Establecer como el modelo físico es una idealización de
la realidad y cuales son los límites de validez para las suposiciones
hechas
Planteamiento de hipótesis
La sumatoria de fuerzas externas, sobre un sistema debe ser cero
si el sistema permanece en equilibrio
Las
idealizaciones hechas para simplificar el planteamiento de los problemas limitan
el rango de validez dela solución obtenida( se presenta una desviación entre el
valor esperado teóricamente y el obtenido experimentalmente, que tan grande sea
esta desviación determina la validez del modelo)
Materiales
Instrumentos de medición disponibles
Medición de masas
-
Balanza de brazo
-
Dinamómetro
Elementos adicionales disponibles
Cuerdas, transportadores, marco metálico,
masas variadas, resortes, regla, barra metálica
Definición de variables
En esta sección Ud debe hacer explícito el tipo de variables que
va a medir, las unidades que va a utilizar y el tipo de medición que va a
efectuar(directa, indirecta etc).
La tabla que
aparece a continuación le puede servir de guía
| Nombre de la variable |
Tipo de variable |
Instrumento de medición |
Precision del instrumento |
Tipo de medición |
Método de medición |
Error esperado (%) |
Error máximo permitido |
| Masa |
Independiente |
cronómetro |
0.01seg |
directa |
comparación |
|
0.01% |
| Angulo |
Dependiente |
transportador |
1 grado |
directa |
Observación |
|
2% |
| Longitud |
|
regla |
1mm |
directa |
comparación |
|
|
| Fuerza |
Dependiente |
Dinamómetro |
|
Indirecta |
F=g*medida |
|
|
Elección de rangos, intervalos y número de
repeticiones
Ud debe determinar cual es el rango
para el cual va a realizar las mediciones; para este caso los rangos están
limitados por la capacidad de los instrumentos,por los materiales disponibles y
por el error máximo permitido. Ud decide si quiere colocar limitaciones
adicionales si le conviene. Ud determina los rangos de aquellas variables sobre
las que puede tener control experimental y puede fijar facilmente el valor
deseado. Por ejemplo si durante la práctica se deja caer un objeto desde una
altura dada, Ud puede determinar que el rango para las alturas estará
comprendido entre 2 y 5 metros; obviamente el fijar el rango debe estar
justificado y no debe ser arbitrario. En el laboratorio pasado se muestra un
ejemplo de como puede fijarse un rango de mediciones teniendo en cuenta el
análisis de error. En ocasiones Ud deberá tener en cuenta otros factores
adicionales para tomar una decisión.
El número de
repeticiones que se hagan de una misma situación, está determinado por el nivel
de confianza que Ud neccesita de los resultados. A mayor confiabilidad mayor el
número de repeticiones necesarias
La siguiente tabla puede ayudarle a ordenar y condensar
su información
| Nombre de la varible |
Rango de la variable |
Intervalos |
Número de repeticiones |
| Angulo |
entre 7 y 353 |
indeterminados |
indeterminado |
Estructura de tabla de datos
Aquí Ud debe diseñar el formato de una o más tablas de datos,
según sean sus necesidades, de modo que estas ordenen y permitan visualizar
facilmente TODA la información que Ud va a requerir para su posterior análisis.
Deje las casillas de la(s) tablas, desocupadas y listas para tabular la
información que Ud obtendrá experimentalmente.Esta tabla dependerá del montaje
que usted elabore, en este caso, puede ser mejor construir un diagrama de cuerpo
libre y colocar sobre el diagrama el valor de la medición de las
variables
Procedimiento y captura de datos
Elabore un procedimiento experimental que le permita obtener la
información que necesita para cumplir con sus objetivos, y si es el caso que dé
evidencia suficiente para comprobar o rechazar la hipótesis propuesta. Para esta
práctica se sugerirá un procedimiento
Procedimiento sugerido
Para el diseño de un procedimiento experimental, primero tendremos
en cuenta cual es el objetivo de nuestra práctica. Para este caso tenemos el
siguiente objetivo:
Establecer experimentalmente
las condiciones de fuerzas para que un sistema permanezca en equilibrio
(estático)
Colocaremos un sistema que se
encuentre sometido a varias fuerzas y que permanezca en reposo, de modo que
podamos asegurar que se encuentra an equilibrio. Para este efecto, vamos a tomar
como sistema una varilla rígida, y la vamos a someter a diferentes fuerzas de
tensión.
Suspenda una varilla rígida de dos
dinamómetros, y estos del marco metálico por medio de cuerdas; tome nota de la
furza indicada por los dinamómetros y de la geometría del sistema(longitudes de
cuerdas, ángulos), Luego suspenda de la varilla dos o más masas conocidas y una
vez el sistema se encuentre nuevamente en reposo, registre nuevamente las
fuerzas mostradas por los dinamómetros, y la nueva geometría del sistema.
construya los diagramas de fuerza y compruebe que para los dos casos la
sumatoria de fuerzas es cero. Con las mismas masas distribuyalas de forma
diferente sobre la varilla y compruebe nuevamente que la sumatoria de fuerzas
del sistema sea cero.
Repita el procedimiento
anterior nuevamente pero esta vez hágalo con masas desconocidas y suspenda las
masas de dinamómetros y estos a la varilla.
Que
diferencia encuetra entre los resultados iniciales y los obtrenidos en la
segunda parte?
Explique en que radica la
diferencia, cual es la causa, que implica en el modelo y como lo podría
solucionar
La definición del sistema podría quedar expresada de la
siguiente manera:
|
Elementos del sistema |
Interacciones |
Tipo de interaccion
(Internas /
Externas) |
Entre |
| Varilla |
fuerzas de tensión y peso |
Externa |
Cuerdas y varilla
Tierra y varilla |
| Cuerdas |
Fuerzas de tensión |
Externa |
Cuerdas y varilla , cuerdas y soporte , Masas y cuerda |
| Masas |
Fuerzas de tensión y peso |
Externa |
Cueras y masa, Masa y tierra |
Nótese que en el proceso de modelaje se ha simplificado
la realidad, no se han tenido en cuenta las patas de la mesa, el material del
soporte. El tomar en cuenta todos los elementos e interacciones que intervienen
es extremadamente complejo, de modo que nos toca conformarnos con unos pocos,
que si son cuidadosamente elegidos, nos darán una aproximación lo
suficientemente buena a la realidad .
En este
punto, ya se tienen definidas las variables y el sistema, ahora se debe definir
el estado inicial que se desea para el sistema.
Análisis gráfico
Debe
construir gráficos detallados de los montajes, procure tener en cuenta la mínima
cantidad de información necesaria, pero suficiente para poder definir todas la
interacciones con precisión
Comparación entre el modelo teórico y los resultados
experimentales
Al final de esta página usted
encontrará una aplicación para que usted simule su experimento utilizando el
programa modellus. Utilice la aplicación y con ella construya Un modelo
equivalente al que usted construyó en el laboratorio y compare sus resultados
experimentales con los obtenidos por medio de Modellus. Discuta a que se deben
las diferencias entre los dos resultados si es que estas existen
Conclusiones
Generalice
el fenómeno, y discuta acerca de la validez de su modelo, que imperfecciones
tiene, que limitaciones presenta y como lo podría solucionar. Si necesita ayuda consulte el horario de disponibilidad
del monitor de soporte, en el laboratorio de física Fundamental.