Informes Fisca Calor Y Ondas
Informes Fisca Calor Y Ondas
Informes Fisca Calor Y Ondas
Con este informe se pretende demostrar que la física no es sólo una ciencia
teórica; sino a su vez es una ciencia experimental. Además por medio de las
prácticas realizadas se pretende evidenciar los fenómenos de la física que hemos
estudiando durante este bloque en Física II, Calor y Ondas.
La información de este informe ha sido consultada en varias fuentes de internet y
los datos han sido recolectados de las prácticas realizadas en el laboratorio.
1
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
OBJETIVOS ESPECIFICOS
2
LABORATORIO 1:
MOMENTO DE INERCIA
OBJETIVOS
MARCO TEORICO
Momento de inercia
PROCEDIMIENTO
Realizamos el montaje tal como lo indica la figura 1.13. (Montaje para medir
momentos de inercia)
3
Se coloca una masa m en nuestro caso de 85 g manteniendo la
cruceta quieta. Ahora se suelta la cruceta y se deje caer la masa
m a través de la altura h hasta el piso.
𝒈𝒕𝟐
𝑰 = 𝒎𝒓𝟐 ( 𝟐𝒉 − 𝟏) (1.14)
4
1. ¿Cómo obtiene el valor del momento de inercia de un solo cilindro?
2. ¿El momento de inercia obtenido para un solo cilindro es con respecto a su
propio eje? Si la respuesta es negativa, ¿Cómo se calcula el momento de
inercia del cilindro alrededor de su propio eje? Sugerencia: se aplica el
teorema de los ejes paralelos.
Se miden las dimensiones y las masas de los elementos utilizados: disco,
anillo y cilindro y con las fórmulas dadas en la tabla 1.1 se calcula el valor
teórico de sus respectivos momentos de inercia.
DESARROLLO
Datos
5
r (m) = 0,25 g (m/s)= 9.8
(1+2)/2= 0,69 Kg m2
6
Inercia promedio DISCO + CRUCETA (IC+D)
(1+2)/2= 0.017 Kg m2
7
Inercia promedio Cruceta + Disco + Anillo (IC+D+A)
(1+2)/2= 0,7485 Kg m2
1.4455Kg m2
8
ANALISIS
CONCLUSIONES
9
LABORATORIO 2:
RODADURA DE CUERPOS RIGIDOS
OBJETIVOS
MARCO TEORICO
Cuerpos rígidos como las esferas, cilindros, aros, discos, pueden rodar o tienen
movimiento de rodadura. Esto significa que a la vez que traslada también rota
respecto de un eje. Es un movimiento combinado de rotación y traslación.
PROCEDIMIENTO
Para cada objeto se mide 5 veces el tiempo que emplea rodando a lo largo de la
tabla. Se utiliza siempre la misma distancia de recorrido del objeto a lo largo de la
tabla.
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Para cada objeto se miden sus dimensiones y su masa. Se hallan las relaciones
que permitan calcular para un cuerpo rígido: a) La aceleración en función del
tiempo y la distancia recorrida. b) La aceleración en función del momento de
inercia.
DESARROLLO
DATOS
11
Altura (m) h=0,245m
Datos
Teórica
K
Objeto Depende de la geometría a= g Sen β/1+K (m/ s2 )
del objeto
ARO 1 1,225206
CILINDRO (macizo) 0,5 1,633608
ESFERA GRANDE 0,4 1,7502943
ESFERA PEQUEÑA 0,4 1,7502943
12
ANALISIS
𝑰 = 𝑴𝑹² 𝟏 𝟐
𝑰= 𝑴𝑹² 𝑰= 𝑴𝑹²
𝟐 𝟓
13
Objeto Masa (kg) r2(m) I (Kg/m2)
CONCLUSIONES
Se comparan los resultados del momento de inercia que obtiene para cada objeto
según los pasos anteriores:
14
LABORATORIO 3:
DENSIDAD DE SOLIDOS
OBJETIVOS
MARCO TEORICO
d=m/V
15
Para determinar la densidad de un sólido, se debe medir su masa, lo cual se logra
pesando el cuerpo en una balanza y, además medir su volumen. El volumen de un
cuerpo cuya forma geométrica sea regular y conocida (esferas, cilindros, etc.) se
puede obtener midiendo sus dimensiones.
PROCEDIMIENTO
Se propone repetir lo del numeral anterior, para las demás muestras que se
dispongan para la práctica.
Se pueden comparar los valores obtenidos para las densidades de los sólidos, con
los que se dan en esta unidad y los textos de la bibliografía.
