b. Haz clic en botón de “Play” para ejecutar la simulación y se estarán dibujando las gráficas de posición, velocidad y aceleración. Detén el movimiento del “monito” (con el botón de “Pausa”) cuando llegue al arbolito, aproximadamente en la posición X = -8 m, y registra el tiempo transcurrido que aparece en la parte superior, así como la posición final del “monito”. c. En un documento construye la gráfica de posición en función del tiempo, a través de los valores que obtengas empleando la siguiente ecuación de posición X, en función del tiempo para el caso en que la velocidad es constante, y por lo tanto a = 0, X = X0 + v0t, en donde X0 es la posición inicial y v0 es la velocidad constante. d. Empleando la ecuación anterior, determina la posición final, sustituyendo los valores de posición inicial, velocidad inicial, que se mantiene constante, y el tiempo exacto registrado en el movimiento del “monito” (que es alrededor de los 4 s). e. Con la misma ecuación llena la siguiente tabla de valores determinando las diferentes posiciones del “monito” durante los primeros 4 segundos y en el último renglón escribe el tiempo final y la posición final determinada en el inciso anterior. Tiempo t (seg) Posición X (m)
0
1
2

3
4
f. g. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la posición X como eje vertical y el tiempo t como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego únelos a través de una línea. h. Compara la gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escribe si hay diferencias. i. Ahora construye la gráfica de velocidad en función del tiempo, empleando la siguiente ecuación de velocidad v, en función del tiempo: v = v0 + at, pero si la velocidad es constante, entonces a = 0, resultando: v = v0 , en donde v0 es la velocidad constante. j. Empleando la ecuación anterior, llena la siguiente tabla de valores y en el último renglón escribe el tiempo final y su correspondiente velocidad. Tiempo t (seg) Velocidad v (m/s)
0
1
2
3
4
k. l. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la velocidad v, como eje vertical, y el tiempo t, como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego únelos a través de una línea. m. Compara la gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escribe si hay diferencias. n. Para la gráfica de aceleración en función del tiempo, debido a que la velocidad es constante, la aceleración es cero. Entonces, en la siguiente tabla de valores, sólo

escribe el dato faltante que corresponde al tiempo final: Tiempo t (seg) Aceleración a (m/s2)
0
1
2
3
4
o. p. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la aceleración a como eje vertical y el tiempo t como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego únelos a través de una línea. q. Compara la gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escribe si hay diferencias. r. Comprueba el valor de la velocidad obteniendo la pendiente m de la línea recta en la gráfica de posición en función del tiempo, recordando que esta pendiente se obtiene por la relación: , entonces forma un triángulo rectángulo para que identifiques los valores de los catetos y obtengas la pendiente, seleccionando el signo de acuerdo a la inclinación de la recta. s. Comprueba la posición final obteniendo el área en la gráfica de velocidad en función del tiempo, a través de la relación: X = X0 + Área . t. Indica y explica la dirección del vector velocidad, y también explica por qué no aparece la flecha del vector aceleración. u. Compara este caso de movimiento en línea recta de velocidad constante negativa, con el caso anterior de velocidad constante positiva, anotando las diferencias y similitudes en las gráficas de posición, velocidad y aceleración, así como los signos de las pendientes en la gráfica de posición.
El tercer caso corresponde a un movimiento con aceleración constante positiva. Para esto, haz funcionar la simulación “El Hombre Móvil” y realiza lo siguiente: a. a. Haz clic en la “pestaña” de “Gráficas” y asigna los valores de posición X = 8 m (donde está la casita), velocidad V = -11 m/s y aceleración a = 4 m/s2. También, debajo

