LABORATORIO DE FÌSICA MECÀNICA

SS. GUTIÈRREZ RÌOS FABIÀN CS. CUADROS ANTOLINEZ RUBEN DARIO CS. GUTIÈRREZ MOSQUERA YORMAN CS. MARÌN GUERRERO SERGIO ALBERTO

EJÈRCITO NACIONAL DE COLOMBIA ESCUELA DE COMUNICACIONES MILITARES DEPARTAMENTO DE EDUCACIÒN SUPERIOR COMPLEMENTARIA TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA Y COMUNICACIONES FACATATIVÁ, CUNDINAMARCA 2014

LABORATORIO DE FÌSICA MECÀNICA

SS. GUTIÈRREZ RÌOS FABIÀN CS. CUADROS ANTOLINEZ RUBEN DARIO CS. GUTIÈRREZ MOSQUERA YORMAN CS. MARÌN GUERRERO SERGIO ALBERTO

Trabajo de grado para optar al título de Tecnólogo en Electrónica y Comunicaciones

EJÈRCITO NACIONAL DE COLOMBIA ESCUELA DE COMUNICACIONES MILITARES DEPARTAMENTO DE EDUCACIÒN SUPERIOR COMPLEMENTARIA TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA Y COMUNICACIONES FACATATIVÁ, CUNDINAMARCA 2014 2

Nota de aceptación _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________

_____________________________ Firma del Presidente del Jurado

_____________________________ Firma del Jurado

_____________________________ Firma del Jurado

Facatativá, Junio de 2014 3

DEDICATORIA

Este es un momento muy especial porque culminamos exitosamente una nueva etapa de nuestras vidas, durante este tiempo dimos lo mejor de nosotros y vivimos experiencias que hoy hacen de nosotros personas más preparadas para enfrentar las diferentes circunstancias propias de la vida militar. Este trabajo de grado está dedicado a nuestras queridas familias quienes con su apoyo y entereza nos han acompañado a lo largo de nuestro desarrollo profesional. A nuestras esposas Yuly Adriana Castellanos Peña, Maryury Maritza Pérez, Sandy Lorena Bayona Navarro, quienes han estado en todos estos meses de estudio junto a nosotros dándonos ánimo, convirtiéndose en pilares fundamentales para nuestras vidas. A nuestros hijos Fabián Camilo, Santiago, Sebastián, quienes con su cariño y ternura nos llenan de alegría y orgullo nuestras vidas.

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AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a Dios todopoderoso por permitirnos llegar a este punto de nuestras carreras profesionales, por darnos salud y concedernos la oportunidad de hacer las ideas posibles. Agradecemos al Ejercito Nacional de Colombia y a la Escuela de Comunicaciones Militares en cabeza de su Comandante el Señor TC. Ewdven Toro Bermúdez, por liderar la formación de los hombres y mujeres que hacemos parte del Arma de Comunicaciones. Por último agradecemos al cuerpo de docentes de la Escuela de Comunicaciones Militares por la formación académica que con dedicación nos brindaron, en especial al profesor Wilson Armando Cubillos por su gran colaboración en las asesorías y acompañamiento para realización de este libro.

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CONTENIDO

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INTRODUCCIÓN Resumen . Abstract .

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

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1.1 ANTECEDENTES . . . . . 1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.3 DELIMITACION DEL PROBLEMA . . . 1.3.1 Delimitación temática . . . . 1.3.1.1 Tema . . . . . . 1.1.3.2 Alcances del Proyecto . . . . 1.3.1.3 Limitaciones del laboratorio. . . . 1.3.2 Delimitación espacio-tiempo . . . 1.4 OBJETIVOS . . . . . . 1.4.1 Objetivo General . . . . . 1.4.2 Objetivos Específicos . . . . 1.5 JUSTIFICACIÓN . . . . . 1.5.1 Justificación metodológica . . . . 1.5.2 Justificación práctica . . . . . 1.5.3 Justificación teórica . . . .

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2. MARCO DE REFERENCIA

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2.1 MARCO HISTÓRICO . . . 2.1.1 Historia de la Física . . . 2.1.2 Biografías . . 2.2 Mediciones en física mecánica. . 2.2.1 Plano Inclinado . . 2.2.2 Fricción 2.2.3 Ley de Hooke. . 2.2.4 Movimiento Armónico Simple. . 2.2.5 Péndulo Simple . . . 2.2.6 Movimiento Parabólico. . . 2.3 MARCO LEGAL . . . 2.3.1 Constitución Política de Colombia 2.3.2 Ley 1286 de 2009 . . . 2.3.3 Ley 115 del 1994 .

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3. METODOLOGÍA

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3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN . 3.1.1 Línea de investigación . . . 3.1.2 Técnicas de recolección de información. 3.2 HIPÓTESIS . . . . . 3.3 ETAPAS DE DESARROLLO . . . 3.3.1 Cronograma de actividades . . . 3.3.2 Costos . . . . .

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4. DISEÑO INGENIERIL .

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4.1 Plano Inclinado 4.2 Ley de Hooke 4.3 Tiro parabólico 4.4 Péndulo Simple .

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5. PRUEBAS DE CAMPO Y RESULTADOS .

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6. RECOMENDACIONES .

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7. CONCLUSION

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BIBLIOGRAFIA WEBGRAFIA ANEXO .

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LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Calibrador o vernier Figura 2. Fuerza Normal Figura 3. Rep. Grafica fuerza Normal y sus componentes. Figura 4. Rep. Grafica de una fuerza. Figura 5. Rep. Grafica de una fuerza estática . . Figura 6. Fuerzas que actúan en un resorte. . . Figura 7. Esquema grafico ecuación 15 . . . Figura 8. Péndulo Simple (movimiento armónico simple) Figura 9. Fuerzas que actúan en el péndulo .

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LISTA DE FOTOGRAFÍAS

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Fotografía 1. Galileo Galilei . . . . . Fotografía 2. Isaac Newton . . . . . Fotografía 3. Albert Einstein . . . . . Fotografía 4. Robert Hooke . . . . . Fotografía 5. Balanza Digital . . . . . Fotografía 6. Cronometro digital . . . . . Fotografía 7. Coeficiente de fricción . . . . . Fotografía 8. Plano inclinado y coeficiente de fricción. . . Fotografía 9. Plano Inclinado en madera. . . . . Fotografía 10. Elaboración Bloque Plano Inclinado. . . . Fotografía 11. Carro de hall . . . . . Fotografía 12. Bloque Plano Inclinado (fricción). . . . Fotografía 13. Transportador Vertical . . . . . Fotografía 14. Polea . . . . . Fotografía 15. Prototipo terminado (Plano Inclinado) . . . Fotografía 16. Varilla Guía y Placa Base. . . . . Fotografía 17. Regla en acrílico . . . . . Fotografía 18. Nuez de Fijación . . . . . Fotografía 19. Resortes o muelles . . . . Fotografía 20. Prototipo terminado ley Hooke. . . . . Fotografía 21. Tubo Galvanizado . . . . . Fotografía 22. Soldadura de Pieza . . . . . Fotografía 23. Pieza acrílica en grados . . . . . Fotografía 24. Instalación madera . . . . . Fotografía 25 Armado Tiro Parabólico . . . . . Fotografía 26. Prototipo terminado tiro parabólico . . . Fotografía 27. Elementos del péndulo simple . . . Fotografía 28. Maquina laser EPILOG . . . . Fotografía 29. Corte de la espuma . . . . . Fotografía 30. Prototipo final laboratorio de física mecánica . Fotografía 31. Prueba de campo plano inclinado . . Fotografía 32. Prueba de campo coeficiente de fricción. . . Fotografía 33. Prueba de campo fuerza (I semestre nocturna.). . Fotografía 34. Pruebas de campo tiro parabólico (I semestre nocturna.). Fotografía 35. Pruebas de campo lanzamiento del balín . . Fotografía 36. Distancia recorrida del balín . . . Fotografía 37. Pruebas de campo ley de Hooke. (I semestre nocturna.). Fotografía 38. Pruebas de campo ley de Hooke. . . 9

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LISTA DE TABLAS

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Tabla 1. Etapas de desarrollo

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Tabla 2. Cronograma de Actividades

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Tabla 3. Cronograma de Actividades

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GLOSARIO

Física mecánica: La mecánica (o mecánica clásica) es la rama principal de la llamada Física Clásica, dedicada al estudio de los movimientos y estados en que se encuentran los cuerpos. Describe y predice las condiciones de reposo y movimiento debido a la acción de las fuerzas. Cinemática: Estudia las diferentes clases de movimiento de los cuerpos sin atender a las causas que lo producen. Cinética: Parte de la física que estudia los sistemas estáticos o en movimiento mediante el empleo de los conceptos de longitud, tiempo y masa. Densidad: se define como la masa de un material dividido el volumen que ocupa. La masa se mide en kilogramos (Kg) y el volumen en metros cúbicos (m3), la densidad se medirá en kilogramos por metros cúbicos (Kg/m3). Desplazamiento: Magnitud vectorial que mide el cambio de posición de un cuerpo durante su movimiento. Posición inicial y la posición final de un punto material. Desviación Standard: siempre será un valor positivo o cero, en el caso de que las puntuaciones sean iguales. Dinámica: Estudia las causas que originan el movimiento de los cuerpos. Distancia: Es una magnitud escalar que mide la relación de la lejanía entre dos puntos o cuerpos. Elasticidad:

una

deformación

se

llama

elástica

cuando

desaparece

completamente (recuperable) una vez que cesa la causa que la produjo. Error absoluto: se define como la diferencia entre el valor real de la magnitud a medir y el obtenido en una medida, puesto que es una diferencia de valores de una misma magnitud. Error relativo: Presenta la fracción de impresión cometida en la medición y resulta útil para comparar mediciones sobre diferentes magnitudes. Estática: está comprendida dentro del estudio de la dinámica y analiza las causas que permiten el equilibrio de los cuerpos. 11