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DESARROLLO
Datos
ρ ρ
MASA RADIO ALTURA Experimental Teórica
OBJETO
(kg) (mm) (mm)
(m3) (Kg/m3) (Kg/m3)
Datos
VOLUMEN VOLUMEN
VOLUMEN ρ ρ
MASA INICIAL FINAL
OBJETO SOLIDO Experimental Teórica
(kg) AGUA V0 AGUA Vf
Vf-V0 (ml) (Kg/m3) (Kg/m3)
(ml) (ml)
17
ANALISIS
CONCLUSIONES
18
LABORATORIO 4:
PESO APARENTE
OBJETIVOS
MARCO TEORICO
Peso Aparente
Principio de Arquímedes
19
La determinación de la densidad de sólidos por el principio de Arquímedes
consiste en determinar el empuje (E), el cual se halla realizando la diferencia entre
el peso del sólido en el aire (ws) y el peso aparente del sólido sumergido en el
líquido (wa). El volumen del líquido desalojado corresponde al volumen del sólido
sumergido.
E = w des = ws - w a = VdL
PROCEDIMIENTO
El cuerpo de forma regular se ata de un fino hilo, para así posteriormente poderlo
suspender dentro de un fluido. Inicialmente se pesa el cuerpo.
A continuación se introduce el sólido dentro del fluido tal que quede sumergido
totalmente, pero sin que toque las paredes y el fondo. ¿Qué mide la balanza?
¿Cómo se mide aquí el volumen del sólido?
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DESARROLLO
Datos
PESO VOLUMEN
PESO SIN SUMERGIDO EMPUJE
ρ Agua GRAVEDAD
OBJETO SUMERGIR O PESO E = w0
(Kg/m3) (m/s2)
w0 (N) APARENTE – w f (N)
wf (N) (m3)
Datos
VOLUMEN
ρ ρ
MASA PRINCIPIO DE
OBJETO Experimental Teórica
(kg) ARQUIMEDES
(Kg/m3) (Kg/m3)
(m3)
21
ANALISIS
CONCLUSIONES
Cuando se sumerge el sólido dentro del fluido tal que queda sumergido
totalmente la balanza mide el peso aparente del sólido.
22
LABORATORIO 5:
DENSIDAD DE LIQUIDOS
OBJETIVOS
MARCO TEORICO
Picnómetro
Si el frasco se pesa vacío, luego lleno de agua, y luego lleno del líquido en
cuestión que se desea medir su gravedad específica, la densidad específica del
líquido ya puede calcularse sencillamente.
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PROCEDIMIENTO
DESARROLLO
Datos
VOLUMEN MASA
DESCRIPCION
(ml) (kg)
50 0.0365
Picnómetro Vacío
50 0.0869
Picnómetro +H2O
50 0.0739
Picnómetro +Alcohol
50 0.0998
Picnómetro + Glicerina
ρ
LIQUIDO MASA (kg) VOLUMEN Experimental ρ Teórica
(m3) (Kg/m3) (Kg/m3)
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ANALISIS
Cuestiones de Física
CONCLUSIONES
Peso de la Arena: M1
Peso del Picnómetro + H2O: M2
Peso del Picnómetro + H2O + Arena: M3
Después de tener las masas podemos realizar los siguientes cálculos para
determinar la densidad de la Arena
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Para hallar la densidad de un sólido que no se hunde en agua primero
debemos determinar si es sólido regular o irregular. Para solidos regulares
se podría usar el método geométrico para hallar su volumen. Si es un sólido
irregular se debe buscar un líquido que sea menos denso para así poder
calcular el volumen del solido por el método de la probeta. Ya teniendo el
volumen se pesa el sólido en la balanza para averiguar su masa y así
determinar la densidad.
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LABORATORIO 6:
VISCOSIDAD
OBJETIVOS
MARCO TEORICO
Viscosidad
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LEY DE STOKES: Cuando una esfera se mueve dentro de un fluido viscoso en
reposo, se ejerce una fuerza resistente sobre la esfera. La fuerza se ejerce sobre
un cuerpo de forma cualquiera, pero solo puede calcularse fácilmente en el caso
en el cual el cuerpo tenga forma esférica.
PROCEDIMIENTO
Materiales:
Balanza
Probeta
Glicerina
Cronómetro
Regla esferas
Al revisar los datos obtenidos vemos que la esfera a partir de los 40 cm estabiliza
su velocidad, (velocidad limite), esto sucede debido a que la esfera parte de una
velocidad 0 actuando sobre ella la fuerza de rozamiento, el peso y el empuje. Fig.