de los valores asignados de velocidad y aceleración, activa las “flechitas” para que observes estos vectores de velocidad y aceleración. b. Haz clic en botón de “Play” para ejecutar la simulación. Se dibujarán las gráficas de posición, velocidad y aceleración. Detén el movimiento del “monito” (con el botón de “Pausa”) cuando regrese nuevamente a la casita, aproximadamente en la posición X = 8 m y registra el tiempo transcurrido que aparece en la parte superior, así como la posición final del “monito”. c. Escribe lo que observas con el tamaño (longitud) y la dirección de los vectores de velocidad y aceleración que aparecen en el monito. d. En tu documento construye la gráfica de posición en función del tiempo, a través de los valores que obtengas empleando la siguiente ecuación de posición X, en función del tiempo: X = X0 + v0t + ½ at2, en donde X0 es la posición inicial, v0 es la velocidad inicial, a es la aceleración y t es el tiempo transcurrido. e. Empleando la ecuación anterior, determina la posición final, sustituyendo los valores de velocidad inicial, aceleración y el tiempo exacto registrado en el movimiento del “monito” (que es alrededor de los 5 s). f. Con la misma ecuación, llena la siguiente tabla de valores determinando las diferentes posiciones del “monito” durante los primeros 5 segundos y en el último renglón escribe el tiempo final y la posición final determinada en el inciso anterior. Tiempo t (seg) Posición X (m)
0
1
2
3
4
5
g. h. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la posición X como eje vertical y el tiempo t como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego los unes a través de una línea. i. Compara la gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escribe si hay diferencias.

j. Ahora construye la gráfica de velocidad en función del tiempo, empleando la siguiente ecuación de velocidad, en función del tiempo: v = v0 + at, en donde v0 es la velocidad inicial y a es la aceleración. k. Empleando la ecuación anterior, determina la velocidad final sustituyendo los valores de velocidad inicial, aceleración y el tiempo exacto registrado en el movimiento del “monito” (que es alrededor de los los 5 s). l. Con la misma ecuación, llena la siguiente tabla de valores determinando los diferentes valores de velocidad del “monito” durante los primeros 5 segundos, y en el último renglón escribe el tiempo final y la posición final determinada en el inciso anterior. Tiempo t (seg) Velocidad v (m/s)
0
1
2
3
4
5
m. n. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la velocidad v, como eje vertical, y el tiempo t, como eje horizontal, para ello grafica los puntos de la tabla y luego los unes a través de una línea. o. Compara la gráfica que construiste, con la obtenida a través del simulador, y escribe si hay diferencias. p. Para la gráfica de aceleración en función del tiempo, debido a que es constante, la aceleración tendrá el mismo valor en cualquier tiempo. Entonces, en la siguiente tabla de valores, sólo escribe el dato faltante que corresponde al tiempo final: Tiempo t (seg) Aceleración a (m/s2)
0
4

1
4
2
4
3
4
4
4
5
4
q. r. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la aceleración a, como eje vertical, y el tiempo t, como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego únelos a través de una línea. s. Compara la gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escribe si hay diferencias. t. Comprueba el valor de la aceleración obteniendo la pendiente m de la línea recta en la gráfica de velocidad en función del tiempo, recordando que esta pendiente se obtiene por la relación: , entonces forma un triángulo rectángulo para que identifiques los valores de los catetos y obtengas la pendiente, seleccionando el signo de acuerdo a la inclinación de la recta. u. Comprueba la velocidad final obteniendo el área en la gráfica de aceleración en función del tiempo, a través de la relación: v = v0 + Área. v. Comprueba la posición final obteniendo el área en la gráfica de velocidad en función del tiempo, a través de la relación: X = X0 + Área. Es importante tomar en cuenta las áreas negativas, por lo que es necesario que obtengas el tiempo en donde la velocidad es cero, ya que en este punto la gráfica se divide en dos triángulos rectángulos, uno con área positiva y otro con área negativa. w. Indica y explica las direcciones de los vectores de velocidad y de aceleración, que se observan en la simulación.
El cuarto caso corresponde a un movimiento con aceleración constante negativa: a. Haz clic en la “pestaña” de “Gráficas” y luego asigna los valores de posición X = -8 m (donde está el arbolito verde), velocidad V = 11 m/s, y aceleración a = -4 m/s2. También, debajo de los valores asignados de velocidad y aceleración, activa las “flechitas” para que observes estos vectores de velocidad y aceleración. b. Haz clic en botón de “Play” para ejecutar la simulación. Se dibujarán las gráficas de posición, velocidad y aceleración. Detén el movimiento del “monito” (con el botón de “Pausa”) cuando regrese nuevamente al arbolito, aproximadamente en la posición X =

