Este documento describe un laboratorio sobre la fuerza en el choque. El objetivo es estudiar la fuerza en el choque y sus consecuencias sobre el movimiento de un carro. Se repasan conceptos como cinemática, fuerzas, impulso, energía cinética y energía potencial que son relevantes para el laboratorio. También se presenta una guía con tres pasos para predecir la velocidad de rebote del carro, el tiempo que tarda en impactar de nuevo y configurar el experimento.

1. Laboratorio 8
Fuerza en el Choque
Fuerza en el Choque
Dr. Willy H. Gerber
Instituto de Fisica
Universidad Austral
Valdivia, Chile
Objetivos: Estudiar la fuerza en el choque y sus
consecuencias sobre el movimiento
del caro.
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2. Repaso
Repaso
Conceptos y Ecuaciones que debemos dominar
para poder aprovechar el laboratorio
d h ll b t i
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3. Repaso
Cinemática: poder comprender el comportamiento de un cuerpo
Detenido
Velocidad negativa
Velocidad positiva, baja
Velocidad positiva baja
Velocidad positiva, alta
Aceleración negativa
Aceleración positiva, baja
Ser capaz de graficar
posición, velocidad y
Aceleración positiva, alta aceleración desde
alguna de ellas.
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4. Repaso
Cinemática: poder describir (calcular) el comportamiento de un cuerpo
Caso aceleración constante
Posición en el tiempo t [m]
Posición inicial (posición en el tiempo t=0) [m]
Aceleración [m/s2]
Tiempo transcurrido [s]
Tiempo transcurrido [s]
Velocidad en el tiempo t [m/s]
Velocidad inicial velocidad en el tiempo t=0) [m/s]
Poder calcular la posición y velocidad para cualquier tiempo.
Nota: el punto inicial y el signo de la aceleración lo define el usuario según su conveniencia
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5. Repaso
Ejemplo: Uso:
Sistema de coordenadas:
‐ medimos x desde el suelo hacia arriba
medimos x desde el suelo hacia arriba
‐ colocamos en “cero” de nuestra huincha
en el origen
Situación inicial:
‐ disparamos el objeto hacia arriba
‐ la velocidad con que despega
es de
es de
Evolución:
‐ la aceleración es la aceleración
gravitacional
‐ como la dirección es opuesta a
nuestro sistema de coordenadas
la aceleración debe ser negativa
la aceleración debe ser negativa
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6. Repaso
Que genera el movimiento?
Impulso (cantidad de movimiento) Fuerza cero
Fuerza negativa
Impulso [kg m/s] Fuerza positiva, baja
Masa [kg]
Masa [kg]
Velocidad [m/s] Fuerza positiva, alta
Fuerza (2 Ley de Newton, forma general)
y g
Fuerza [N (Newton)=kg m/s2]
Variación del Impulso [kg m/s]
Variación del Tiempo [s]
Variación del Tiempo [s]
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7. Repaso
Leyes de Newton
1. Inercia
2. Aceleración (ley general, caso masa cte)
3. Acción y reacción
3. Acción y reacción
La fuerza es un vector y siempre se puede
descomponer en componentes ortogonales
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8. Repaso
“Mapa de ángulos”
1. Ángulos complementarios
2. Ángulos en líneas paralelas
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9. Repaso
Capacidad de realizar el movimiento
Energía cinética
Trabajo/Energía
Trabajo/Energía [J (Joule)=Nm=kg m2/s2]
Fuerza [N]
Fuerza [N] Energía cinética [J]
Energía cinética [J]
Camino [m] Masa [kg]
Velocidad [m/s]
Energía total Energía potencial (gravitacional)
Energía total [J]
Energía cinética [J] Energía potencial [J]
Energía potencial [J]
Energía potencial [J] Masa [kg]
Masa [kg]
Aceleración gravitacional [m/s2]
Altura [m]
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10. Comerciales
Comerciales
¿Porque la deformación es la clave
18 g
para sobrevivir un accidente?
tiempo de frenado
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11. Misión
Misión
Para el carro que acelera por el plano inclinado
Estudiar el impacto con un resorte contra un obstáculo:
‐ ¿Que fuerza se mide en el tiempo?
