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Laboratorio de Física con Ordenador
Experiencia P06: Aceleración de la gravedad
Student Workbook
012-06100C
Experiencia P06: Aceleración de la gravedad
Sensor de movimiento
Tema
DataStudio
Movimiento rectilineo P06 Gravity.ds
ScienceWorkshop (Mac)
G14 Gravity
ScienceWorkshop (Win)
G14_GRAV.SWS
Equipo necesario
Sensor de movimiento(CI-6742)
Base y soporte (ME-9355)
Cinta métrica
Cant. Otros
2
Pelota de goma
1
Plancha de madera plana (opcional)
1
Cant.
1
1
IDEAS PREVIAS
¿Cómo se utilizaría un Sensor de movimiento para determinar la aceleración debida a la
gravedad de un objeto en caída libre?
FUNDAMENTO TEÓRICO
Hace más de veintidós siglos, un filósofo griego llamado Aristóteles afirmó que
había una fuerza natural que atraía a los objetos pesados hacia el centro de la
tierra. Denominó a esta fuerza “gravedad”. En el siglo diecisiete, el científico
inglés Isaac Newton demostró que la gravedad es una fuerza universal que
actúa más allá de la Tierra. La gravedad es la fuerza que hace que la Luna gire
en órbita alrededor de la Tierra y la tierra alrededor del Sol.
Cuando un objeto está en caída libre, la única fuerza que actúa sobre él es la
fuerza de la gravedad. A medida que cae, acelera. Para un objeto en caída libre
cerca de la Tierra, la variación en el tiempo de la velocidad es constante. Este
valor constante es la aceleración de la gravedad. Si se ignora la resistencia del
aire, una pelota acelera a medida que cae. Se puede estudiar el movimiento de
la pelota en caída libre para determinar el valor de la aceleración de la
gravedad.
RECUERDE
•
Siga las instrucciones de utilización del equipo.
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PROCEDIMIENTO
Utilice el Sensor de movimiento para medir el movimiento de la pelota a medida que cae y
rebota. Utilice el DataStudio o el ScienceWorkshop para registrar y mostrar los datos de
posición y velocidad de la pelota. Examine la pendiente de la curva de la gráfica de velocidad
frente al tiempo para determinar la aceleración de la pelota.
ACERCA DEL SENSOR DE MOVIMIENTO
PULSO
El Sensor de movimiento envía pulsos de
ultrasonidos y registra sus ecos cuando rebotan en
los objetos situados frente a él.
ECO
OBJETO
El software del programa mide el tiempo que
transcurre desde que los pulsos se envían hasta
que el eco regresa. La mitad de este tiempo
SENSOR
corresponde al tiempo que tardó el ultrasonido en
alcanzar el objeto. Dado que los ultrasonidos van
a la velocidad del sonido, unos 344 m/s, el programa calcula la distancia a la que está el
objeto de esta manera:
Distancia velocidad tiempo
Distancia 344m / s
tiempo( s)
2
La velocidad del sonido depende de muchos factores, incluida la temperatura del aire. Dado
que la temperatura del aire varía, la velocidad del sonido puede variar. El Sensor de
movimiento puede ser calibrado de modo que utilice un valor de la velocidad del sonido lo
más exacta posible.
PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR
1.
Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y el
ordenador.
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2.
Enchufe el conector modular de uno de los extremos del cable del interfaz en el lateral
del Sensor de movimiento. Conecte las clavijas digitales del Sensor de movimiento en
los Canales digitales 1 y 2 del interfaz. Conecte la clavija amarilla en el Canal digital 1
y la otra clavija en el Canal digital 2.
3.
Abra el archivo titulado:
DataStudio
P06 Gravity.ds
ScienceWorkshop (Mac)
G14 Gravity
ScienceWorkshop (Win)
G14_GRAV.SWS
•
El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las
instrucciones en el Workbook.
•
El archivo ScienceWorkshop contiene una gráfica de
posición y velocidad frente a tiempo.
•
El ritmo del Sensor de movimiento está fijado en 60 veces
por segundo (60 Hz).
PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO
Calibrado del Sensor
•
Calibre el Sensor de movimiento de manera que pueda utilizar una medida muy
aproximada de la velocidad del sonido en el aire. Se necesitará una cinta métrica y una
superficie plana que pueda ser usada como objeto para reflejar los pulsos del Sensor.