-8 m,y registra el tiempo transcurrido que aparece en la parte superior, así como la posición final del “monito”. c. En tu documento construye la gráfica de posición en función del tiempo, a través de los valores que obtengas empleando la siguiente ecuación de posición , en función del tiempo:X = X0 + v0t + ½ at2, en donde X0 es la posición inicial, v0 es la velocidad inicial, a es la aceleración y t es el tiempo transcurrido. d. Empleando la ecuación anterior, determina la posición final, sustituyendo los valores de velocidad inicial, aceleración y el tiempo exacto registrado en el movimiento del “monito” (que es alrededor de los 15 s). e. Con la misma ecuación, llena la siguiente tabla de valores determinando las diferentes posiciones del “monito” durante los primeros 4 segundos, y en el último renglón escribe el tiempo final y la posición final determinada en el inciso anterior. Tiempo t (seg) Posición X (m)
0
1
2
3
4
f. g. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la posición X, como eje vertical, y el tiempo t, como eje horizontal, para ello grafica los puntos de la tabla y luego los unes a través de una línea. h. Compara la gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escribe si hay diferencias. i. Ahora construye la gráfica de velocidad en función del tiempo, empleando la siguiente ecuación de velocidad , en función del tiempo: v = v0 + at, en donde v0 es la velocidad inicial y a es la aceleración. j. Empleando la ecuación anterior, determina la velocidad final sustituyendo los valores de velocidad inicial, aceleración y el tiempo exacto registrado en el movimiento del “monito” (que es alrededor de los 5 s). k. Con la misma ecuación, llena la siguiente tabla de valores determinando los diferentes valores de velocidad del “monito” durante los primeros 4 segundos, y en el último renglón escribe el tiempo final y la posición final determinada en el inciso anterior.

Tiempo t (seg) Velocidad v (m/s)
0
1
2
3
4
l. m. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la velocidad v, como eje vertical, y el tiempo t, como eje horizontal. Para ello grafica los puntos de la tabla y luego los unes a través de una línea. n. Compara la gráfica que construiste con la obtenida a través del simulador y escribe si hay diferencias. o. Para la gráfica de aceleración en función del tiempo, debido a que es constante, la aceleración tendrá el mismo valor en cualquier tiempo, entonces, en la siguiente tabla de valores solo escribe el dato faltante que corresponde al tiempo final: Tiempo t (seg) Aceleración a (m/s2)
1
-4
2
-4
3
-4
4
-4
p.

q. Con la tabla anterior de valores construye la gráfica con la aceleración a, como eje vertical, y el tiempo t, como eje horizontal, para ello grafica los puntos de la tabla y luego los unes a través de una línea. r. Compara la gráfica que construiste, con la obtenida a través del simulador, y escribe si hay diferencias. s. Comprueba el valor de la aceleración obteniendo la pendiente m de la línea recta en la gráfica de velocidad en función del tiempo, recordando que esta pendiente se obtiene por la relación: , entonces forma un triángulo rectángulo para que identifiques los valores de los catetos y obtengas la pendiente, seleccionando el signo de acuerdo a la inclinación de la recta. t. Comprueba la velocidad final obteniendo el área en la gráfica de aceleración en función del tiempo, a través de la relación: v = v0 + Área. u. Comprueba la posición final obteniendo el área en la gráfica de velocidad en función del tiempo, a través de la relación: X = X0+ Área. No olvides que se deben tomar en cuenta las áreas negativas, por lo que es necesario que obtengas el tiempo en donde la velocidad es cero, ya que en este punto la gráfica se divide en dos triángulos rectángulos, uno con área positiva y otro con área negativa. v. Indica y explica las direcciones de los vectores de velocidad y de aceleración, que se observan en la simulación. w. El sistema físico mostrado en la figura consiste en una polea en forma de disco de masa M3 =5 km y de 60 cm de diámetro. Por la polea pasa una cuerda y los extremos están conectados a masas de M1 = 7 kg, M2 = 3 kg. El sistema parte del reposo y el movimiento dura 8 s. Empleando los conceptos y ecuaciones de cinemática y dinámica rotacional, determina la información que se pide en la siguiente tabla: x. Cantidad a determinar Valor
Aceleración lineal de las masas
Aceleración angular de las masas

