Este documento presenta las instrucciones para realizar dos prácticas de laboratorio sobre movimiento en una dimensión. La primera práctica involucra el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado usando un carro sobre un riel inclinado. La segunda práctica estudia la caída libre midiendo el tiempo que le toma a una esfera caer desde diferentes alturas. El documento explica los conceptos teóricos relevantes, el equipo requerido, y los pasos a seguir para realizar las mediciones y cálculos necesarios para determinar la

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”
ÁREA DE CIENCIAS DE LA SALUD
PROGRAMA DE INGENIERÍA BIOMÉDICA
DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y MATEMÁTICA
COORDINACIÓN DE LABORATORIOS DE FÍSICA
LABORATORIO DE FÍSICA I
Y FÍSICA GENERAL
PRÁCTICA Nº 4
MOVIMIENTO EN UNA DIMENSIÓN (MOVIMIENTO RECTILÍNEO
UNIFORMENTE ACELERADO Y CAIDA LIBRE)
Punto Fijo; Agosto de 2021

2. PRACTICA Nº 4
MOVIMIENTO EN UNA DIMENSIÓN (MOVIMIENTO RECTILÍNEO
UNIFORMENTE ACELERADO Y CAIDA LIBRE)
OBJETIVOS
Determinar la magnitud de la aceleración de un cuerpo con movimiento
rectilíneo sobre un plano inclinado.
Determinar la aceleración de la gravedad local a partir de un movimiento en
caída libre.
PRELABORATORIO
Responde las siguientes interrogantes:
¿Qué es la cinemática?
¿Qué forma tiene la gráfica de velocidad contra tiempo de un Movimiento
rectilíneo uniformemente acelerado?
¿Cuáles son las características de un movimiento de caída libre?
¿Qué forma tiene la gráfica de posición contra tiempo de un Movimiento de
Caída Libre?
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Cinemática
La Cinemática es la parte de la mecánica que estudia el movimiento de los
cuerpos en términos del espacio y tiempo, sin considerar las causas que lo
originan. Las magnitudes que define la cinemática son principalmente tres:
Posición, Velocidad y Aceleración.
Posición
Es el lugar en que se encuentra el móvil en cierto instante de tiempo t, suele
representarse con el vector o con la coordenada respectiva si está en una
sola dimensión. Ejemplo: si esta en el eje x.

3. Velocidad
Es la variación de la posición con el tiempo, es decir, el cambio de posición
(desplazamiento) en un intervalo de tiempo.
Se define Velocidad media como:
O en una sola dimensión como:
Tomando los incrementos inicial y final que se precisen. No obstante en el cálculo
de la velocidad media se deja mucha información sin precisar, es decir, aunque se
sepa que la velocidad media de un móvil de un instante a otro es de tantos metros
por segundos, no sabremos si los ha hecho de forma constante, o si ha ido lento al
principio y rápido al final; por eso se define una magnitud que exprese la velocidad
instantánea, la cual es la velocidad en cierto y determinado instante y que pueda
calcularse como una velocidad media donde los intervalos sean tan pequeños que
pueda decirse exactamente a qué velocidad se desplazaba el móvil en cada
instante. Esta viene dada por:
Y por lo tanto coincide con la definición de derivada respecto al tiempo.
De esta definición se obtiene que la dirección de va a ser siempre tangente a la
trayectoria.
Aceleración
Es la variación de la velocidad por unidad de tiempo. Se puede definir una
aceleración media entre dos instantes, inicial y final, como:

