Este informe de laboratorio describe un experimento para determinar la relación entre la velocidad media y la velocidad instantánea de un carro que se mueve a lo largo de un riel. Se utilizaron dos fotoceldas a distintas distancias para medir el tiempo que tardaba el carro en pasar, calculando así su velocidad media. Al acercar progresivamente las fotoceldas, el tiempo medido se hizo más pequeño, aproximándose a la velocidad instantánea en el punto medio. La velocidad media más cercana a

1. INFORME DE LABORATORIO Nº1
DE VELOCIDAD MEDIA A VELOCIDAD
INSTANTÁNEA
Objetivos:
 Comprender cabalmente la relación existente entre la velocidad media y la velocidad
instantánea.
 Demostrar experimentalmente cómo a través de la Velocidad Media se puede
determinar la velocidad instantánea.

2. Teoría:
Se puede determinar con certeza el movimiento de una partícula si se conoce su
posición en el espacio en todo momento. Para ejemplificar esto, consideremos un objeto que
se mueve a lo largo de un eje desde un punto P hasta un punto Q. Su posición en el punto P es
Xi en el instante ti y su posición en el punto Q es Xf en el instante tf. Cuando el carro se mueve
desde Xi hasta Xf , su desplazamiento o cambio de posición,
∆X= Xf - Xf
Se define la velocidad media del objeto como el cuociente entre desplazamiento, ∆X y
el intervalo de tiempo total ∆t:
Dado que la velocidad es directamente proporcional al desplazamiento, la velocidad
media es independiente de la trayectoria seguida por el objeto estudiado y no entrega detalles
del movimiento entre los puntos. La velocidad media unidimensional puede ser positiva o
negativa, según sea el signo del desplazamiento respecto del sistema de referencia.
La definición de la velocidad del objeto en un instante determinado es la velocidad
instantánea. Siguiendo el mismo ejemplo, a medida que Q se aproxima hacia P, el tiempo
requerido para recorrer la distancia entre P y Q se vuelve cada vez más pequeña. En el límite
cuanto el tiempo tiende a cero se define la velocidad instantánea v en el instante t como:
Donde se deduce la notación del cálculo para límite, la derivada del desplazamiento, x
respecto del tiempo, t

3. Montaje:
Con el siguiente experimento demostraremos que a partir de la velocidad media se
puede obtener la velocidad instantánea. Para ello utilizaremos dos fotoceldas para medir el
tiempo que emplea el carro para moverse una distancia determinada. Mediremos la velocidad
en un punto X1 fijo de la trayectoria. Para ello mediremos el tiempo promedio que demora el
carro en recorrer la distancia entre las dos fotoceldas. Variaremos la distancia que recorre el
carro, haciéndola cada vez más pequeña, para así acercarse al tiempo cero. Para finalizar
calcularemos y graficaremos las velocidades medias para cada distancia recorrida, y
utilizaremos esta información para estimar la velocidad instantánea del carro.
Materiales a utilizar:






Un carro
Plantilla o regleta “Five-pattern picket fence”
Regla de metro
Riel de 1.2 metros
Dos fotoceldas
PC e interfase PASCO CI-6500
Experimento:
1. Se monta el riel de manera que quede un extremo sobre la mesa, y el otro quede a una
altura ligeramente mayor, tal como en la figura 1.
2. Marcar con un lápiz (sobre un trozo de scotch o cinta adhesiva) un punto en el centro
del riel. Anotar ese punto como X1.
3. Marcar otro punto X0 en el extremo elevado del riel, el cual va a ser el punto de partida
del carro.
4. Colocar una fotocelda (fotocelda 1) a 40 cm (0.4 m) del punto X 1 y conectarla al Canal
Digital 1 de la interfase.
5. Escoger otro punto más abajo, también a 40 cm (0.4 m) desde el punto X 1 donde se
coloca la segunda fotocelda (fotocelda 2). Conectar la fotocelda 2 al Canal Digital 2 de
la interfase.
6. Colocar la regleta sobre el carro dinámico, y ajustar la altura de las fotoceldas de modo
que una de las bandas oscuras bloquee el haz infrarrojo de la fotocelda a medida que el
carro dinámico se desliza por el riel.

