UACH Lecture, Spring 2008

1. Laboratorio 8
Fuerza en el Choque
Fuerza en el Choque
Dr. Willy H. Gerber
Instituto de Fisica
Universidad Austral
Valdivia, Chile
Objetivos: Estudiar la fuerza en el choque y sus
consecuencias sobre el movimiento
del caro.
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2. Repaso
Repaso
Conceptos y Ecuaciones que debemos dominar
para poder aprovechar el laboratorio
d h ll b t i
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3. Repaso
Cinemática: poder comprender el comportamiento de un cuerpo
Detenido
Velocidad negativa
Velocidad positiva, baja
Velocidad positiva baja
Velocidad positiva, alta
Aceleración negativa
Aceleración positiva, baja
Ser capaz de graficar
posición, velocidad y
Aceleración positiva, alta aceleración desde
alguna de ellas.
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4. Repaso
Cinemática: poder describir (calcular) el comportamiento de un cuerpo
Caso aceleración constante
Posición en el tiempo t [m]
Posición inicial (posición en el tiempo t=0) [m]
Aceleración [m/s2]
Tiempo transcurrido [s]
Tiempo transcurrido [s]
Velocidad en el tiempo t [m/s]
Velocidad inicial velocidad en el tiempo t=0) [m/s]
Poder calcular la posición y velocidad para cualquier tiempo.
Nota: el punto inicial y el signo de la aceleración lo define el usuario según su conveniencia
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5. Repaso
Ejemplo: Uso:
Sistema de coordenadas:
‐ medimos x desde el suelo hacia arriba
medimos x desde el suelo hacia arriba
‐ colocamos en “cero” de nuestra huincha
en el origen
Situación inicial:
‐ disparamos el objeto hacia arriba
‐ la velocidad con que despega
es de
es de
Evolución:
‐ la aceleración es la aceleración
gravitacional
‐ como la dirección es opuesta a
nuestro sistema de coordenadas
la aceleración debe ser negativa
la aceleración debe ser negativa
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6. Repaso
Que genera el movimiento?
Impulso (cantidad de movimiento) Fuerza cero
Fuerza negativa
Impulso [kg m/s] Fuerza positiva, baja
Masa [kg]
Masa [kg]
Velocidad [m/s] Fuerza positiva, alta
Fuerza (2 Ley de Newton, forma general)
y g
Fuerza [N (Newton)=kg m/s2]
Variación del Impulso [kg m/s]
Variación del Tiempo [s]
Variación del Tiempo [s]
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7. Repaso
Leyes de Newton
1. Inercia
2. Aceleración (ley general, caso masa cte)
3. Acción y reacción
3. Acción y reacción
La fuerza es un vector y siempre se puede
descomponer en componentes ortogonales
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8. Repaso
“Mapa de ángulos”
1. Ángulos complementarios
2. Ángulos en líneas paralelas
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9. Repaso
Capacidad de realizar el movimiento
Energía cinética
Trabajo/Energía
Trabajo/Energía [J (Joule)=Nm=kg m2/s2]
Fuerza [N]
Fuerza [N] Energía cinética [J]
Energía cinética [J]
Camino [m] Masa [kg]
Velocidad [m/s]
Energía total Energía potencial (gravitacional)
Energía total [J]
Energía cinética [J] Energía potencial [J]
Energía potencial [J]
Energía potencial [J] Masa [kg]
Masa [kg]
Aceleración gravitacional [m/s2]
Altura [m]
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10. Comerciales
Comerciales
¿Porque la deformación es la clave
18 g
para sobrevivir un accidente?
tiempo de frenado
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11. Misión
Misión
Para el carro que acelera por el plano inclinado
Estudiar el impacto con un resorte contra un obstáculo:
‐ ¿Que fuerza se mide en el tiempo?
‐ ¿Con que velocidad vuelve a rebotar?
¿Con que velocidad vuelve a rebotar?
‐ ¿Que tan lejos llego con el rebote?
‐ ¿Tras cuanto tiempo volvió a impactar (rebote)?
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12. Guía
1. Establezca las ecuaciones que describen el movimiento del carro
bajando el riel
Ayuda:
‐ determine la fuerza de tracción (analítico)
‐ determine la fuerza normal (analítico)
‐ determine la fuerza de roce (analítico)
determine la fuerza de roce
‐ determine la fuerza total (analítico)
‐ determine la aceleración del carro (analítico)
‐ determine la ecuación de velocidad para el
caso que el carro inicia su recorrido desde el
reposo (analítico)
‐ determine la ecuación de posición para un
origen en la posición inicial del carro
origen en la posición inicial del carro (analítico)
‐ realice la medición y determine el tiempo
hasta el impacto (medición)
‐ estime el largo del recorrido (medición)
‐ estime el coeficiente de roce (calculo)
l f d ( l l )
‐ estime la velocidad de impacto (calculo)
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13. Guía
2. Estimar con la curva fuerza vs tiempo la velocidad con que rebota
Ayuda:
‐ mida la fuerza de impacto en función del
tiempo (medición)
‐ estime el área bajo la curva el impulso
que recibe el carro (calculo)
‐ estime con el sistema el impulso que
recibe el carro (lectura)
‐ estime el impulso con que impacta (calculo)
estime el impulso con que impacta (calculo)
‐ estime el impulso con que rebota (calculo)
‐ estime la velocidad con que rebota (calculo)
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14. Guía
3. Predecir el tiempo en que volverá a impactar
Ayuda:
‐ determine la ecuación de la velocidad para
el movimiento ascendente del carro (analítico)
‐ estime el tiempo en que el carro alcanza
la mayor altura (calculo)
‐ determine la ecuación de la posición para
el movimiento ascendente del carro (analítico)
‐ estime la altura que llega el carro (calculo)
estime la altura que llega el carro (calculo)
‐ verifique que el valor observado corresponde
(medición)
‐ determine la ecuación de la velocidad para el
movimiento descendente del carro (analítico)
‐ estime el tiempo en que el carro alcanza
nuevamente el medidor de fuerza (calculo)
‐ compare el tiempo calculado con el tiempo
compare el tiempo calculado con el tiempo
medido (medición)
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15. Configuración
Configuración
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16. Configuración
Unidad CASSY
Medidor de fuerza
Imán de retención
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17. Configuración
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18. Configuración
Determinar la masa
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19. CASSY Lab
CASSY Lab
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20. Ejecutar Programa
Ejecutar CASSY Lab. De estar enchufada la unidad de medición esta es reconocida
por el sistema:
Representación del sistema CASSY
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21. CASSY Lab
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22. CASSY Lab
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23. CASSY Lab
Elegir escala
Elegir escala
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24. CASSY Lab
Setear en cero
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25. CASSY Lab
Ajustar el tiempo de medición a 10 ms
Ajustar el tiempo de duración (12‐16 s)
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26. CASSY Lab
Setear imán
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27. CASSY Lab
Definir modo de medir
D fi i d d di
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28. CASSY Lab
Realizar medición – lectura de tiempo
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29. CASSY Lab
Nota: dos formas de
integrar
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30. CASSY Lab
Área igual al impulso total en Ns (calculo del área + lectura)
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31. CASSY Lab
Tiempo entre dos rebotes
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32. CASSY Lab
Realizar medición – lectura de tiempo + posición máxima
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33. CASSY Lab
Nota: oscilaciones en la curva
por efecto de no estar
alineados medidor de fuerza
con el resorte.
con el resorte
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