1
28
La velocidad limite, se alcanza cuando la aceleración sea 0, es decir cuando la
resultante de las fuerzas que actúan sobre la esfera es cero.
ecuación (1)
Fig. 1
Cuando la esfera dentro del líquido descienda con velocidad constante, la fuerza
de resistencia es:
29
(Ecuación 3)
DESARROLLO
Datos
30
ENTONCES:
Cuando el objeto hace contacto con el fluido aparece el empuje hacia arriba,
entonces las fuerzas que actúan en el objeto son:
E +Fv-p=m.a
Una vez el objeto está sumergido aparece una fuerza viscosa del fluido y esta
depende de la velocidad, es directamente proporcional a la velocidad del objeto,
esta fuerza viscosa iguala el sistema a las condiciones de equilibrio.
E+Fv-mg=0
V=4/3 π R^3
31
V=7,96 X 10^-7 m3
d=m/v
d= 0,0018 kg / 7,96x10^-7
d= 2261,3065 kg/m3
Despejamos la viscosidad η
n =0.43Nm/s
ANALISIS
%error= 0,63*100%
%= 63%
32
Hay muchos factores que influyen en el movimiento de una esfera más aún en un
fluido, temperatura, densidad del fluido, etc. Con solo visualizar la viscosidad de
cada medio donde se va a mover la esfera es suficiente para saber que el aire va
a ofrecer mucho menos resistencia al movimiento libre de la esfera.
¿Qué valores se obtuvieron para la viscosidad y que tan cerca están de las
predicciones teóricas?
Se obtuvo 0,43 de valor experimental para la glicerina, frente al 1.5 teórico, el
rango está muy amplio.
Por la fricción que ejerce el a gua frente a la adherencia y al peso del vehículo
con el piso mojado.
33
El problema mayor de estos aceites es que funcionen o mantengan el grado de
viscosidad frente a condiciones variantes de temperatura y humedad relativa, ellos
buscan que los aceites mantengan la viscosidad aun en condiciones adversas.
CONCLUSIONES
34
LABORATORIO 7:
DILATACION
OBJETIVOS
MARCO TEORICO
PROCEDIMIENTO
Por medio del tornillo micrométrico tome la lectura inicial de referencia del extremo
de la varilla. Cuando el tornillo haga contacto con la varilla, el bombillo se prende,
mida sobre la escala del tornillo el valor correspondiente, que es longitud inicial de
referencia de la varilla y anote su valor. A partir de este punto, separe el tornillo
dos vueltas, lo que equivale a 2 mm, para permitir que al calentar la varilla, ésta se
dilate libremente.
35
Ponga a calentar el agua hasta que el vapor de agua pase por el tubo del aparato
de dilatación y caliente la varilla. Deje salir el vapor de agua por unos minutos para
que se iguale la temperatura a lo largo de la varilla. Mida el valor de esta
temperatura en el termómetro.
Regrese el tornillo micrométrico hasta que haga contacto con la varilla y, por tanto,
prenda el bombillo. Mida en la escala del tornillo el valor correspondiente, que es
la longitud final de referencia de la varilla y anote su valor.
DESARROLLO
La varilla tiene una medida de 100cm largo, para cada uno de los materiales
diferentes
36
Imagen del montaje del experimento
Datos
LOGITUD
SOLIDO T INICIAL T FINAL DILATACION FINAL DE LA
VARILLA
SOLIDO α (°C-1)
37
1. DILATACION LINEAL
α = ΔL / Lo (Tf – Ti)
ACERO
α = 0.1250cm / 6900 cm °C
α = 1.811x10-5 / °C
ALUMINIO
α = 0.1875cm / 6900 cm °C
α = 2.717x10-5 / °C
38
COBRE
α = 0.1500cm / 7200 cm °C
α = 2.083x10-5 / °C
ANALISIS
Acero
% E = 1.200 x 10-5 - 1.811 x 10-5 *100 / 1.200 x 10-5
%E= 50.91
Aluminio
%E= 13.21
Cobre
%E= 22.53
CONCLUSIONES
39
También a la medida del tornillo micrométrico ya que en uno de los
montajes presento problemas para su funcionamiento
Fundamento principal del termómetro es de permitir una medida objetiva del valor
de la temperatura que posee un cuerpo.