Fluencia: en los materiales tenaces el período plástico comienza teóricamente a partir del punto a (límite de proporcionalidad), que constituye el final del período de proporcionalidad (recta de Hooke). En realidad, el material suele ser elástico, un poco más allá de dicho punto, hasta el punto b (límite de elasticidad). Frente a una solicitación externa (de tensión, compresión, cortante) que tiende a producir un cambio en su tamaño o forma. Fricción: La fricción es una fuerza de contacto que actúa para oponerse al movimiento deslizante entre superficies. Actúa paralela a la superficie y opuesta al sentido del deslizamiento. Se denomina como Ff. La fuerza de fricción también se le conoce como fuerza de rozamiento. Fuerza de Gravedad: Es una fuerza de atracción que varía según la masa de los cuerpos y la distancia que hay entre ellos. Es universal. Fuerza: es toda causa que permite modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o bien que puede deformar o modificar un movimiento ya existente. Kilogramo: es la unidad básica de masa del Sistema Internacional De Unidades (SI) y su patrón está definido por la masa, se representa por la abreviatura Kg. La maleabilidad como propiedad de los materiales, específicamente metálicos, constituye en realidad una fase de la ductilidad. Media aritmética: Es el valor obtenido al sumar todos los datos y dividir el resultado entre el número total de los datos. Movimiento rectilíneo uniforme (MRU): describe una trayectoria recta y uniforme cuando su velocidad es constante en el tiempo. Movimiento: El movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición que experimentan los cuerpos de un sistema, o conjunto en el espacio con respecto a ellos mismos o con arreglo a otros cuerpos que sirven de referencia. Péndulo Físico: es cualquier cuerpo rígido que pueda oscilar alrededor de un eje horizontal, bajo la acción de la fuerza de gravedad. Peso de un cuerpo: se define como la fuerza de atracción que ejerce la tierra sobre dicho cuerpo. 12

Plasticidad: una deformación plástica es aquella que no desaparece (irreversible) con la anulación de la causa. La plasticidad de los materiales está dada por su capacidad de poder deformarse sin por ello sufrir fractura. Un material es tanto más dúctil cuanto más extendido es su diagrama σ - ε en el sentido del eje ε.

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Rapidez: Es la relación entre la distancia recorrida y el tiempo que tomo en recorrerla. Regresión lineal: Es el método matemático estadísticos para estudiar la relación entre variables. Resortes o muelles: Los resortes reales se comportan según la siguiente ecuación, conocida como la Ley de Hooke: las tensiones son proporcionales a las elongaciones. Los materiales que responden a esta ley son perfectamente elásticos. Rigidez: es la capacidad de resistir una deformación elástica por efecto de una tensión. Tenacidad: es la capacidad de un material para absorber simultáneamente esfuerzos y deformaciones de consideración sin llegar a la fractura. Tensión o esfuerzo: es la relación entre una carga y la superficie sobre la que actúa. Se considera como tal a la reacción que opone el material de un cuerpo Tiro horizontal: Es el resultado de la composición de dos movimientos: 1. En dirección horizontal, se trata de un movimiento uniforme con velocidad inicial igual a cero. 2. En dirección vertical, el cuerpo es acelerado por la gravedad y no tiene velocidad inicial. Tiro parabólico: se corresponde con la trayectoria de un proyectil que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme. Tiro vertical: es un movimiento sujeto a la aceleración gravitacional, solo que ahora es la aceleración la que se opone al movimiento inicial del objeto. El tiro vertical comprende subida y bajada de los cuerpos u objetos. Nunca la velocidad inicial es cero. 13

Trayectoria: Es el conjunto de todas las posiciones por las que pasa un cuerpo en movimiento. Velocidad angular: también conocida como frecuencia angular o pulsación, es una medida de la velocidad de rotación. Se mide en radianes por segundo. Velocidad media: también llamada velocidad promedio informa sobre la velocidad en un intervalo dado. Velocidad: Es el conjunto de todas las posiciones por las que pasa un cuerpo en movimiento. La variación de posición de un objeto en función del tiempo.

Fuente. http://www.lawebdefisica.com/rama/mecanica.php Fuente. http://www.monografias.com/trabajos4/ladensidad/ladensidad.shtml

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INTRODUCCIÓN

Los esfuerzos de mejora que actualmente dedican los alumnos de la Escuela de Comunicaciones les permitirán proyectar instalaciones, equipos, montajes de sistemas mecánicos, preparar proyectos y especificaciones de los métodos de construcción y uso de materiales. Indudablemente que toda mejora en los prototipos facilitaría al estudiante la comprensión de los aspectos tanto teóricos como aplicados de la física mecánica.

Estas actividades propuestas no deben entenderse como pasos encaminados a fortalecer el conocimiento adquirido durante la clase teórica, sino más bien como un escenario propicio para adquirir fundamentación en los procesos prácticos y experimentales, que por supuesto van mucho más allá del típico, “ensayo y error” que el sentido común suele asociar a lo práctico, por esta razón no deben tomarse con extrema rigidez que, por el contrario, se espera una amplia variedad de usos, de manera que el docente de acuerdo con su criterio profesional, y su enfoque didáctico-pedagógico, debe sentirse en la libertad de reorientar el contenido de modo que resulte los más propicios y coherentes con sus fines metodológicos. En los siguientes laboratorios se realizaran prácticas en las cuales se analizaran diferentes fenómenos físicos tales como; plano inclinado, coeficiente de fricción, tiro parabólico, ley de Hooke, péndulo balístico. El laboratorio de Física Mecánica es el complemento del curso teórico en el cual el estudiante entra en contacto con las leyes, principios y fórmulas que estudia en las clases teóricas. Los objetivos del laboratorio de Física son enseñarle al estudiante la importancia del experimento, sentir y observar que lo que aprende en clase teórica es la explicación de lo que ocurre en el mundo real, conocer y aplicar los métodos de análisis de datos, familiarizar al estudiante con los diferentes métodos de medición.

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RESUMEN

La mecánica es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas. Modernamente la mecánica incluye la evolución de sistemas físicos más generales que los cuerpos másicos. En ese enfoque la mecánica estudia también las ecuaciones de evolución temporal de sistemas físicos como los campos electromagnéticos o los sistemas cuánticos donde propiamente no es correcto hablar de cuerpos físicos. La mecánica es una ciencia perteneciente a la física, ya que los fenómenos que estudia son físicos, por ello está relacionada con las matemáticas. Sin embargo, también puede relacionarse con la ingeniería, en un modo menos riguroso. Ambos puntos de vista se justifican parcialmente ya que, si bien la mecánica es la base para la mayoría de las ciencias de la ingeniería clásica, no tiene un carácter tan empírico como éstas y, en cambio, por su rigor y razonamiento deductivo, se parece más a la matemática. La mecánica clásica está formada por áreas de estudio que van desde la mecánica del sólido rígido y otros sistemas mecánicos con un número finito de grados de libertad, a sistemas como la mecánica de medios continuos (sistemas con infinitos grados de libertad). Existen dos formulaciones diferentes, que difieren en el grado de formalización para los sistemas con un número finito de grados de libertad: Mecánica newtoniana. Dio origen a las demás disciplinas y se divide en varias de ellas: la cinemática, estudio del movimiento en sí, sin atender a las causas que lo originan; la estática, que estudia el equilibrio entre fuerzas y la dinámica que es el estudio del movimiento atendiendo a sus orígenes, las fuerzas .

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ABSTRACT

Undoubtedly, any improvement in the prototypes to facilitate student understanding of both theoretical and applied aspects of mechanical physics Improvement efforts currently engaged students in the School of Communications will allow them to project facilities, equipment, assembly of mechanical systems, prepare plans and specifications for construction methods and use of materials.

These proposed activities should not be seen as steps towards strengthening the knowledge acquired during the lecture , but rather as a suitable foundation to acquire the practical and experimental processes , which of course go far beyond the typical " trial and error scenario " common sense usually associated with the practical, therefore should not be taken with extreme rigidity , however , a wide variety of uses is expected , so that teachers according to their professional judgment , and its didactic approach pedagogical , should feel free to redirect the content so that it is the most favorable and consistent with its methodological purposes. The following laboratory practices where different physical phenomena such as were held were analyzed; inclined plane, friction coefficient, parabolic shot, Hooke's law, ballistic pendulum. Mechanics Laboratory of Physics is the complement of the theoretical course in which the student contacts the laws, principles and formulas studied in lectures. The objectives of the physics laboratory is to teach the student the importance of the experiment , feel and see that what you learn in class is the theoretical explanation of what happens in the real world, knowing and applying the methods of data analysis, familiarize students with different measurement methods.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1

ANTECEDENTES

El proyecto no cuenta con antecedentes de estas características, sus prototipos se fundamentan en que el alumno de la Escuela de Comunicaciones Militares adquiera la práctica correspondiente con el fin de conocer los objetivos que se persiguen y los procedimientos establecidos para cada experiencia o experimento. 1.2

DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

1.3

DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA

1.3.1 Delimitación temática

La delimitación temática del proyecto se basó en un tipo de estudio objetivo, con visión general sobre la validez y el grado de confianza que puede tener como resultado el trabajo. Para determinar el centro de estudio del proyecto se tuvieron en cuenta los siguientes aspectos:

1.3.1.1

Tema

El tema de estudio es un laboratorio de física mecánica, en donde se mostraran cinco prototipos de física mecánica y se hace uso de prácticas experimentales para mejor entendimiento de la teoría.

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1.3.1.2

Alcances del Proyecto

Comprensión en superficies equipotenciales la cual será utilizada para deducir conclusiones relacionadas con cada uno de los prototipos utilizados en física mecánica. Enfoque en la explicación de cada uno de los experimentos y de esta manera tener soporte experimental para así determinar el porqué de cada una de las lecturas obtenidas. Realización de laboratorios en donde se pondrán en práctica los conocimientos adquiridos en clases teóricas acerca de física, por tanto la experiencia servirá para profundizar conocimiento sobre dichos temas. Comprensión en equipos que basan su funcionamiento en la física mecánica. Observación y manejo experimental tratando de explicar los principios de la física mecánica.