4. Figura 1
Procedimiento:
1. Encienda la computadora e inicie el programa IDS de medición de tiempos y realice las
operaciones correspondientes.
2. Deslice el carro frente a las fotoceldas para verificar su funcionamiento y la alineación
de la altura con la banda seleccionada.
3. Coloque el carro en el punto de partida (X0).
4. Suelte el carro desde el reposo. La recolección de datos comenzará automáticamente
cuando la fotocelda sea bloqueada por primera vez por planilla. El software mide el
intervalo de tiempo del carro al recorrer la distancia entre las dos fotoceldas. Detenga
el carro antes que choque en el extremo inferior del riel y una vez que haya cruzado la
segunda fotocelda.
5. Deje rodar el carro 5 veces para la misma separación entre fotoceldas.
Importante: No retroceder el carro hacia arriba a través de las fotoceldas. Para realizar un
lanzamiento, tome el carro y póngalo directamente sobre el punto X0
6. Extraiga la información obtenida por el computador.
7. Vuelva a repetir el procedimiento anterior durante 4 veces más, cuidando que en cada
nuevo lanzamiento la distancia entre las fotoceldas sea menor que el lanzamiento
anterior.
Importante: Cuando acerque las fotoceldas desde los extremos hacia el punto medio debe
hacerlo en la misma distancia para ambas fotoceldas. No acerque las fotoceldas a una
distancia menor que 0,10 m de separación.

5. Análisis:
Para calcular la Velocidad Media se utiliza la siguiente ecuación, donde Δx esta medido
en metros (m) y el Δt en segundos (s):
Vm =
∆
x
∆
t
A su vez, todos los resultados tienen un margen de error, el cual será calculado con la
siguiente expresión:
a ∆
a ∆ 
b
+
a
b 


Error = ± b 

Donde:
a = Δx (distancia medida)
b = Δt tiempo
Δa = Error asociado a la distancia
Δb = Error asociado al tiempo
Calculando para la primera medición:
Δx = 0,8 m
Δt = 1,6680 s
Δa = 0,0005 m
Δb = 0,0042 s
Remplazando :
υ=
 0,8
0,8  0,0005 0,0042  m 
±
+

 

1,668  s 
1,6680 1,6680  0,8
υ = 0,480 ± 0,002
m
 
s

6. Calculando para la segunda medición:
Δx = 0,7 m
Δt = 1,3360 s
Δa = 0,0005 m
Δb = 0,0080 s
Remplazando :
υ=
 0,7
0,7  0,0005 0,0042  m 

 
±
+


1,3360  s 
1,3360 1,3360  0,7


υ = 0,524 ± 0,003
m
 
s
Calculando para la tercera medición:
Δx = 0,6 m
Δt = 1,1060 s
Δa = 0,0005 m
Δb = 0,0028 s
Remplazando :
υ=
 0,6
0,6  0,0005 0,0028  m 

 
±
+


1,1060  s 
1,1060 1,1060  0,6


υ = 0,542 ± 0,002
m
 
s
Calculando para la cuarta medición:

7. Δx = 0,4 m
Δt = 0,6909 s
Δa = 0,0005 m
Δb = 0,0037 s
Remplazando :
υ=
 0,4
0,4  0,0005 0,0037  m 

 
±
+


0,6909  s 
0,6909 0,6909  0,4


υ = 0,579 ± 0,004
m
 
s
Calculando para la quinta medición:
Δx = 0,2 m
Δt = 0,3054 s
Δa = 0,0005 m
Δb = 0,0006 s
Remplazando :
υ=
 0,2
0,2  0,0005 0,0006  m 