A diferencia de un sólido, los líquidos no tiene forma específica, razón por la cual
siempre deben estar contenidos en un recipiente, en el caso de los termómetros el
material más utilizado es el vidrio el cual al ser introducido en un medio que lo
expanda o contraiga este presentara una dilatación que puede disminuir o
40
aumentar la columna de mercurio, aunque es despreciable en situaciones de
precisión puede ser objeto de error y su cambio deberá tenerse en cuenta. Así la
dilatación indicada será la dilatación del líquido menos la dilatación del recipiente
que lo contiene.
Porque es un metal líquido entre -20 ºC y 100ºC el cual dilata mucho. Se encierra
en un tubo fino (capilar) para que al dilatarse un poco avance mucho por el tubo
(cuanto más fino sea el tubo más centímetros avanza). Midiendo longitudes de la
columna podemos establecer una relación entre la dilatación y el nivel de agitación
de la sustancia a medir.
41
LABORATORIO 8:
CALORIMETRIA
OBJETIVOS
MARCO TEORICO
42
de los tres elementos se iguala en un valor final T f. La cantidad de calor cedido por
la muestra de cobre (DQ) es igual a la cantidad de calor ganado por el agua (DQ 1)
más la cantidad de calor ganado por el calorímetro (DQ2) o sea:
PROCEDIMIENTO
Ponga a calentar agua en un vaso de precipitados hasta que hierva. Pese un trozo
de aluminio e introdúzcalo por unos minutos en el agua. Mida la correspondiente
temperatura (To).
Compare el valor obtenido para el calor específico con el que se encuentra en los
textos de la bibliografía y calcule el error correspondiente. ¿A qué se debe la
diferencia de estos valores? Calcule los errores que se presentan en la práctica y
compare su valor total con el resultado del experimento. ¿En qué porcentaje
influye el no considerar el calor ganado por el agitador y el termómetro?
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DESARROLLO
Datos
44
CALOR ESPECIFICO DEL ACERO 460 J/kg°C
Qg + Qp =0
Se despeja Cacero:
C= -2218.13 / 5.366
C= 413.37 J/kg°C
Qg + Qp =0
Se despeja Cbronce:
C= -3268.23 / 9.55
C= 342.22 J/kg°C
ANALISIS
460
% E = 10.13 %
45
Bronce
% E = 360 – 342.22 * 100
360
% E = 4.93 %
CONCLUSIONES
El procedimiento debe ser similar con un líquido base como el agua con una
temperatura y una masa iniciales, el líquido problema se toma su masa y se
calienta a una temperatura específica, luego se vierte este en el calorímetro y se
agita suavemente hasta lograr una temperatura de equilibrio, el procedimiento
para hallar el calor especifico en la práctica, es el mismo que se realizó en este
experimento.
46
LABORATORIO 9:
PENDULO SIMPLE
OBJETIVOS
Hallar la forma de variación del periodo del péndulo simple con respecto a
su longitud.
MARCO TEORICO
47
Este movimiento se sucede por la acción combinada de la fuerza de tensión T,
ejercida por la cuerda y la fuerza de gravedad mg (el propio peso del objeto
oscilante). La fuerza de gravedad se puede descomponer en dos componentes
mutuamente perpendiculares; una de ellas mgCos θ, de igual magnitud pero de
sentido contrario a la tensión T.
𝑑2 𝑆
Ft = -mg Sen θ = m 𝑑𝑡 2
𝑑2 𝑆 g
+Ls=0
𝑑𝑡 2
𝑑2 𝑥 k
+ m𝑥 = 0
𝑑𝑡 2
k 𝑔
𝑤= √ =√
m L
L
T = 2 𝜋√g
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PROCEDIMIENTO:
Materiales:
Equipo de péndulo.
Nylon
Transportador
Regla o flexómetro
Ajuste la longitud del péndulo a 80 cm. Hágalo oscilar con una amplitud (máximo
ángulo con respecto a la vertical) de 12°. Después de las primeras 2 o 3
oscilaciones, mida el tiempo que demora en efectuar 5 oscilaciones completas.
Disminuya la longitud del péndulo de 10 en 10 cm. y repita la operación indicada
anteriormente.
Con los valores obtenidos en los pasos anteriores, calcule el valor del periodo
para cada longitud. Como lo hace? Halle ahora la relación entre el periodo del
péndulo y su longitud, para lo cual debe hacer una gráfica en papel milimetrado
del periodo en función de la longitud. Si la gráfica no es una línea recta, debe
linealizar la función. Hágalo por el método de los logaritmos. Exprese finalmente la
ecuación que relaciona el periodo con la longitud.
