Movimiento uniformemente acelerado: Determinando distancia, tiempo y velocidad

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA

Esta práctica está dirigida sobre todo a alumnos de 2º y 4º de la ESO y 1º de bachillerato de física y química. Con ella conseguiremos determinar las relaciones distancia-tiempo y velocidad-tiempo en un movimiento uniformemente acelerado.

MATERIALES NECESARIOS

• Carrito
• Cinta adhesiva
• Cinta de papel
• Conexión 1.000 R (2)
• Crono vibrador
• Hilo de nylon de 0,4 nm Ø
• Juego de pesas
  • Pesa de 10g (2)
  • Pesa de 50g
• Metro metálico
• Nuez doble
• Papel milimetrado
• Plano con guía central
• Polea con vástago
• Porta pesas
• Tope de carrito
• Triple decímetro
• Tubo de silicona de 5 Ø

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Hay muchos movimientos cuyas velocidades no son constantes, sino que varían progresivamente. Los móviles se desplazan cada vez más deprisa o más despacio. Estos movimientos se denominan acelerados.

Para describir los movimientos acelerados, se introduce una magnitud, denominada aceleración media, que se define como la variación que experimenta la velocidad del móvil en un intervalo de tiempo ▲t.

La aceleración media se aproxima a la aceleración instantánea cuando el intervalo de tiempo es muy pequeño:

Cuando un móvil describe una trayectoria con aceleración constante, el movimiento se denomina «uniformemente acelerado». En este caso, si el móvil parte del reposo, su velocidad es directamente proporcional al tiempo, siendo la aceleración la constante de proporcionalidad:

La representación gráfica de la velocidad en función del tiempo resulta, por consiguiente, una línea recta que pasa por el origen de coordenadas. La pendiente de la citada recta es la aceleración:

INSTRUCCIONES PARA REALIZAR LA PRÁCTICA

Realiza el montaje de la figura, procurando que la cinta de papel circule suavemente por las guías del cronovibrador y quede perfectamente alineada con el plano.

Se ata al carrito un trozo de hilo de unos 90 cm de longitud. Del extremo del hilo se cuelga el portapesas con dos pesas de 10 g.

Coloca la polea a la altura correcta, de modo que el hilo que tira del carrito esté paralelo al plano. Para amortiguar los golpes del carrito, se coloca un trozo de tubo de silicona en el vástago de la polea.

Coloca el carrito junto al cronovibrador y sujeta la cinta con la mano de manera que el carrito no deslice. Se conecta el cronovibrador y se deja que funcione unos instantes antes de soltar la cinta.

Cuando el carrito haya alcanzado el extremo del plano se desconecta el cronovibrador y se cambia la cinta.

Repite el experimento con la pesa de 50 g. Anota en cada cinta el valor de las pesas que se han colgado.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

Numera correlativamente las marcas obtenidas en la cinta y mide sus distancias di al punto de partida P.

El tiempo que transcurre entre dos marcas consecutivas es constante y viene determinado por la frecuencia de la corriente alterna. Su valor es de 0,02 segundos.

Confecciona para cada cinta una tabla de valores como la siguiente:

Para calcular las velocidades en cada punto Q, se toma como intervalo de medida la distancia comprendida entre el punto anterior al Q y el siguiente a éste.

El intervalo de tiempo es el doble, es decir, 0,04 s. Por ejemplo, para calcular la velocidad en el punto 4 se haría así:

De manera semejante se calcularía la aceleración del móvil en ese punto:

Una vez calculadas todas las aceleraciones, halla el valor medio.

En papel milimetrado, representa las gráficas distancia-tiempo y distancia-tiempo2. Observa que la primera es una curva (parábola) mientras que la segunda es sensiblemente una recta.

Representa la gráfica velocidad-tiempo- Traza la línea que más se adapte al conjunto de puntos. Si la línea que resulta es una recta quedará comprobado que el móvil se desplaza con movimiento uniformemente acelerado.

Calcula la aceleración a partir de la pendiente de la recta obtenida. Compara esta aceleración con la aceleración media obtenida en la tabla de resultados.

La aceleración también puede obtenerse a partir de la pendiente de la recta distanciatiempo2. La constante de proporcionalidad es, en este caso, 1/2a.

VIDEO DE LA PRÁCTICA