 
±
+


0,3054  s 
0,3054 0,3054  0,2


υ = 0,655 ± 0,003
m
 
s
En resumen, podemos concluir lo siguiente:

8. Nº de
Medición
Distancia entre
Fotoceldas
∆ =Xf -Xi (m)
x
Tiempo
Promedio
∆ (s)
t
SD
σt (s)
Velocidad Media
1
0,8
1,6680
0,0042
0,480 ± 0,003
2
0,7
1,3360
0,0042
0,524 ± 0,003
3
0,6
1,1060
0,0020
0,542 ± 0,002
4
0,4
0,6909
0,0037
0,579 ± 0,004
5
0,2
0,3054
0,0006
0,655 ± 0,003
V
m
 
s
Conclusión
1.- ¿Cual de las velocidades medias que se midieron proporciona la aproximación más
cercana a la velocidad instantánea del carro cuando pasa por el punto medio X1?

9. R:
La ultima velocidad (0.665 ± 0,003), puesto que el tiempo que empleo el carro en pasar
de una fotocelda a otra fue menor, y, de acuerdo con la definición de velocidad instantánea,
está corresponde a:
Esto quiere decir que a medida que el tiempo se acerca al valor cero, más exactamente
se puede determinar el valor de velocidad instantánea.
2.¿Cual es la relación entre el intercepto que se obtiene del gráfico y la velocidad
instantánea del carro cuando pasa por el punto medio X1?
R:
Se relacionan, ya que si se acercan cada vez más las fotoceldas al punto X1 (su distancia
tiende a cero) el tiempo que demora en recorrer esta distancia también tiende a cero, que es lo
que necesitamos según la definición, es decir: d ∝ t.
Las velocidades medias obtenidas del experimento, se pueden aproximar gráficamente
a una recta, que a medida que se acerca a la distancia cero (cuando la recta intercepta al eje de
las velocidades) nos lleva a un valor especifico (0,7100m/s ± 0,0005 m/s), que vendría siendo
la velocidad instantánea en el punto X1
3.-
¿Qué factores afectan sus resultados? , discuta.
R:
Los factores que influyen y que nos pueden conducir a aumentar el margen de error, son
principalmente imprecisiones humanas al manipular los materiales e imprecisiones de los
materiales mismos y del ambiente.
Otros factores que tienen que ver con las condiciones determinadas para el experimento
son la longitud e inclinación del riel y la ubicación del punto medio.
4.- ¿Existen otras maneras de medir la velocidad instantánea directamente, o siempre se
trata de un valor estimado a partir de la medición de las velocidades medias?

10. R:
Sí existen. Matemáticamente se puede utilizar el concepto de límite encontrando la
velocidad media cuando ∆t = tf – ti tiende a cero. Se anota como:
Para calcular el límite, se debe tener la distancia expresada en función del tiempo.
A través de este experimento pudimos comprobar que:
• El concepto de Velocidad instantánea es algo que no podemos medir en la realidad, ya
que si analizamos los datos gráficamente, sólo podemos encontrar un valor estimado, y
si intentamos matemáticamente, es decir, a través del concepto de límite, nuestro valor
se acerca más al valor preciso, pero aún así es sólo una aproximación.
• Para lograr experimentalmente una aproximación de la velocidad instantánea,
recurrimos al concepto de velocidad media, definida como
Vm =
Al reducir ∆x con respecto a un punto determinado (∆x tiende a cero) fuimos
disminuyendo también el tiempo empleado en recorrer dicha distancia (∆t tiende a cero,
ya que d ∝ t) y nos fuimos acercando intuitivamente a la idea del límite de la velocidad
cuando ∆t tiende a cero, llegando a través de una gráfica velocidad media v/s distancia a
una estimación de la velocidad instantánea.
De esto podemos concluir que a partir del cálculo de las velocidades medias a
distintas distancias cada vez menores, podemos llegar a una aproximación de la
velocidad instantánea en un punto determinando de un experimento como el que hemos
realizado.