DESARROLLO
Datos
Θ=12°
N= 5 oscilaciones
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TABLA DE DATOS. LONGITUD Vs PERIODO
PROCEDIMIENTO
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Para hallar el periodo practico:
TIEMPO
Periodo
oscilaciones PROMEDIO
(s)
(S)
5 3,155 1,585
g= 4 𝜋 2∗ 𝑙 / T2
g= 4 𝜋 2*0,10 / 1,582
g= 39,47*0,10/2,49
g= 39,47*0,249
g= 9,82 m/s2
ANALISIS
CONCLUSIONES
Los errores que se presentan en la práctica que podrían llamarse comunes y que
se enfocan principalmente al manejo del cronometro y ajuste del péndulo a una
51
superficie fuerte son los que se contemplan principalmente durante el desarrollo
del laboratorio.
Sin embargo los datos que se tomaron permiten ver en la gráfica que se ajustó
muy cerca de lo real ya que evidencian datos cerca de lo requerido en los
objetivos de la práctica.
52
LABORATORIO 10:
MEDIDA DE LA VELOCIDAD DEL SONIDO
OBJETIVOS
MARCO TEORICO
V λf
Las ondas sonoras son ondas mecánicas longitudinales, que pueden propagarse
en los medios materiales (sólidos, líquidos y gases). Si el medio en que se
propaga la onda sonora es un gas, tal como el aire, la velocidad de propagación
viene dada por
β
V
ρ
β γP
53
donde es el llamado coeficiente adiabático y representa el cociente entre los
calores molares a presión y a volumen constante ( = Cp/Cv) y P es la presión del
gas (la presión atmosférica)
β
Sustituyendo la expresión β γP en V y utilizando la ecuación de estado
ρ
del gas ideal (pV = nRT) obtenemos
γRT
V
M
T0
V V0
T
Resonancia
Si, mediante una fuente sonora (un diapasón, por ejemplo) producimos una
vibración de frecuencia conocida cerca del extremo abierto de un tubo (cerrado
por el otro extremo), las ondas que se propagan a través de la columna de aire
contenida en el tubo se reflejan en sus extremos. Si la longitud de la columna de
aire se ajusta de modo que sea igual a un cuarto de la longitud de onda del tono
emitido por el diapasón, la onda reflejada llegará al extremo abierto precisamente
en fase con la nueva vibración del diapasón (en la reflexión en el extremo cerrado
se produce un salto de fase de 180º) produciéndose una intensificación en el
sonido emitido. Este fenómeno es conocido con el nombre de resonancia.
54
λ
L (2n 1) , (n 1, 2, 3,...)
4
así que la distancia que separa dos nodos (o dos vientres o antinodos)
consecutivos será de media longitud de onda.
λ 3λ
L1 e ; L2 e ;
4 4
λ 2(L 2 L1 )
(L 2 3L 1 )
e
2
Figura 1 Figura 2
55
PROCEDIMIENTO
Deje que el nivel del agua continué bajando, y produciendo nuevamente la onda
de sonido en el diapasón, localice el siguiente punto en donde hay resonancia.
Precise este punto haciendo subir el nivel del agua y márquelo con una banda de
caucho.
Repita la operación anterior y localice todos los puntos de resonancia a lo largo del
tubo.
Con el valor promedio de las distancias obtenidas, calcule la longitud de onda (l)
de las ondas de sonido en la columna de aire.
Compare los valores obtenidos para la velocidad del sonido con los dos
diapasones. ¿Cuál de estos valores es más preciso? Explique su respuesta.
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Compare el valor promedio obtenido para la velocidad del sonido v con el valor
teórico que se da en los textos y exprese el correspondiente error. ¿Qué es la
intensidad del sonido y en que unidades se mide? ¿Cuál es el valor máximo de la
intensidad que puede soportar el oído humano?
DESARROLLO
Datos
ANALISIS
57
Donde I es la intensidad de sonido, P es la potencia acústica y A es el área
normal a la dirección de propagación.
CONCLUSIONES
58
LABORATORIOS VIRTUALES
59
60
LABORATORIO 27: PRESION Y VOLUMEN DE UN GAS
61
62
LABORATORIO 29: TEMPERATURA Y VOLUMNE DE UN GAS
63
64
LABORATORIO 31: PROPIEDADES ONDULATORIAS DE LA LUZ
65
66
67
BIBLIOGRAFIA
P.A.Tipler, Física vol I y II, Editoprial Reverté, 3ra. Edición (1993) o 4ta.
Edición (en español).
68