1.3.1.3

Limitaciones del laboratorio

La falta de una instalación con los requisitos básicos exigidos para la implementación de un laboratorio de física mecánica con el fin de complementar la parte teórica con la parte práctica a través de laboratorios experimentales. Correcto

ensamble

experimentales

de

y

presentación

manera

que

de

estos

cada

uno

cumplan

de todas

los las

prototipos prácticas

correctamente. En cursos de capacitación virtual en donde el uso de los experimentos sea limitado, en este campo se sugieren laboratorios virtuales.

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1.3.2

Delimitación espacio-tiempo

Los prototipos demostrativos se desarrollaron en el primer trimestre del año dos mil catorce. La elaboración del proyecto se realizó en las instalaciones de la Escuela de Comunicaciones Militares y las pruebas de campo en las locaciones de la Brigada Especial de Comunicaciones.

1.4

OBJETIVOS

1.4.1

Objetivo general

Diseñar e implementar cinco prototipos de demostración para el montaje de un laboratorio de física mecánica haciendo uso de prácticas que resuelvan dudas en temas relacionados con la física mecánica y obteniendo un mejor entendimiento por parte de los estudiantes de la tecnología en electrónica y comunicaciones.

1.4.2 Objetivos específicos

Elaborar un prototipo de plano inclinado Diseñar un prototipo de ley de Hooke Implementar un prototipo de péndulo simple Desarrollar un prototipo de tiro parabólico Implementar un laboratorio de mediciones de física mecánica Desarrollar unas guías de laboratorios de cada uno de los prototipos

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1.5 JUSTIFICACIÓN

1.5.1 Justificación metodológica

El laboratorio de física mecánica es la complementación de la teoría vista en el transcurso de carreras relacionadas con la ciencia y tecnología, en nuestra vida diaria siempre estamos rodeados de equipos que basan su funcionamiento en los fenómenos físico mecánicos, es por esta razón que siendo la base para comprender dichos fenómenos físicos desde su parte más simple nos hemos propuesto a profundizar mediante la practica en tiempo real toda aplicación que llevaran a comprender el avance tecnológico, los parámetros que se buscan alcanzar son por un lado aumentar en forma directa la iniciativa e inventiva en el alumno. 1.5.2 Justificación práctica El laboratorio de física mecánica soluciona la necesidad de Desarrollar aprendizajes significativos referentes al funcionamiento de ciertos equipos y componentes tecnológicos. Suple de forma concisa factores teóricos exigidos por la Escuela de Comunicaciones. 1.5.3

Justificación teórica

El desarrollo de la experimentación de los diferentes temas que se pueden tratar con el empleo del laboratorio de física mecánica se dio por medio de distintos instrumentos los cuales a través de mediciones realizadas revelaron datos que secuencialmente fueron dando explicación sustancial a las dudas sobre propiedades de dichos temas de estudio. Enfocar en la explicación de cada uno de los experimentos y de esta manera tener soporte experimental para así determinar el porqué de cada una de las lecturas obtenidas y su relación con lo conocido en la teoría.

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2.

MARCO DE REFERENCIA

Para la elaboración de este proyecto se tomaron en cuenta, el marco histórico de la física mecánica, biografías y leyes de la física (newton, Hooke).

2.1 MARCO HISTÓRICO

2.1.1 Historia de la física La historia de la mecánica encierra a un amplio rubro de personajes que a lo largo de su vida han venido dando aportes importantes para la evolución de esta área. Antes de adentrar en los antiguos comienzos de esta disciplina es importante saber que la mecánica es una ciencia que se encarga de estudiar las condiciones de reposo o movimiento de los cuerpos bajo la acción de fuerzas. Además de ello, la mecánica Es difícil conocer con exactitud los inicios de esta ciencia pero podemos afirmar que los orígenes de la mecánica están muy mezclados con el uso de instrumentos por medio de los cuales el hombre podía intervenir y cambiar la naturaleza a su voluntad en tiempos muy remotos. Entre estos instrumentos se encuentran las diversas armas filosas que eran empleadas por ellos para satisfacer sus necesidades. La mecánica como ciencia apareció en el periodo helenístico por medio de Arquímedes, quien describió cuantitativamente las leyes de la palanca y otras máquinas simples, las cuales con su uso dieron origen a las primeras nociones de dinámica y estática. Arquímedes estableció los fundamentos de la estática y fue el fundador de la hidrostática al enunciar su famoso principio. Además de Arquímedes a lo largo de los años también existieron varios estudiosos de la física que poco a poco sirvieron como impulso al aportar valiosos principios para el desarrollo de la mecánica entre ellos podemos citar a Tartaglia, Galileo Galilei, Newton, Euler, Einstein, entre otros. El físico y astrónomo italiano Galileo reunió las ideas de otros grandes pensadores de su tiempo y empezó a analizar el movimiento a partir de la distancia recorrida desde un punto de partida y del tiempo transcurrido. Demostró que la velocidad de los objetos que caen aumenta continuamente durante su caída. Esta aceleración es la misma para objetos pesados o ligeros, siempre que no se tenga en cuenta la resistencia del aire (rozamiento). 1.

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2.1.2 Galileo Galilei. Nació en Pisa en el año 1564. Su primer descubrimiento, la ley del péndulo, lo realizó cuando sólo tenía diez y siete años. Estaba en la catedral de Pisa cuando vio que para encender una lámpara, la retiraban hacia un lado. Al dejar de retenerla, una vez encendida, la lámpara oscilaba como un péndulo, con movimientos que eran cada vez menores, pero de igual duración. A falta de cronómetro, Galileo midió el compás regular de las oscilaciones de la lámpara valiéndose de los latidos de su propio pulso. También encontró que el tiempo de oscilación de un péndulo es proporcional a la raíz cuadrada de la longitud. Así, un péndulo que sea cuatro veces más largo que otro, tendrá un tiempo de oscilación doble que el de menor longitud. 2. Fotografia 1. Galileo Galilei

Fuente.http://www.jgvaldemora.org/blog/cienciasnaturales/cientificos-ilustres/galileo-galilei/

2.1.3 Isaac Newton El matemático y físico británico Isaac Newton mejoró este análisis al definir la fuerza y la masa, y relacionarlas con la aceleración. Para los objetos que se desplazan a velocidades próximas a la velocidad de la luz, las leyes de Newton han sido sustituidas por la teoría de la relatividad de Albert Einstein. Para las partículas atómicas y subatómicas, las leyes de Newton han sido sustituidas por la teoría cuántica. Pero para los fenómenos de la vida diaria, las tres leyes del movimiento de Newton siguen siendo la piedra angular de la dinámica. 3 Fotografia 2. Isaac Newton

Fuente. http://www.biografiasyvidas.com/biografia/n/newton.htm 1-2. http://www.jgvaldemora.org/blog/cienciasnaturales/cientificos-ilustres/ 3. http://www.biografiasyvidas.com/biografia/n/newton.htm

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A finales del siglo XVII la física comienza a influir en el desarrollo tecnológico permitiendo a su vez un avance más rápido de la propia física. El desarrollo instrumental (telescopios, microscopios y otros instrumentos) y el desarrollo de experimentos cada vez más sofisticados permitieron obtener grandes éxitos como la medida de la masa de la tierra en el experimento de la balanza de torsión. Después de estos grandes descubrimientos inicia una revolución en la cual la física hace un gran avance tanto en hallazgos, instrumentos y tecnología.4 Fotografia 3. ALBERT EINSTEIN

Fuente. http://www.biografiasyvidas.com/biografia/n/Einstein.htm

2.1.4 Albert Einstein (1905), formuló la teoría de la relatividad especial, en la cual el espacio y el tiempo se unifican en una sola entidad, el espacio-tiempo. La relatividad formula ecuaciones diferentes para la transformación de movimientos cuando se observan desde distintos sistemas de referencia inerciales a aquellas dadas por la mecánica clásica. Ambas teorías coinciden a velocidades pequeñas en relación a la velocidad de la luz. 5 2.1.5 Robert Hooke (Freshwater, Inglaterra, 1635 - Londres, 1703) Físico y astrónomo inglés. En 1655 Robert Hooke colaboró con Robert Boyle en la construcción de una bomba de aire. Cinco años más tarde formuló la ley de la elasticidad que lleva su nombre, que establece la relación de proporcionalidad directa entre el estiramiento sufrido por un cuerpo sólido y la fuerza aplicada para producir ese estiramiento. 4. http://www.biografiasyvidas.com/biografia/n/newton.htm

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En esta ley se fundamenta el estudio de la elasticidad de los materiales. Hooke aplicó sus estudios a la construcción de componentes de relojes. En 1662 fue nombrado responsable de experimentación de la Royal Society de Londres, siendo elegido miembro de dicha sociedad al año siguiente. 6.

