Objetivo
El propósito de esta práctica de laboratorio fue evaluar el aumento de la velocidad con el tiempo durante una caída libre. Además, para determinar la posición desde el inicio de la caída.
Hipótesis
Se plantea la hipótesis de que el objeto que se deja caer sufrirá un cambio gradual en aceleración. La aceleración del objeto en el gráfico velocidad-tiempo será la gravedad (9,81 m/s^2). Y la gráfica velocidad-tiempo será una línea recta.
Materiales
– Abrazadera C
– Metro
– Masa (50g)
– Almohadón
– Grabación de cinta con temporizador
– Papel cuadriculado
– Temporizador de grabación
– Fuente de alimentación
– Soporte de retorta largo
– Cinta adhesiva
Procedimiento
Utilicé la tabla de la hoja de laboratorio proporcionada para diseñar una tabla para mis resultados. Mis compañeros de laboratorio y yo fijamos un temporizador de grabación en posición vertical sobre el suelo, como se muestra en la figura 1. Usamos cinta adhesiva para fijar una masa de 50 g al extremo de la cinta de grabación de 121 cm. Pasamos la cinta de grabación a través del temporizador y mantuvimos el extremo superior vertical para minimizar la fricción entre el temporizador y la cinta.
Iniciamos el cronómetro y luego soltamos la masa de 50g. Posteriormente, analizamos individualmente la cinta que había sido marcada en intervalos de 6 puntos. Cada sexto punto es 0,1 s. Medí y registré los desplazamientos correspondientes a los intervalos de 6 puntos en la tabla 1. Calculé y registré la velocidad promedio para cada intervalo de 6 puntos. Tracé una gráfica de velocidad contra el tiempo usando los intervalos de medio tiempo.
Calculé la pendiente de la gráfica velocidad-tiempo, lo que me dio la aceleración en cm/s^2. Medí y registré la posición desde el inicio de la cinta correspondiente a cada intervalo de medio tiempo y luego tracé un gráfico de velocidad-posición usando las velocidades que registré. Luego respondí todas las preguntas dadas.
Observaciones
Tiempo t(s)
0,1 s
0,2 s
0,3 s
0,4 s
0,5 s
0,6 s
Desplazamiento (cm)
2,5 cm
9,2 cm
15,6 cm
26,5 cm
31,3 cm
36,2 cm
Velocidad media (cm/s)
25 cm/s
92cm/s
156cm/s
265cm/s
313cm/s
362cm/s
Tiempo t(s)
0,05s
0,15s
0,25s
0,35s
0,45s
0,55s
Posición desde el inicio (cm)
1,25 cm
5,85 cm
13,65 cm
26,9 cm
42,55 cm
60,65 cm
Cálculos
La velocidad promedio se encontró dividiendo el cambio en el tiempo por el desplazamiento. La ecuación fue la siguiente.
Válvula = Δd/ Δt
Un ejemplo de cálculo sería 0,2 segundos, cuando el desplazamiento es de 9,2 cm. Para encontrar la velocidad promedio hice lo siguiente:
Válvula = Δd/ Δt
= 9,2 cm/0,1 s
= 92cm/s
Por lo tanto, a 0,2 s, la velocidad promedio fue de 92 cm/s.
La aceleración se encontró encontrando la pendiente de la gráfica de velocidad-tiempo.
m = (y2-y1)/(x2-x1), en este caso
a = (v2-v1)/(t2-t1)
= (362cm-25cm)/ (0,55s-0,05s)
= 337cm/0,50s
= 674 cm/s^2 (*nota: Para convertir a metros, dividí (674 cm/s^2) entre 100)
= 6,74m/s^2
Por lo tanto, la aceleración total fue de 6,74 m/s^2, lo que puede deberse a errores experimentales y de cálculo.
Análisis
1. La gráfica velocidad-tiempo está en línea recta, lo que significa que iba con una aceleración constante. Iba en una dirección positiva (consulte el gráfico 1).
2. La relación entre el cambio de velocidad y el tiempo transcurrido fue que la velocidad aumenta constantemente a medida que aumenta el tiempo, por lo tanto, eran proporcionales.
3. La pendiente de la gráfica de velocidad-tiempo aceleraba 6,74 m/s^2.
4. El gráfico de posición de velocidad (consulte el gráfico 2) fue curvo porque cambiar la velocidad significa cambiar la pendiente.
5. El cambio de velocidad de un objeto en caída libre fue directamente proporcional al desplazamiento. Es directamente proporcional al tiempo. Esto se debió a que a medida que aumenta el tiempo, la velocidad cambia a un ritmo constante. Debido a un cambio de velocidad, hubo un cambio de desplazamiento. Dada la fórmula vf = vi +at y d = (vf +vi/2). Sabemos que la velocidad cambia con t = tiempo y el desplazamiento cambia con v = velocidad.
Errores
Después de realizar el experimento, se observaron varios errores. Un error podría estar en los cálculos del Cuadro 1. El error previsto era que las cifras se habrían redondeado y no habrían sido completamente precisas.
Otro error sistemático es que la regla no es 100% precisa al medir; puede estar desviado en 0,5 mm. Un error aleatorio que ocurrió fue que un miembro del grupo soltó el objeto, no en sincronización con el cronómetro, lo que pudo haber obstaculizado el proceso de grabación de puntos en la cinta.
Conclusión
Llegué a la conclusión de que la gráfica velocidad-tiempo iba en línea recta. Mi hipótesis era sólo parcialmente correcta. En lugar de que la aceleración fuera de 9,81 m/s^2 como supuse, en realidad fue de 6,73 m/s^2 cuando se calculó debido a errores de cálculo y experimentales.