4. Y de manera análoga a la velocidad puede definirse una aceleración instantánea
llevando estos instantes inicial y final muy cerca uno del otro hasta tener así que la
aceleración instantánea es la derivada de la velocidad con respecto al tiempo.
Posición Vs. Tiempo Velocidad .Vs. Tiempo Aceleración .Vs. Tiempo
Figura 4.1: Gráficos del Movimiento Unidimensional con Aceleración Constante
Las ecuaciones de Cinemática para un Movimiento Uniformemente Acelerado son:
vf = vo + a.t
X= Xo + vo.t + (½).a.t2
vf
2 = vo
2 + 2.a.X
Caída Libre
Es bien conocido que un cuerpo al que se le permite caer libremente cerca de la
superficie terrestre lo hace con aceleración casi constante. La Caída Libre es un
movimiento idealizado en el que se desprecia la resistencia del aire, de tal manera
que en un lugar determinado de la Tierra, y en ausencia de la resistencia del aire
todos los objetos caen con la misma aceleración independientemente de su forma,
tamaño o composición. Esta aceleración se llama aceleración de gravedad, se le
asigna el símbolo “g" y su valor a aceptado a nivel del mar y 1 atm. es 9,806m/s2
.

5. La aceleración de gravedad depende de la distancia entre el cuerpo y la Tierra y
está dirigida hacia el centro de la misma, de tal manera que disminuye con la
altitud. Sin embargo, para distancias de caída pequeñas comparadas con el radio
terrestre (6400 km) es equivalente al movimiento en una dimensión con
aceleración constante.
Es importante enfatizar que al emplear la expresión “Objeto que cae libremente"
no se hace referencia solo a un objeto que se soltó desde el reposo. Un objeto que
cae libremente es cualquiera que se mueve con libertad bajo la influencia de la
gravedad sin importar su movimiento inicial, es decir, un objeto lanzado hacia
arriba y uno lanzado hacia abajo experimentan la misma aceleración que un objeto
que se deja caer desde el reposo.
Las ecuaciones de movimiento de un objeto que parte del reposo en el eje de
coordenadas de la Fig. 4.2 y que cae por la acción de la gravedad terrestre son:
Figura 4.2: Objeto cayendo desde el reposo
Las ecuaciones que definen este movimiento serían:
Donde: v es la velocidad; y es la posición del cuerpo una vez que se ha soltado; t
es el tiempo transcurrido desde que se soltó y g es la aceleración de gravedad.

6. EXPERIENCIAS DESARROLLADAS EN EL LABORATORIO:
Experiencia 1: Movimiento Rectilíneo con Aceleración Constante
Para la determinación de la Aceleración en el Laboratorio se realiza el montaje
mostrado en la siguiente figura de un riel con ángulo de inclinación.
Figura 4.3: Montaje del riel de la Experiencia 1
1. Se verifica con el profesor que el arreglo mostrado en la Figura 4.3 este
montado correctamente y coloque el ángulo que indique el profesor.
2. Se coloca una fotopuerta No. 1 en la escala del riel donde indica 100 cm y la
otra fotopuerta No. 2 en la escala del riel donde indica 140 cm.
3. Se instala la placa obturadora en el carro dinámico tal como muestra la Figura
4.4.
Figura 4.4: Montaje de la placa obturadora sobre el carro

7. 4. Se calibran las fotopuertas hasta obtener indicación en el Smart Timer.
Nota: Para calibrar las fotopuertas se debe encender el Smart Timer y presionar el
botón 1: Select Measurement, hasta que aparezca en pantalla “Speed" luego
presionar el botón 2: Select Mode, hasta que aparezca en pantalla “Onegate".
Finalmente para comenzar a tomar datos presione el botón 3: Start/Stop y debe
aparecer un asterisco * en pantalla.
5. Se coloca el carro dinámico a 20 cm en la escala del riel, se suelta y se leen los
valores de velocidad en el Smart Timer; se registran en la Tabla 4.1.
6. Se determina el valor de la aceleración usando la ecuación de cinemática:
vf
2 = vo
2 + 2.a.X
Estos son los pasos que se seguirían en el laboratorio, durante la experiencia se
empleó un ángulo aproximado a 5°, se dejó rodar el carrito hacia la parte baja del
plano inclinado pasando por las fotopuertas 1 y 2, obteniendo los valores de
velocidades inicial y final para el carrito en esos puntos de su trayectoria.
Tabla 4.1: Valores de velocidad en las fotopuertas
Ensayo No. Fotopuerta 1 (cm/s) Fotopuerta 2(cm/s)
1 112,3 136,9
2 112,3 137,1
3 111,1 136,8
Promedio
Posteriormente se repitió la experiencia aumentado el ángulo de inclinación a 6°
obteniéndose los siguientes valores:
Tabla 4.2: Valores de velocidad en las fotopuertas
Ensayo No. Fotopuerta 1 (cm/s) Fotopuerta 2(cm/s)
1 153,4 178,1
2 153,3 177,9
3 153,2 178,3
Promedio