Fotografia 4. ROBERT HOOKE

Fuente. http://timerime.com/es/evento/1938493/Robert+Hooke/

5-6. http://www.biografiasyvidas.com/biografia/h/hooke/einstein.htm

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3. MARCO CONCEPTUAL

3.1 MEDICIONES EN FISICA MECANICA Para un mejor entendimiento de este libro debemos uno de los elementos que vamos a trabajar para la ejercicios, con esto buscamos saber sus usos y laboratorio; para el desarrollo de las practicas instrumentos de medidas:

empezar por conocer cada elaboración de las guías o empleos dentro de cada utilizamos los siguientes

3.1.1 El calibrador o pie de rey. El calibrador, conocido como pie de rey o vernier, es un pequeño y delicado instrumento, que permite medir la profundidad y las dimensiones internas y externas de objetos o piezas de reducido tamaño. Posee dos escalas, una inferior en milímetros y otra superior en pulgadas. 7

Figura 1. Calibrador o Vernier

Fuente. http://blogtecnologos.wordpress.com/2010/12/10/uso-del-calibre-pie-de-rey-vernier/ 3.1.1.1 Partes del calibrador o pie de rey 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

mordazas para medidas externas mordazas para medidas internas varilla para medida de profundidades escala con divisiones en centímetros y milímetros escala con divisiones en pulgadas y fracciones en pulgada nonio para las lecturas de las fracciones en milímetro en que está dividido. Nonio para las lecturas de las fracciones en pulgadas en que está dividido Freno o deslizamiento 26

3.1.2 Balanza Digital. Es una balanza de precisión, para este proyecto utilizamos una digital que nos permitiera una alta precisión y estas son sus características. (Ver fotografía 5). Precisión: 0.1 oz / 1g. De alta precisión. Auto-apagado Automático a cero. Capacidad: 200 oz (12.5 libras) / 5000 g (5 kg). 3 unidades de conversión diferentes: G, lb, oz (1000G = 35 onzas = 2.2lb). Fuente de energía: 1.5V x 2 baterías AAA (no incluidas). Escala versátil se puede utilizar en la sala de correo de cocina, o la oficina. Fotografía 5. Balanza Digital

Fuente. Equipo Investigador

3.1.3 El cronometro. Un cronómetro es un reloj de precisión que se emplea para medir fracciones de tiempo muy pequeñas. A diferencia de los relojes convencionales que se utilizan para medir los minutos y las horas que rigen el tiempo cotidiano, los cronómetros suelen usarse en competencias deportivas y en las instituciones educativas para tener un registro de fracciones temporales más breves, como milésimas de segundo. 8 7. http://blogtecnologos.wordpress.com/2010/12/10/uso-del-calibre-pie-de-rey-vernier/

27

Fotografía 6. Cronometro Digital

Fuente. Equipo Investigador

3.2 PLANO INCLINADO Plano inclinado es una máquina simple que permite subir objetos realizando menos fuerza. Para calcular la tensión de la cuerda que equilibra el plano, descomponemos las fuerzas y hacemos la sumatoria sobre cada eje. Es recomendable girar el sistema de ejes de tal forma que uno de ellos quede paralelo al plano. Con esto se simplifican las cuentas ya que la sumatoria de fuerzas en tiene el mismo ángulo que la tensión que lo equilibra. 9.

En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de fuerza es el newton que se representa con el símbolo: N nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton por su aportación a la física, especialmente a la mecánica clásica. El newton es una unidad derivada que se define como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 a un objeto de 1 kg de masa. (1) (

(1)

)

8. http://www.slideshare.net/Cloud_FFVII/el-cronometro 9 .http://www.profesorenlinea.cl/fisica/friccion.htm

28

Donde es la unidad de medida de Newton, es la unidad de medida de la masa en kilogramos, m la unidad de medida de distancia en metros y la unidad de medida del tiempo en segundos.10. 3.2.1 La fuerza de gravedad y el peso. Todos los objetos son atraídos hacia la Tierra. La fuerza ejercida por la Tierra sobre los objetos se denomina fuerza de gravedad. La gravedad es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Nadie realmente conoce exactamente por qué esta fuerza jala los objetos unos hacia los otros. La masa de los objetos y la distancia entre ellos afectan la magnitud de la fuerza gravitacional. A mayor masa de los objetos y a menor distancia entre ellos mayor es la intensidad de esa fuerza. Masas gigantes pueden atraer con mayor fuerza, mientras que a mayor separación las fuerzas se debilitan. La gravedad de la tierra empuja los objetos hacia el centro de la tierra y a su magnitud se le llama peso del objeto. Cuando un objeto está en caída libre experimenta una aceleración g que actúa hacia el centro de la Tierra. Al aplicar la Segunda Ley de Newton al objeto de masa m en caída libre, con a = g y , se obtiene:

(2)

Donde , es la fuerza de gravedad o fuerza, la constante de gravedad ( ). 11

es la masa de un cuerpo y

es

3.2.2 La fuerza normal. La fuerza normal, reacción del plano o fuerza que ejerce el plano sobre el bloque depende del peso del bloque, la inclinación del plano y de otras fuerzas que se ejerzan sobre el bloque.

Supongamos que un bloque de masa m, está en reposo sobre una superficie horizontal, las únicas fuerzas que actúan sobre él son el peso mg y la fuerza y la fuerza normal N, de las condiciones de equilibrio se obtiene que la fuerza normal N es igual al peso mg. (Ec.3)

(3) 10-11. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/rozamiento/general/rozamiento.htmFuerza

29

Donde , es la fuerza normal, gravedad ( ).

es la masa de un cuerpo y

es la constante de

Figura 2. Representación gráfica de la Fuerza normal.

Fuente.http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/rozamiento/general/rozamiento.htmFuerza

Si ahora, el plano está inclinado un ángulo θ, el bloque está en equilibrio en sentido perpendicular al plano inclinado por lo que la fuerza normal es igual a la componente del peso perpendicular al plano. (Ec.4)

(

)

(4)

Figura 3. Representación gráfica de la Fuerza normal y sus componentes.

Fuente.http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/rozamiento/general/rozamiento.htmFuerza de rozamiento cinético. 12. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/rozamiento/general/rozamiento.htmFuerza

30

Consideremos de nuevo el bloque sobre la superficie horizontal. Si además atamos una cuerda al bloque que forme un ángulo θ con la horizontal, la fuerza normal deja de ser igual al peso. La condición de equilibrio en la dirección perpendicular al plano establece; 13 (5) Figura 4. Representación gráfica de la Fuerza normal y los componentes de una fuerza.

Fuente.http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/rozamiento/general/rozamiento.htmFuerza de rozamiento cinético.

3.2.3 Fricción estática. Es la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento. Sobre un cuerpo en reposo al que se aplica una fuerza horizontal F, intervienen cuatro fuerzas:

Figura 5. Representación gráfica de la Fuerza normal y los componentes de una fuerza. (Estática)

Fuente. http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_de_rozamiento . 13. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/rozamiento/general/rozamiento.htmFuerza

31

F: la fuerza aplicada. Fr: la fuerza de rozamiento entre la superficie de apoyo y el cuerpo, y que se opone al deslizamiento o Fuerza estática Fe. P: el peso del propio cuerpo, igual a su masa por la aceleración de la gravedad. N: la fuerza normal, con la que la superficie reacciona sobre el cuerpo sosteniéndolo. Dado que el cuerpo está en reposo la fuerza aplicada y la fuerza de rozamiento son iguales, y el peso del cuerpo y la normal:

Se sabe que el peso del cuerpo P es el producto de su masa por la aceleración de la gravedad ( ), y que la fuerza de rozamiento es el coeficiente estático por la normal; . (Ec.6) Esto es igual al valor máximo de fricción estática. Donde Fe, es la fricción estática, la fuerza normal. (Ec.7)

(6)

es el coeficiente de rozamiento estático y N es

(7)

La fuerza horizontal F máxima que se puede aplicar a un cuerpo en reposo es igual al coeficiente de rozamiento estático por su masa y por la aceleración de la gravedad.14 3.2.4 Primera ley de newton o ley de la inercia. La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que: Todo cuerpo preserva en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas en él. 15. 3.2.5 Fricción dinámica. La fricción estática se diferencia de la cinética por ser mayor que esta, ya que un cuerpo en reposo al recibir una fuerza de aplicación que va en ascenso desde un valor cero hasta un determinado valor, permanece en reposo solo hasta que la fuerza aplicada supera el valor máximo de la fricción estática. En ese momento, el cuerpo comienza a moverse y la fricción se denomina cinética. 14. http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4070002/contenido/capitulo3_1.htm 15-16. http://es.wikipedia.org/wiki/Fricci%C3%B3n

32

Cuando el cuerpo está en movimiento, es posible reducir un poco la fuerza de aplicación y el movimiento se mantiene. Esto se debe a que vencida la fricción estática, las uniones microscópicas que mantenían soldadas las superficies en contacto se rompen. Así, cuando una persona trata de mover horizontalmente un cajón pesado, al principio le cuesta sacarlo del reposo, pero una vez que lo pone en marcha, puede ver qué fácil es continuar moviéndolo con menor esfuerzo, por lo tanto se puede decir que, , donde es la fricción estática y es la fricción dinámica. la magnitud de la fuerza de fricción dinámica que actúa entre dos superficies es ; (Ec.8)

(8)

Donde es el coeficiente de fricción dinámica, teniendo en cuenta que el coeficiente de fricción dinámica puede variar con la rapidez y N la fuerza normal. 16

3.2.6 La fuerza de gravedad y el peso. Todos los objetos son atraídos hacia la Tierra. La fuerza ejercida por la Tierra sobre los objetos se denomina fuerza de gravedad. La gravedad es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Nadie realmente conoce exactamente por qué esta fuerza jala los objetos unos hacia los otros. La masa de los objetos y la distancia entre ellos afectan la magnitud de la fuerza gravitacional. A mayor masa de los objetos y a menor distancia entre ellos mayor es la intensidad de esa fuerza. Masas gigantes pueden atraer con mayor fuerza, mientras que a mayor separación las fuerzas se debilitan. La gravedad de la tierra empuja los objetos hacia el centro de la tierra y a su magnitud se le llama peso del objeto. Cuando un objeto está en caída libre experimenta una aceleración g que actúa hacia el centro de la Tierra. Al aplicar la Segunda Ley de Newton ΣF=ma al objeto de masa m en caída libre, con a = g y ΣF = Fg, se obtiene: (Ec. 9)

o

(9)

Donde Fg, es la fuerza de gravedad o W es peso, m es la masa de un cuerpo y g es la constante de gravedad ( ). 17

