Movimiento de un carro con ventilador ignorando la fricción
En los siguientes experimentos, utilizará el sensor de movimiento y un carro de baja fricción. La dirección positiva es alejándose del sensor. Deslice el carrito suavemente sobre el riel para que vea su movimiento. No permita que el carrito caiga por el borde de la mesa ni los deje caer. En esta parte I ignoraremos la fricción A. Ejemplo 1: Carro moviéndose en una dirección Encienda el ventilador, pero coloque la mano enfrente del carro, de manera que no se mueva. 1. Dibuje un diagrama de cuerpo libre del carro (incluido el ventilador). Indique todas las fuerzas incluyendo: a. El tipo de fuerza (si es posible), b. El objeto sobre el que se hace la fuerza, y c. El objeto que realiza la fuerza. 2. ¿Cómo cambiaría el diagrama de fuerza, si lo hiciera, en caso de que quitar la mano frente al carro?
3. Suponga que el carro se aleja del sensor de movimiento, comenzando desde el reposo, mientras el ventilador ejerce una fuerza constante. Prediga como serían las gráficas de velocidad vs. tiempo y de aceleración vs. tiempo. Explique cómo llegó a esa deducción v a PREDICCIÓN
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Configure el sensor y el software para medir la velocidad del carro sobre el riel.
4. Coloque el carro en reposo frente al sensor a unos 0.2 m. Encienda el ventilador. Tome los datos en el momento que el carrito comience a moverse. Haga un bosquejo de la gráfica de velocidad obtenida
v
OBSERVACIÓN
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5. Compare la gráfica obtenida en el punto 4 con la predicha en el punto 3. Corrija las diferencias.
6. Use la gráfica de velocidad obtenida para describir la aceleración del carrito. Explique cómo llegó a su respuesta.
7. Con ayuda del software puede obtener la rapidez en diferentes tiempos. Utilice esta información para encontrar la aceleración promedio del carro durante el experimento. Muestre su procedimiento.
B. Ejemplo 2: A un carro con ventilador se le da un impulso inicial en la misma dirección que es empujado por el ventilador. Suponga que da al carro un pequeño empujón en la misma dirección que la fuerza del ventilador. En esa situación el carro ya se está alejando del sensor en t=0 s 1. Dibuje un diagrama de cuerpo libre del carro una vez que ya no está en contacto con la mano. Liste todas las fuerzas identificado: a. El tipo de fuerza (si es posible) b. El objeto sobre el que se ejerce la fuerza, y c. El objeto que ejerce la fuerza. 2. Prediga las gráficas de velocidad vs. tiempo y de aceleración vs. tiempo que obtendría. Explique cómo las dedujo.
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a
PREDICCIÓN
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3. ¿Cuáles serán las diferencias que podría encontrar respecto a las gráficas obtenidas en la parte A, ejemplo 1? Explique su razonamiento para las diferencias que mencione.
4. Capture datos con ayuda del sensor de movimiento, dando al carro un ligero empujón antes de que comience a tomar datos. Haga un bosquejo de la gráfica de velocidad.
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OBSERVACIÓN
5. Compare la gráfica obtenida con su predicción. Resuelva las diferencias.
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6. Compare la aceleración de la gráfica que acaba de obtener con la aceleración obtenida en la parte A, ejemplo 1. Discuta con sus compañeros similitudes y diferencias.
C. Ejemplo 3: Al carro se le da un empuje inicial en la dirección opuesta a la fuerza ejercida por el ventilador. Suponga que empuja al carro de manera que la velocidad inicial es hacia el sensor y en la dirección opuesta a la fuerza que ejerce el ventilador. Suponga que la fricción es despreciable. 1. Dibuje dos diagramas de fuerzas una vez que el carro ya no está en contacto con la mano. En el recuadro de la izquierda haga el diagrama cuando el carro se dirige hacia
el sensor de movimiento. A la derecha cuando el carro va de regreso alejándose del sensor.
2. Prediga las gráficas de velocidad y aceleración para este caso. v
a
PREDICCIÓN
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II.
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Movimiento de un carro con ventilador y fricción
Suponga que empuja al carro de manera que la velocidad inicial es hacia el sensor y en la dirección opuesta a la fuerza que ejerce el ventilador. Ahora, no asuma que la fricción es despreciable. 1. Haga dos diagramas de cuerpo libre, una vez que le carro ya no están en contacto con la mano. A la izquierda, cuando el carro se dirige hacia el sensor. A la derecha cuando el carro ya se va alejando del sensor.
2. Prediga la forma de las gráficas de velocidad y aceleración para esta situación. v
a
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PREDICCIÓN
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3. Compare estas gráficas de velocidad y aceleración con las que predijo cuando no consideraba la fricción. Explique las diferencias entre las gráficas.
4. Tome datos con el sensor de movimiento para este experimento. Bosqueje la gráfica de velocidad. OBSERVACIÓN v
t 5. ¿Hay evidencia de que hay una fuerza de fricción? Explique su razonamiento.
6. Estime el valor de la fuerza de fricción. En el almacén hay una balanza para medir la masa del carrito. Muestre procedimientos.