‐ ¿Con que velocidad vuelve a rebotar?
¿Con que velocidad vuelve a rebotar?
‐ ¿Que tan lejos llego con el rebote?
‐ ¿Tras cuanto tiempo volvió a impactar (rebote)?
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12. Guía
1. Establezca las ecuaciones que describen el movimiento del carro
bajando el riel
Ayuda:
‐ determine la fuerza de tracción (analítico)
‐ determine la fuerza normal (analítico)
‐ determine la fuerza de roce (analítico)
determine la fuerza de roce
‐ determine la fuerza total (analítico)
‐ determine la aceleración del carro (analítico)
‐ determine la ecuación de velocidad para el
caso que el carro inicia su recorrido desde el
reposo (analítico)
‐ determine la ecuación de posición para un
origen en la posición inicial del carro
origen en la posición inicial del carro (analítico)
‐ realice la medición y determine el tiempo
hasta el impacto (medición)
‐ estime el largo del recorrido (medición)
‐ estime el coeficiente de roce (calculo)
l f d ( l l )
‐ estime la velocidad de impacto (calculo)
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13. Guía
2. Estimar con la curva fuerza vs tiempo la velocidad con que rebota
Ayuda:
‐ mida la fuerza de impacto en función del
tiempo (medición)
‐ estime el área bajo la curva el impulso
que recibe el carro (calculo)
‐ estime con el sistema el impulso que
recibe el carro (lectura)
‐ estime el impulso con que impacta (calculo)
estime el impulso con que impacta (calculo)
‐ estime el impulso con que rebota (calculo)
‐ estime la velocidad con que rebota (calculo)
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14. Guía
3. Predecir el tiempo en que volverá a impactar
Ayuda:
‐ determine la ecuación de la velocidad para
el movimiento ascendente del carro (analítico)
‐ estime el tiempo en que el carro alcanza
la mayor altura (calculo)
‐ determine la ecuación de la posición para
el movimiento ascendente del carro (analítico)
‐ estime la altura que llega el carro (calculo)
estime la altura que llega el carro (calculo)
‐ verifique que el valor observado corresponde
(medición)
‐ determine la ecuación de la velocidad para el
movimiento descendente del carro (analítico)
‐ estime el tiempo en que el carro alcanza
nuevamente el medidor de fuerza (calculo)
‐ compare el tiempo calculado con el tiempo
compare el tiempo calculado con el tiempo
medido (medición)
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15. Configuración
Configuración
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16. Configuración
Unidad CASSY
Medidor de fuerza
Imán de retención
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17. Configuración
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18. Configuración
Determinar la masa
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19. CASSY Lab
CASSY Lab
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20. Ejecutar Programa
Ejecutar CASSY Lab. De estar enchufada la unidad de medición esta es reconocida
por el sistema:
Representación del sistema CASSY
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21. CASSY Lab
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22. CASSY Lab
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23. CASSY Lab
Elegir escala
Elegir escala
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24. CASSY Lab
Setear en cero
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25. CASSY Lab
Ajustar el tiempo de medición a 10 ms
Ajustar el tiempo de duración (12‐16 s)
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26. CASSY Lab
Setear imán
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27. CASSY Lab
Definir modo de medir
D fi i d d di
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28. CASSY Lab
Realizar medición – lectura de tiempo
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29. CASSY Lab
Nota: dos formas de
integrar
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30. CASSY Lab
Área igual al impulso total en Ns (calculo del área + lectura)
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31. CASSY Lab
Tiempo entre dos rebotes
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32. CASSY Lab
Realizar medición – lectura de tiempo + posición máxima
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33. CASSY Lab
Nota: oscilaciones en la curva
por efecto de no estar
alineados medidor de fuerza
con el resorte.
con el resorte
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