33

Fotografia 7. COHEFICIENTE DE FRICCION

Fuente: Equipo investigador

3.3 LEY DE HOOKE En física, la ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, originalmente formulada para casos del estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada : (10)

Siendo el alargamiento, la longitud original. módulo de Young, la sección transversal de la pieza estirada. La ley se aplica a materiales elásticos hasta un límite denominado límite elástico. 18 3.3.1 La fuerza de gravedad y el peso. Todos los objetos son atraídos hacia la Tierra. La fuerza ejercida por la Tierra sobre los objetos se denomina fuerza de gravedad. La gravedad es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Nadie realmente conoce exactamente por qué esta fuerza jala los objetos unos hacia los otros. La masa de los objetos y la distancia entre ellos afectan la magnitud de la fuerza gravitacional. A mayor masa de los objetos y a menor distancia entre ellos mayor es la intensidad de esa fuerza. Masas gigantes pueden atraer con mayor fuerza, mientras que a mayor separación las fuerzas se debilitan. 17 .http://ciencias2anahuac.wordpress.com/la-fuerza-de-gravedad-y-el-peso/

34

La gravedad de la tierra empuja los objetos hacia el centro de la tierra y a su magnitud se le llama peso del objeto. Cuando un objeto está en caída libre experimenta una aceleración g que actúa hacia el centro de la Tierra. Al aplicar la Segunda Ley de Newton ΣF=ma al objeto de masa m en caída libre, con a = g y ΣF = Fg, se obtiene. (EC.11) (11) Donde Fg, es la fuerza de gravedad o fuerza, m es la masa de un cuerpo y g es la constante de gravedad ( ). 19 3.3.1.1 Análisis de las fuerzas que actúan en el resorte Figura 6. Fuerzas que actúan en un resorte.

Fuente. http://www.instrumentosdelaboratorio.net/2012/05/balanza-de-laboratorio.html.

Como se puede observar en la figura, las fuerzas que actúan en el resorte hacia arriba tenemos nuestra ecuación (xx) y hacia abajo actúa la fuerza 1 (F1), que es la fuerza que ejerce la masa multiplicada por la gravedad . De ese modo como el cuerpo está en reposo, recordemos que la primera ley de Newton nos dice que cuando un cuerpo se encuentra en reposo la sumatoria de sus fuerzas se igualan a cero, por lo tanto decimos que; (Ec.12) ∑

(

)

(12)

18-19. http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Hooke

35

Esta ecuación la podemos usar cuando nos dan una masa que aún no sabemos cuál es su peso, hay que recordar que una cosa es la masa y otra es el peso ya que el peso es el producto de dicha masa por la gravedad, al tomar la medida con la balanza estamos midiendo su peso o se podría decir que su fuerza, al realizar este cálculo de fuerza, tomamos la gravedad como negativa, con lo cual se cancelaria el menos de la gravedad con el menos que tenemos fuera del paréntesis, por lo que nuestra ecuación 12 quedaría así;. 20 (

)

(

(13)

)

3.3.2 Movimiento armónico simple. Una partícula que se mueve a lo largo del eje , tiene un movimiento armónico simple cuando su desplazamiento desde la posición de equilibrio, varía en el tiempo de acuerdo con la relación; (Ec.14) ( )

(

)

(14)

Donde son constantes del movimiento. Esta es una ecuación periódica y se repite cuando se incrementa en radianes. Para dar un significado físico a estas constantes, es conveniente graficar en función de , como se muestra en la figura 9. La constante se llama amplitud del movimiento, es simplemente el máximo desplazamiento de la partícula, ya sea en la dirección positiva o negativa de . La constante se llama frecuencia angular, el ángulo se llama ángulo o constante de fase, y junto con la amplitud quedan determinados por el desplazamiento y velocidad inicial de la partícula. Las constantes nos dicen cuál era el desplazamiento en el instante . La cantidad ( ) se llama la fase del movimiento y es de utilidad en la comparación del movimiento de dos sistemas de partículas. 21 Figura 7. Esquema del grafico posición tiempo de la ecuación 15.

Fuente. http://old.dgeo.udec.cl/~juaninzunza/docencia/fisica/cap11.pdf 20. http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Hooke 21. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/oscilaciones/mas/mas.htm

36

El periodo es el tiempo que demora la partícula en completar un ciclo de su movimiento, esto es, es el valor de en el instante . Se puede demostrar que el periodo del movimiento está dado por , sabiendo que la fase aumenta radianes en un tiempo T: ( Comparando, se concluye que

=

) ,o

(Ec.16)

(15) Al inverso del periodo se le llama frecuencia del movimiento. La frecuencia representa el número de oscilaciones que hace la partícula en un periodo de tiempo, se escribe como: (Ec.16) (16) Las unidades de medida de en el SI son 1/s o ciclos/s, llamados Hertz, Hz. Reacomodando la ecuación de la frecuencia, se obtiene la frecuencia angular ω, que se mide en rad/s, de valor: (Ec.17) (17)

3.3.3 Error absoluto. Es la diferencia entre el valor de la medida y el valor tomado como exacto. Puede ser positivo o negativo, según si la medida es superior al valor real o inferior (la resta sale positiva o negativa). Tiene unidades, las mismas que las de la medida. El error absoluto se expresa en las mismas unidades que la magnitud. Así pues, si Xi es el valor medido, Xv el valor real y ∆x el error instrumental o sensibilidad del aparato de medida, se satisface la relación. (Ec.18) (18)

3.3.4 Error relativo. Es el cociente de la división entre el error absoluto y el valor exacto. Si se multiplica por 100 se obtiene el tanto por ciento (%) de error. Al igual que el error absoluto, éste puede ser positivo o negativo (según lo sea el error absoluto) porque puede ser por exceso o por defecto, no tiene unidades.

37

Se define como el cociente entre el error absoluto ∆x y el valor real Xv de la magnitud. (Ec.19)

(19)

Mientras que el error porcentual es igual al relativo multiplicado por 100.

(Ec.20)

(20)

El error relativo representa la fracción de imprecisión cometida en la medición, y resulta útil para comparar mediciones llevadas a cabo sobre diferentes magnitudes. Por ejemplo, usualmente un error porcentual del 1% (equivale a medir 100 m con un error de 1 m). 22 3.3.5 Péndulo simple. El péndulo (del lat. pendŭlus, pendiente) es un sistema físico que puede oscilar bajo la acción gravitatoria u otra característica física (elasticidad, por ejemplo) y que está configurado por una masa suspendida de un punto o de un eje horizontal fijo mediante un hilo, una varilla, u otro dispositivo que sirve para medir el tiempo. Existen muy variados tipos de péndulos que, atendiendo a su configuración y usos, reciben los nombres apropiados: péndulo simple, péndulo compuesto, péndulo cicloidal, doble péndulo, péndulo de Foucault, péndulo de Newton, péndulo balístico, péndulo de Torsión, péndulo esférico, etcétera. 23 Figura 8. Péndulo simple en movimiento Armónico con Oscilaciones Pequeñas

Fuente. http://es.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9ndulo 22-23. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/pendulo/pendulo.htm

38

3.3.6 Período de oscilación. El astrónomo y físico italiano Galileo Galilei, observó que el periodo de oscilación es independiente de la amplitud, al menos para pequeñas oscilaciones. En cambio, éste depende de la longitud del hilo. El período de la oscilación de un péndulo simple restringido a oscilaciones de pequeña amplitud puede aproximarse por: (Ec.21) √

(21)

3.3.7 Regresion lineal. El término regresión fue introducido por Galton en su libro “Natural inheritance” (1889) refiriéndose a la “ley de la regresión universal” Hoy en día el sentido de regresión es el de predicción de una medida basándonos en el conocimiento de otra. 24 3.3.8 Análisis de las fuerzas que actúan en un péndulo simple. El péndulo es un ejemplo sencillo de M.A.S Al colocar una masa m de un hilo colgado e inextensible (y de longitud l) y desplazar ligeramente el hilo se produce una oscilación periódica. Para estudiar la oscilación se proyectan las fuerzas que se ejercen sobre la masa m. 25 Figura 9. Fuerzas que actúan en el péndulo.

Fuente. www.ual.es/~mnavarro/Tema%205%20Oscilaciones.pdf

Si se considera únicamente el desplazamiento tangencial ala trayectoria y aplicando la segunda ley de Newton; (Ec.22)

(22) 24-25. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/pendulo/pendulo.htm

39

La otra componente de la gravedad se contrarresta con la tensión. La segunda ley de Newton dice que

, en este caso fuerza es igual -

, la aceleración es la doble derivada del arco s de hay se obtiene el resultado de la ecuación 22.

y el arco s es igual

Esta ecuación diferencial se resuelve con la aproximación siguiente: suponiendo que la longitud l es mucho mayor que el arco s y que el desplazamiento angular es pequeño, con lo que sen y la ecuación diferencial queda: (Ec.23) (23) Se toma la ecuación 36 y se divide por la longitud de la cuerda, en esta ecuación se dice que sen debido al fenómeno conocido como isocronismo de las pequeñas oscilaciones, descubierta por Galileo hacia el año 1581, en la catedral de Pisa, en la cual compara el valor de un ángulo en radianes y el seno de este. 26 3.4 MOVIMIENTO PARABOLICO. Se denomina movimiento parabólico al realizado por un objeto cuya trayectoria describe una parábola. Se corresponde con la trayectoria ideal de un proyectil que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme. En realidad, cuando se habla de cuerpos que se mueven en un campo gravitatorio central (como el de La Tierra), el movimiento es elíptico. En la superficie de la Tierra, ese movimiento es tan parecido a una parábola que perfectamente podemos calcular su trayectoria usando la ecuación matemática de una parábola. La ecuación de una elipse es bastante más compleja. Al lanzar una piedra al aire, la piedra intenta realizar una elipse en uno de cuyos focos está el centro de la Tierra. Al realizar esta elipse inmediatamente choca con el suelo y la piedra se para, pero su trayectoria es en realidad un "trozo" de elipse. Es cierto que ese "trozo" de elipse es casi idéntico a un "trozo" de parábola. Por ello utilizamos la ecuación de una parábola y lo llamamos "tiro parabólico". Si nos alejamos de la superficie de la Tierra sí tendríamos que utilizar una elipse (como en el caso de los satélites artificiales). El movimiento parabólico puede ser analizado como la composición de dos movimientos rectilíneos: un movimiento rectilíneo uniforme horizontal y un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado vertical. 26. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/pendulo/pendulo.htm

40

El tiro parabólico tiene las siguientes características: Conociendo la velocidad de salida (inicial), el ángulo de inclinación inicial y la diferencia de alturas (entre salida y llegada) se conocerá toda la trayectoria. Los ángulos de salida y llegada son iguales. La mayor distancia cubierta o alcance se logra con ángulos de salida de 45º. Para lograr la mayor distancia fijado el ángulo el factor más importante es la velocidad. Se puede analizar el movimiento en vertical independientemente del horizontal. 27.