8. Determine los promedios de las velocidades dadas, sabiendo que las fotopuertas
tenían una separación de 40 cm, como se indicó, emplee la ecuación de
Cinemática para la determinación de la aceleración con los valores dados.
Compare y analice las aceleraciones obtenidas en cada caso.
Experiencia 2: Caída Libre
Para la determinación de la Aceleración de Gravedad se efectúa el siguiente
montaje, con el Dispositivo de caída Libre y el Smart Timer
Figura 4.5: Montaje de dispositivo de caída libre
1. Se verifica con ayuda del profesor que el dispositivo mostrado en la Figura 4.5
este montado correctamente.
2. Se enciende el Smart Timer y se presiona el botón 1:Select Measurement
repetidamente hasta que visualice la palabra “Time" en la pantalla.
3. Se presiona el botón 2: Selec Mode repetidamente hasta que visualice la
palabra “Stopwatch" en la pantalla.

9. 4. Se ajusta la altura desde la cual caerá la esfera comenzando en 1,50 m. La
altura será medida desde la parte baja de la esfera una vez que este colocada en
el mecanismo de lanzamiento hasta el cojín receptor.
5. Se coloca la esfera en el mecanismo de lanzamiento y se verifica que el cojín
receptor este alineado con el mecanismo de lanzamiento de tal manera que la
esfera caiga sobre éste al ser liberada.
6. Se presiona el botón 3: Start/Stop (Aparecerá un asterisco * en la pantalla).
7. Se afloja el tornillo del mecanismo de lanzamiento para liberar la esfera y se lee
el tiempo en la pantalla del Smart Timer, se anota en la Tabla 4.3.
8. Se repite desde el paso 5 hasta obtener tres tiempos para la misma altura.
9. Se repiten los pasos para las alturas de 1,25m; 1m; 0,75m y 0,50m.
Estos son los pasos que se seguirían en el laboratorio, trabajando con una esfera
de metal, el dispositivo de Caída Libre y el Smart Timer, obteniéndose para cada
una de las alturas propuestas, valores similares a los que se presentan en la
siguiente tabla 4.3.
Tabla 4.3: Tiempo de caída (s)
Altura (m) Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Promedio Promedio al
cuadrado
1,50 0,5525 0,5596 0,5556
1,25 0,5076 0,5029 0,5021
1,00 0,4593 0,4515 0,4554
0,75 0,4151 0,3961 0,4050
0,50 0,3202 0,3238 0,3251
Determine los valores promedios de los tiempos para cada altura y luego elévelos
al cuadrado para completar la Tabla 4.3. Grafique los valores de y contra t2
, en el
eje X los tiempos al cuadrado y en el eje Y, como se muestra a continuación,
seleccione correctamente una escala adecuada.

10. Figura 4.6: Ejemplo para la Gráfica de y vs t2
Determine la pendiente con los valores de la gráfica anterior y observe que dicho
valor de pendiente le permitirá tener el valor de la Aceleración Gravitacional,
encuentre el error porcentual de esta Aceleración Gravitacional Experimental con
respecto al valor teórico conocido (g=9,806 m/s2
).
Ecuación para el Cálculo de la Pendiente de una Recta:
y2 – y1
m =
t22 – t21
El informe solo contendrá, tal como se estableció en el plan de evaluación inicial:
La portada, los objetivos, el desarrollo del prelaboratorio, los cálculos indicados
para las experiencias 4.1 y 4.2, la gráfica indicada en la experiencia 4.2, la
Discusión de Resultados y las Conclusiones.