Tensión del lado 1 de la cuerda
Tensión del lado 2 de la cuerda
Número de vueltas que gira la polea en 8 s.
Distancia que recorren las masas en 8 s.
Aplicación de las condiciones de equilibrio En la siguiente figura se muestra un sistema en equilibrio, que consiste en un anuncio en forma de bloque de M1=8 kg de masa, que cuelga del extremo de una barra metálica horizontal de M2=12 kg de masa y 4 m de longitud. El otro extremo de la barra está empotrado y fijo a una pared vertical, también se emplea una cuerda a un ángulo de 53° con la horizontal, para ayudar a sostener tanto a la barra como al anuncio, empleando los conceptos y las condiciones de equilibrio, calcula y llena la información que se pide en la tabla de resultados, se sugiere que dibujes un diagrama de momentos de fuerzas, y con base en este diagrama apliques la segunda condición para el equilibrio rotacional de este sistema físico, otro diagrama que debes hacer es el del cuerpo libre del sistema de fuerzas, para que apliques la primera condición para el equilibrio traslacional del sistema físico. Cantidad a determinar Valor
Tensión en cuerda 1
Tensión en cuerda 2
Fuerza horizontal de reacción en la pared

Fuerza vertical de reacción en la pared
Además de lo anterior determina el valor límite de masa del anuncio que se puede colgar, suponiendo que el punto de ruptura de la cuerda es cuando la tensión alcanza un valor de 300 N.
Sistema físico que impulsa un objeto por medio de un resorte a través de una rampa con fricción, y que cumple con condiciones prestablecidas. 1. Como primer paso debes medir experimentalmente la constante del resorte que vas a emplear en el sistema físico lanzador. Para ello debes colocar el resorte verticalmente, sujetado de un techo por un extremo, y colocarle en el otro extremo una masa de 200grs. Debes medir con una regla la distancia que se estira el resorte. De esta manera determinarás la constante del resorte, como se explica en al aprendizaje conceptual. 2. A continuación debes medir el coeficiente de fricción cinética de la rampa, que es la superficie por donde se va a deslizar el objeto. Para ello coloca la rampa en forma horizontal, para que con el bloque comprimas el resorte una distancia de 3cm. Luego lo sueltas para que midas la distancia que recorre el bloque hasta que se detiene. Con los datos obtenidos y los que ya se saben, calcula el valor del calcula el valor del coeficiente de fricción cinética (μ) mediante la ecuación de conservación de energía. También dibuja el diagrama de fuerzas, el momento en que el bloque está comprimiendo al resorte en el plano horizontal. 3. El siguiente paso es colocar el lanzador como se muestra en la siguiente figura: En donde el ángulo que forma el plano inclinado con la horizontal debe ser de 45° para optimizar el alcance, y por otro lado, el recipiente (azul) debe ser colocado en el punto donde caerá el bloque. 4. Mide experimentalmente la distancia horizontal que recorre el bloque (así como el tiempo), desde donde sale de la rampa hasta cuando cae el bloque en el recipiente. Realiza el lanzamiento 5 veces, cuidando que siempre sea la misma distancia de compresión (3cm) del resorte. Escribe los resultados en la siguiente tabla: Lanzamiento Alcance horizontal Tiempo

1
2
3
4
5
5. De la tabla anterior obtén el alcance horizontal experimental promedio. 6. Realiza el análisis teórico del sistema físico lanzador de resorte, desde que el bloque parte del reposo en la rampa, recorre el plano inclinado de la rampa, luego sale en un lanzamiento de tiro parabólico, para luego caer dentro de un recipiente. Este análisis teórico involucra conservación de energía cuando está en la rampa, a fin de determinar la velocidad del objeto cuando sale de la rampa, y con este resultado realizar el análisis del tiro parabólico para determinar el alcance horizontal teórico. 7. Compara el alcance horizontal experimental promedio con el alcance horizontal teórico y escribe 3 razones posibles que expliquen por qué estos resultados no son exactamente iguales pero deben ser parecidos.. 8. Obtén también en qué porcentaje es mayor o menor el alcance teórico con respecto al alcance experimental.

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