3.4.1 Media aritmética. En matemáticas y estadística, la media aritmética (también llamada promedio o implemente media) de un conjunto finito de números es el valor característico de una serie de datos cuantitativos objeto de estudio que parte del principio de la esperanza matemática o valor esperado, se obtiene a partir de la suma de todos sus valores dividida entre el número de sumandos. Cuando el conjunto es una muestra aleatoria recibe el nombre de media muestral siendo uno de los principales estadísticos muéstrales. Expresada de forma más intuitiva, podemos decir que la media (aritmética) es la cantidad total de la variable distribuida a partes iguales entre cada observación.

∑ ̅

(24)

3.4.2 Desviación estándar. La desviación estándar o desviación típica (denotada con el símbolo σ o s, dependiendo de la procedencia del conjunto de datos) es una medida de dispersión para variables de razón (variables cuantitativas o cantidades racionales) y de intervalo. Se define como la raíz cuadrada de la varianza de la variable. Para conocer con detalle un conjunto de datos, no basta con conocer las medidas de tendencia central, sino que necesitamos conocer también la desviación que presentan los datos en su distribución respecto de la media aritmética de dicha distribución, con objeto de tener una visión de los mismos más acorde con la realidad al momento de describirlos e interpretarlos para la toma de decisiones. 25 ∑(

√

̅ )

(25)

27. http://rsta.pucmm.edu.do/tutoriales/fisica/leccion6/6.1.htm 28. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/oscilaciones/mas/mas.htm

41

4. MARCO LEGAL El presente libro se enmarca dentro de los lineamientos legales establecidos mediante las leyes y disposiciones que lo rigen así:

4.1. LEY 1286 DE 2009 CONGRESO DE LA REPÚBLICA

Por la cual se modifica la Ley 29 de 1990, se transforma a Colciencias en Departamento Administrativo, se fortalece el Sistema Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación en Colombia y se dictan otras disposiciones. EL CONGRESO DE COLOMBIA DECRETA: CAPITULO I. DISPOSICIONES GENERALES.

ARTÍCULO 1o. OBJETIVO GENERAL. El objetivo general de la presente ley es fortalecer el Sistema Nacional de Ciencia y Tecnología y a Colciencias para lograr un modelo productivo sustentado en la ciencia, la tecnología y la innovación, para darle valor agregado a los productos y servicios de nuestra economía y propiciar el desarrollo productivo y una nueva industria nacional.

ARTÍCULO 2o. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Por medio de la presente Ley se desarrollan los derechos de los ciudadanos y los deberes del Estado en materia del desarrollo del conocimiento científico, del desarrollo tecnológico y de la innovación, se consolidan los avances hechos por la Ley 29 de 1990, mediante los siguientes objetivos específicos:

42

1. Fortalecer una cultura basada en la generación, la apropiación y la divulgación del conocimiento y la investigación científica, el desarrollo tecnológico, la innovación y el aprendizaje permanentes. 2. Definir las bases para la formulación de un Plan Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación. 3. Incorporar la ciencia, la tecnología y la innovación, como ejes transversales de la política económica y social del país. 4. Transformar el Instituto Colombiano para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología “Francisco José de Caldas” -Colciencias-, actualmente establecimiento público del orden nacional, en el Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación que se denominará Colciencias. 5. Transformar el Sistema Nacional de Ciencia Tecnología en el Sistema Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación -SNCTI-.

6. Fortalecer la incidencia del SNCTI en el entorno social y económico, regional e internacional, para desarrollar los sectores productivo, económico, social y ambiental de Colombia, a través de la formación de ciudadanos integrales, creativos, críticos, proactivos e innovadores, capaces de tomar decisiones trascendentales que promuevan el emprendimiento y la creación de empresas y que influyan constructivamente en el desarrollo económico, cultural y social. 7. Definir las instancias e instrumentos administrativos y financieros por medio de los cuales se promueve la destinación de recursos públicos y privados al fomento de la Ciencia, Tecnología e Innovación.

8. Articular y optimizar las instancias de liderazgo, coordinación y ejecución del Gobierno y la participación de los diferentes actores de la política de Ciencia, Tecnología e Innovación. 9. Fortalecer el desarrollo regional a través de políticas integrales de descentralización e internacionalización de las actividades científicas, tecnológicas y de innovación, de acuerdo con las dinámicas internacionales.

10. Orientar el fomento de actividades científicas, tecnológicas y de innovación hacia el mejoramiento de la competitividad en el marco del Sistema Nacional de Competitividad. 43

11. Establecer disposiciones generales que conlleven al fortalecimiento del conocimiento científico y el desarrollo de la innovación para el efectivo cumplimiento de la presente ley. ARTÍCULO 3o. BASES PARA LA CONSOLIDACIÓN DE UNA POLÍTICA DE ESTADO EN CIENCIA, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN. Además de las acciones previstas en el artículo 2o de la Ley 29 de 1990 y la Ley 115 de 1994, las políticas públicas en materia de estímulo y fomento de la ciencia, la tecnología y la innovación, estarán orientadas por los siguientes propósitos:

1. Incrementar la capacidad científica, tecnológica, de innovación y de competitividad del país para dar valor agregado a los productos y servicios de origen nacional y elevar el bienestar de la población en todas sus dimensiones. 2. Incorporar la investigación científica, el desarrollo tecnológico y la innovación a los procesos productivos, para incrementar la productividad y la competitividad que requiere el aparato productivo nacional. 3. Establecer los mecanismos para promover la transformación y modernización del aparato productivo nacional, estimulando la reconversión industrial, basada en la creación de empresas con alto contenido tecnológico y dando prioridad a la oferta nacional de innovación. 4. Integrar esfuerzos de los diversos sectores y actores para impulsar áreas de conocimiento estratégicas para el desarrollo del país. 5. Fortalecer la capacidad del país para actuar de manera integral en el ámbito internacional en aspectos relativos a la ciencia, la tecnología y la innovación. 6. Promover la calidad de la educación formal y no formal, particularmente en la educación media, técnica y superior para estimular la participación y desarrollo de las nuevas generaciones de investigadores, emprendedores, desarrolladores tecnológicos e innovadores. 7. Promover el desarrollo de estrategias regionales para el impulso de la Ciencia, la Tecnología y la Innovación, aprovechando las potencialidades en materia de recursos naturales, lo que reciban por su explotación, el talento humano y la biodiversidad, para alcanzar una mayor equidad entre las regiones del país en competitividad y productividad. 44

ARTÍCULO 4o. PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE LA ACTIVIDAD DE FOMENTO Y ESTÍMULO. Los principios y criterios que regirán el fomento, desarrollo y fortalecimiento de la ciencia, la tecnología y la innovación, así como las actividades de investigación que realicen los organismos y entidades de la administración pública, serán los siguientes:

1. Evaluación. Los resultados de las actividades de investigación y desarrollo tecnológico que sean objeto de fomento, apoyo o estímulo, en términos de esta Ley, serán evaluados y se tomarán en cuenta para el otorgamiento de apoyos posteriores. 2. Participación en la toma de decisiones. Las comunidades científicas y los sectores sociales y productivos participarán en la formulación y en la determinación de las políticas generales en materia de ciencia, tecnología e innovación, en los temas que determine el Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación -Colciencias-.

3. Descentralización. Los instrumentos de apoyo a la ciencia, la tecnología y la innovación deben ser promotores de la descentralización territorial e institucional, procurando el desarrollo armónico de la potencialidad científica y tecnológica del país, buscando así mismo, el crecimiento y la consolidación de las comunidades científicas en los departamentos y municipios. 4. Revisión y actualización. Las políticas y estrategias de apoyo al desarrollo científico, tecnológico y de innovación, deben ser periódicamente revisadas y actualizadas, de manera que impacten el aparato productivo nacional. 5. Transparencia. Las instituciones, programas, proyectos y personas objeto de apoyo, se podrán seleccionar mediante convocatorias públicas, basadas en criterios de mérito y calidad. 6. Continuidad, oportunidad y suficiencia. El apoyo a las actividades científicas, tecnológicas e innovadoras debe ser continuo, oportuno y suficiente para garantizar su crecimiento y sostenibilidad. 7. Divulgación. Las instituciones pertenecientes al Sistema Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación -SNCTI- que reciban apoyo del Gobierno Nacional, deben dar cumplimiento a lo dispuesto en el artículo 5o de la Ley 29 de 1990 y divulgar los resultados de sus investigaciones y desarrollos tecnológicos y de 45

innovación, sin perjuicio de los derechos de propiedad intelectual correspondientes, y de la información que, por razón de su naturaleza, tenga carácter de reserva. 8. Protección. El Estado promoverá el desarrollo de políticas e instrumentos para administrar, evaluar, proteger y reconocer la propiedad intelectual de los desarrollos en ciencia, tecnología e innovación.

4.2 APORTE DEL PROYECTO Con nuestro trabajo de grado nos pudimos dar cuenta que fortalecemos una cultura de generación de conocimientos e investigación científica en el área de la Física mecánica, también promovemos el desarrollo tecnológico y la innovación a la ESCUELA DE COMUNICACIONES. Y lo anterior está enmarcado en la ley 1286 del 2009. Artículo 2. Objetivos específicos, numeral 1.

46

5. METODOLOGIA

5.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN El laboratorio de física mecánica implementa un enfoque de investigación cualitativo se utiliza primero para descubrir y refinar preguntas de investigación. A veces, pero no necesariamente, se prueban hipótesis. Con frecuencia se basa en métodos de recolección de datos sin medición numérica, como las descripciones y las observaciones. 5.1.1. Línea de investigación Desarrollo Académico: Difusión y desarrollo de contenidos para su exposición y mejor entendimiento, gestión de aprendizaje en disciplinas afines como física y razonamientos mecánicos. 5.1.2Técnicas de recolección de información Los métodos utilizados para recopilar datos fueron las entrevistas, inspección de registros (revisión en el sitio) y observación. Estas técnicas son estructurales, confiables, brindan injerencia del investigador y objetividad. 5.2 POBLACIÓN, TÉCNICAS Y HERRAMIENTAS Para el desarrollo del proyecto y determinar la viabilidad del mismo, se obtuvo información de la siguiente manera: La población objeto del presente estudio son todos los Estudiantes de la Educación superior de la Escuela de comunicaciones del Ejercito Nacional.

5.2.1 Hipótesis ¿Es posible desarrollar prototipos experimentales que se puedan llevar a cabo para comprobar las maravillas de la física, combinadas con razonamientos mecánicos? Esto con el fin de poner en práctica la teoría, sin dudar en tener en cuenta las demostraciones. Tratándose básicamente de experimentos, pero no de cualquier tipo, sino relacionados íntimamente con la física mecánica.

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5.2.2 Variables Correcto uso de cada uno de los prototipos a utilizar por parte de los estudiantes. Entendimiento de cada una de las guis para el desarrollo de los laboratorios. 5.3 ETAPAS DE DESARROLLO Tabla 1. Etapas de desarrollo

PRIMERA ETAPA • Etapa diagnostica • realizar investigacion de temas relacionados con fisica clasica de acuerdo al pensum academico.

SEGUNDA ETAPA

TERCERA ETAPA

• realizacion de los primeros prototipos

• Adecuacion de los prototipos experimentales de acuerdo a los resultados obtenidos en las pruebas de campo

Fuente. Equipo investigador

5.3.1. Primera etapa

Durante esta primera fase se hicieron investigaciones de acurdo a los temas propuestos por el personal de docentes y con esto poder implementar un laboratorio de física mecánica, para el beneficio del personal de estudiantes de la Educación superior, todo esto dentro del pensum académico.

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5.3.2. Segunda etapa

En Esta fase se elaboran los primeros prototipos de acuerdo a las investigaciones, se diseñan en madera y se realizaron mediciones, pruebas de campos con el personal de estudiantes, con la colaboración del docente de la materia, así se elaboraron los primeros prototipos y puestos a consideración. (Ver fotografía 8 y 9).

5.3.3. Tercera etapa.

Esta etapa es la fase de consolidación o de terminación de cada uno de los diseños, como lo es la de cambiar el material de construcción en madera por un material mucho más resistente como lo es el metal, reemplazamos la madera por partes metálicas y utilización del acrílico para algunas reglas de medición, dándole un mejor diseño y combinación a estos, permitiendo una mayor durabilidad y fácil manejo. 5.4. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Tabla.2. Cronograma de Actividades

FUENTE. Equipo investigador

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Tabla.3. Cronograma de Actividades

Fuente. Equipo investigador

5.5. COSTOS

ITEM PLANO INCLINADO LEY DE HOOKE TIRO PARABOLICO PENDULO SIMPLE PAPELERÍA ASESORÍAS EXTERNAS ACCESORIOS ADICCIONALES(Maletacronometro-calibradoresgoniómetro-cinta métricametro- resortes-dinamómetro) TRANSPORTE TOTAL

CANTIDA D 1 1 1 1 -

COSTO UNITARIO 370.000 290.000 280.000 350.000 300.000 300000 600.000

COSTO TOTAL 370.000 290.000 280.000 350.000 300.000 300.000 600.000

-

200.000

200.000 2.690.000

FUENTE. Equipo Investigador

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6. DISEÑO INGENIERIL El proyecto de implementación del Laboratorio de física Mecánica consiste en la adquisición de una serie de prototipos experimentales necesarios que permitan atender a grupos de alumnos que se encuentren adelantando las carreras tecnológicas que la Escuela de Comunicaciones tiene en su pensum académico. El laboratorio de física Mecánica ofrece cinco prácticas en la que abarcan los siguientes temas: Mediciones. Plano inclinado. Coeficiente de fricción (comportamiento de diferentes materiales). Ley de Hooke (constante de elongación de los resortes) Tiro parabólico ( distancia recorrida de acuerdo al Angulo de inclinación) Péndulo simple (número de oscilaciones, ángulo de partida y longitud de la cuerda o nylon).

Considerando por sesión de práctica de 02 horas en las asignaturas que se detallan en el transcurso de la materia y que están orientadas a las actividades de comprensión de los fenómenos que la física tiene en lo referente a los fenómenos mecánicos o físicos simple. Se estima atender un promedio de 90 alumnos por día, lo que equivale decir 450 alumnos por semana y por Ciclo Académico y un total de 900 alumnos por año. Las áreas que serán equipadas son la física mecánica.

Los servicios del laboratorio de física mecánica son requeridos por los alumnos de tecnología en electrónica y comunicaciones, básico de comunicaciones y de futuras carreras universitarias que la Escuela de Comunicaciones quiera implementar, el primer prototipo es el referente a plano inclinado; Con la realización de este proyecto podemos evidenciar el fenómeno físico de movimiento Rectilíneo uniforme (MRU), descomposición de fuerzas y Fricción. A continuación se inicia con el primer prototipo así: 6.1 PLANO INCLINADO Y COHEFICIENTE DE FRICCION Se inició por elaborar un primer diseño del plano inclinado en madera, como se muestra en la fotografía 8. Con el cual se elaboraron prácticas de campo y poder hallar el coeficiente de fricción del material con el que estaba construido, se tomaron los datos y se hicieron las comparaciones de la parte practica con la teoría dada por el docente. 51

Fotografía 8. Plano inclinado y coeficiente de fricción

Fuente. Equipo investigador

Después de estos avances se procede a mejorar este y utilizando madera y partes en material acrílico, con la cual se hicieron las prácticas de acuerdo a las guías elaboradas para este prototipo. Se pudo evidenciar que en la mayoría, el material utilizado fue madera y este no cumplía con las características como son la durabilidad y resistencia, como nos muestra la fotografía 9. Fotografía 9. Plano inclinado en madera

Fuente. Equipo investigador

Proceso terminado en madera como se puede observar en la fotografía 9, pero no lleno las expectativas por el material con que fue construido y para esto se procedió a elaborarlo en material metálico y minimizar por completo la madera y se utilizó los siguientes materiales, laminas en acero , tornillos, remaches etc. Primeramente se elaboró el bloque para el plano inclinado en material galvanizado, el cual se trabajó en una maquina dobladora para darle los 52

acabados tales como pliegues, se utilizaron materiales como tornillos, bisagras, una polea, todo esto para darle un acabado perfecto al bloque. (Ver Fotografía 10). Fotografía 10. Elaboración del bloque laminas galvanizadas (plano inclinado)

Fuente. Equipo investigador

6.1.1 composición e implementación de elementos (plano Inclinado) Este prototipo está compuesto por los siguientes elementos o adicionales para el funcionamiento del mismo y estos son: Carro de hall: Consiste en un carro de tres o cuatro ruedas con barras en los extremos para colocar pesas con ganchos o cuerdas y así aplicar fuerzas, es útil para experimentos en donde se determinan las leyes de Isaac Newton, conceptos de Fuerza, Fricción, Trabajo, Potencia y Energía Mecánica de un objeto en reposo o en movimiento. (Ver fotografía 11). Fotografía 11. Carro de hall

Fuente. Equipo investigador

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Bloque con regla numerada: está elaborada en material metálico, consta de un transportador para la graduación de los ángulos de manera vertical, para así lograr la inclinación deseada. Posee una polea plástica y base metálica, una cuerda o cáñamo para el deslizamiento del carro de hall o bloque (madera, hierro, tela). (Ver fotografía 12). Fotografía 12. Bloque del plano inclinado y coeficiente de fricción

Fuente. Equipo investigador

Transportador vertical: nos permite seleccionar el grado de inclinación para hallar el coeficiente de fricción de diferentes materiales. (Ver fotografía 13). Fotografía 13. Transportador vertical

Fuente. Equipo investigador

Polea: herramienta empleada en diferentes actividades, para múltiples usos. Es la guía de la cuerda o cáñamo. Estructura metálica, esfera plástica. (Ver fotografía 14).

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Fotografía 14. Polea

Fuente. Equipo investigador

Fotografía 15. Prototipo Terminado (Plano inclinado)

Fuente. Equipo investigador.

6.2 LEY DE HOOKE La ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, establece la relación entre el alargamiento o estiramiento longitudinal y la fuerza aplicada. La elasticidad es la propiedad física en la que los objetos son capaces de cambiar de forma cuando actúa una fuerza de deformación sobre un objeto. El objeto tiene la capacidad de regresar a su forma original cuando cesa la deformación. Depende del tipo de material. Los materiales pueden ser elásticos o inelásticos. Los materiales inelásticos no regresan a su forma natural. 55

Para la elaboración de este prototipo se utilizaron materiales como hierro, acrílico y accesorios metálicos, se inició por la implementación de una varilla guía la cual se elaboró en un torno para hacer la rosca que coincida con la placa base. (Ver fotografía 16). La placa base fue construida por un laboratorio llamado ABC el cual la elaboro de acuerdo a recomendaciones, esta es totalmente metálica, en base a hierro fundido. Fotografía 16. Varilla guía y placa Base.

Fuente. Equipo Investigador

Después de hacer coincidir estos elementos, se procede a implementar una regla en acrílico que permitiera moverla de manera vertical, la decisión de utilizar este material, es porque permite trabajar mejor la numeración, su durabilidad y resistencia.

Fotografía 17. Regla milimetrada en Acrílico

Fuente. Equipo investigador

Después de realizada la regla se procede a realizar una guía de medición o referencia en la medida, entonces se implementó una nuez de fijación metálica 56

que estuviera acorde a la varilla guía y en esta poder colocar los resortes sin ningún problema, sin afectar el diseño del prototipo. (Ver fotografía 18). Fotografía 18. Nuez de fijación

Fuente. Equipo Investigador

Los resortes o muelles utilizados fueron (ver fotografía 19) Fotografía 19. Resortes o muelles

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Fuente. Equipo Investigador

Fotografía 20. Prototipo Terminado LEY DE HOOKE

Fuente. Equipo investigador

6.3 TIRO PARABOLICO Cuando un objeto es lanzado con cierta inclinación respecto a la horizontal y bajo la acción solamente de la fuerza gravitatoria su trayectoria se mantiene en el plano vertical y es parabólica. Para la elaboración de este proyecto o prototipo se utilizaron materiales tales como: acrílicos, madera, metal y hierro fundido, para este diseño se tuvo en cuenta el ámbito militar, ya que se construyó en base a un mortero de 120 mm utilizado por la artillería del ejército nacional, de tal forma que se pudiera entender mejor y estudiar los fenómenos relacionados con este tema. Entonces se inició por elaborar un tubo de material galvanizado y se le coloco un resorte interno de gran durabilidad y buena elongación que permitiera siempre ejercer la misma fuerza de lanzamiento del proyectil o balín. (Ver fotografía 21).

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Fotografía 21. Tubo galvanizado

Fuente. Equipo Investigador

A este tubo galvanizado le fue soldado una mariposa en el disparador para darle un mejor agarre y mejor estética. (Ver fotografía 22).

Fotografía 22. Soldadura pieza.

Fuente. Equipo Investigador

Después se construyó en material acrílico las ruedas del mortero y agregamos unas mediciones en grados, que permitiera hacer las elevaciones. Se elaboraron 59

dos piezas acrílicas y permitiendo la visibilidad de los diferentes angulos (ver fotografía 23). Fotografía 23. Pieza Acrílica en grados

Fuente. Equipo Investigador

Ya hechas las dos piezas son ancladas en una tabla de madera (MDF), para ir dándole forma al prototipo (ver fotografía 24)

Fotografía 24. Instalación madera

Fuente. Equipo Investigador

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Fotografía 25. Armado Tiro Parabólico

Fuente. Equipo Investigador

Para llegar a terminar dicho prototipo y de acuerdo a las consideraciones por parte de los docentes durante las pruebas de campo, se toma la determinación que este prototipo debe quedar sobre una base más alta y de mayor peso, permitiéndole hacer todas las inclinaciones o los grados de disparos y permanecer fijo. Prototipo Ya terminado (tiro parabólico) ver fotografía 26 Fotografía 26. Tiro parabólico ya terminado con base metálica

Fuente. Equipo Investigador

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6.4. PENDULO SIMPLE El péndulo describe una trayectoria circular y un arco de circunferencia, para esto se tiene en cuenta la masa y la tensión del hilo. Para la elaboración de dicho prototipo se implementaron una placa base, dos varillas guías, una nuez doble, un transportador en grados, una cuerda o hilo en nylon, un cronometro y una esfera argollada. (Ver fotografía 27) Fotografía 27. Elementos del péndulo simple.

Nuez doble

varilla guía y placa base

Transportador (A), cuerda (B) y esfera (C)

A

B

C

Fuente. Equipo investigador

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cronometro digital

Para reunir cada uno de los prototipos se hizo necesario la implementación de una caja plástica, que reuniera las características para la adecuación de cada uno de los elementos y por eso se hizo necesario el elaborar el diseño en espumas de polipropileno para adaptarla a la caja y que dichos elementos quedaran bien colocados de manera estética, estos cortes inicialmente se hacen en una maquina EPILOG, teniendo en cuenta las medidas de cada uno de los elementos que componen el laboratorio, para esto se procede a escanear cada elemento y luego organizarlos de acuerdo a sus volúmenes, después se procede a cortar las espumas con láser en la maquina antes mencionada. (Ver fotografía 28). Fotografía 28. Maquina laser EPILOG

FUENTE. Equipo investigador

Fotografía 29. Corte espuma polipropileno

Fuente. Equipo investigador

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Fotografía 30. Prototipo Final laboratorio de Física Mecánica Terminado

Fuente. Equipo Investigador

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7. PRUEBAS DE CAMPO Las pruebas de campo se ejecutaron en las instalaciones de la Escuela de Comunicaciones Militares y como resultados se obtuvieron: Inicialmente se realizaron pruebas con el prototipo de plano inclinado, con la ayuda del docente de la materia de física mecánica con el fin de obtener las mediciones y poder hallar el coeficiente de fricción de los diferentes materiales, al igual los diferentes ángulos de inclinación y el tiempo de desplazamiento. (ver fotografía 31 y 33). Una vez realizadas las pruebas con el prototipo plano inclinado, se procede a efectuar la guía correspondiente para este ejercicio y consignar en una tabla los datos correspondientes y de acuerdo a los resultados obtenidos de la parte práctica comparamos los resultados con la parte teórica. Se realizó la práctica para el ejercicio de tiro parabólico, se establece un ejercicio a los estudiantes de la tecnología nocturna, se toman diferentes ángulos de elevación y la distancia que alcanza el proyectil, estos datos son consignados en una tabla de acuerdo a la guía establecida para dicho ejercicio. (ver fotografía 34, 35 y 36).

Fotografía 31. Pruebas de campo Plano Inclinado (Tecnología Diurna)

Fuente. Equipo Investigador.

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Fotografía 32. Pruebas de campo (Coeficiente de fricción)

Fuente. Equipo Investigador Figura. 33. Pruebas de campo fricción con un Dinamómetro (Tecnología Nocturna)

Fuente. Equipo Investigador

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Fotografía 34. Pruebas de campo Tiro parabólico (I semestre Nocturno)

Fuente. Equipo Investigador

Fotografía 35. Pruebas de campo (Lanzamiento del balín)

Fuente. Equipo investigador

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Fotografía 36. Distancia recorrida por el proyectil (balín)

Fuente. Equipo investigador

Fotografía 37. Pruebas de campo Ley de Hooke (I semestre Nocturna).

Fuente. Equipo Investigador

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Fotografía 38. Pruebas de Campo Ley de Hooke

Fuente. Equipo Investigador

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8. RECOMENDACIONES

El trabajo en un laboratorio involucra el uso de equipamientos y otros elementos cuyos riesgos es necesario conocer y que será necesario prevenir en todos los casos. Queremos hacer énfasis, a su vez, en que considerar las cuestiones de seguridad en el laboratorio no es un requisito formal, pero si indispensable para el correcto uso de cada uno de los elementos que lo componen. El trabajo incorrecto de estos puede producir lesiones e incluso el deterioro de los mismos. Se requiere el uso del manual del usuario y previa coordinación con el docente de la materia. A futuro se recomienda tratar de implementar este tipo de laboratorio con elementos electrónicos lo que les daría una mayor capacidad de disminución de errores en las mediciones de diferentes magnitudes.

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9. CONCLUSIONES

Estos proyectos resaltan la importancia que tiene la física en su intento de describir los fenómenos naturales con exactitud y veracidad, ha llegado a límites impensables, nuestro conocimiento actual abarca desde la descripción de partículas fundamentales microscópicas, el nacimiento de las estrellas en el universo e incluso el conocer con una gran probabilidad lo que aconteció los primeros instantes del nacimiento de nuestro universo, por citar unos pocos conocimientos. Se puede concluir en la elaboración de un prototipo de plano inclinado, que este permite elaborar diferentes ejercicios, en lo correspondiente a la obtención del coeficiente de fricción que tienen muchos materiales utilizados en el proceso experimental, además la utilización de este para ejercicios de fuerza, aceleración, etc. Se elaboró un prototipo de ley de Hooke, con este se evidencia la resistencia que tienen los resortes y hasta donde alcanzan su mayor elongación, hallando su constante de estiramiento. Se implementó un diseño de péndulo simple, el cual permite calcular la gravedad contar y llevar unos datos, teniendo en cuenta factores de medición como el tiempo y la longitud. Se elaboró un aparato para tiro parabólico, esta ambientación se realizó, teniendo en cuenta el ámbito militar por su apariencia a un mortero de 120 milímetros. Es de resaltar, la consecución de un laboratorio que cuenta con unos ejercicios iniciales como son las mediciones en cada uno de los experimentos con los diferentes prototipos a utilizar; esto es lo primero que se debe de aprender antes de iniciar cualquier tipo de experiencia, por tal razón es de vital importancia saber utilizar los elementos de medición, tales como metros, pie de rey, cronómetros, balanzas, etc.

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Estos prototipos al ser implementado se convierte en una herramienta básica para enfocar mejor a los estudiantes y al docente en poder comparar mediciones obtenidas durante la teoría y los fenómenos observados durante la práctica y así sacar sus propias conclusiones. Concluimos que la física es una ciencia teórica, que se basa en estudios experimentales. La física, de la misma manera que todas las ciencias, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros. Dada la amplitud del campo de estudio de la física, así como su desarrollo histórico en relación a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a la química y a la biología, además de explicar sus fenómenos.

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BIBLIOGRAFIA

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