Montaje del Sensor
1.
Monte el Sensor de movimiento de manera que esté exactamente a un metro de una
superficie llana que pueda reflejar sus pulsos.
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•
Por ejemplo, monte el Sensor en un soporte cerca del borde de una mesa. Apunte el
Sensor hacia el suelo. Si hay una alfombra o moqueta en el suelo, ponga encima una
pieza de madera o cualquier otra superficie lisa directamente debajo del Sensor.
•
NOTA: Retire la cinta métrica después de utilizarla para medir la distancia entre el
suelo y el Sensor.
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Calibrado del Software
2.
•
En la ventana de configuración del experimento, haga doble clic en el icono del Sensor.
Resultado: En el DataStudio, se abre la ventana “Sensor Properties”.
Haga clic en el tabulador ‘Motion Sensor’. Resultado: La
ventana de calibrado del Sensor de abre y el Sensor
comienza a hacer “clic” unas cuantas veces por segundo.
•
Resultado: En el ScienceWorkshop, se abre la ventana de
calibrado del Sensor y el Sensor comienza a hacer “clic”
unas cuantas veces por segundo.
3. Calibre el software.
•
Primero, asegúrese de que el Sensor está a un metro del
suelo.
•
Segundo, haga clic en el botón ‘Calibrate’ en la ventana de del Sensor de movimiento.
Resultado: El software calcula la velocidad del sonido basándose en la distancia de
calibrado (un metro) y el tiempo del pulso y el eco.
4.
Haga clic en “OK” para regresar a la ventana de configuración del experimento. C
Montaje del Equipo
•
Asegúrese de que el suelo está nivelado. Si no lo está, sitúe una superficie dura y plana
sobre el suelo y utilice papel plegado para nivelarla.
1.
Monte una base y un soporte cerca del borde de la mesa. Monte el Sensor en el soporte
de modo que apunte directamente hacia el suelo.
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2.
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Ajuste la posición del Sensor de manera que esté a 1,5 m del suelo.
PARTEIII: RECOGIDA DE DATOS
1. Prepárese para dejar caer la pelota directamente por debajo del Sensor. Sostenga la pelota
entre sus dedos a unos 15 cm por debajo del Sensor.
2. Comience la recogida de datos. (Sugerencia: En el DataStudio, haga clic en ‘Start’. En el
ScienceWorkshop, haga clic en ‘Grabar’). Deje caer la pelota. Deje que la pelota rebote
muchas veces.
NOTA: Retire su mano tan pronto como suelte la pelota.
3.
Después de que la pelota rebote muchas veces contra el suelo, finalice la recogida de
datos.
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ANÁLISIS DE DATOS
La curva de posición de la gráfica refleja el movimiento de una pelota rebotando sobre
una superficie plana. La curva de velocidad tiene forma de “dientes de sierra”.
Observe que en la curva de velocidad, la velocidad de la pelota es positiva en una zona y
negativa en otra, respecto al eje del tiempo. El Sensor registra el movimiento cuando se
aleja como positivo, y negativo cuando se acerca.
1.
En la curva de velocidad frente a tiempo, utilice el cursor para dibujar un rectángulo
alrededor de una región que sea sensiblemente recta.
2.
Utilice las herramientas de análisis de la gráfica para determinar la pendiente de la
región seleccionada.
•
Sugerencia: En el DataStudio, seleccione ‘Linear’ en el menú ‘Fit’ (
•
Sugerencia: En el ScienceWorkshop, haga clic en el botón ‘Estadísticas’ (
) para
abrir el área estadística. Seleccione ‘Ajuste de curva, ajuste lineal’ en el ‘Menú de
estadísticas’ (
).
).
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3.
Registre el valor de la pendiente en la tabla de datos. Este valor corresponde a la
aceleración de la gravedad sobre el objeto en caída libre.
•
Sugerencia: En el DataStudio, la pendiente aparece en la ventana ‘Fit’.
•
Sugerencia: En el ScienceWorkshop, el área estadística recoge la fórmula general de una
línea (y = a1 + a2 x), la constante a1 y el coeficiente lineal a2.
ÁREA ESTADÍSTICA:
a1 ES LA CONSTANTE,
a2 EL COEFICIENTE
LINEAL Y
chi^2 EL VALOR DEL
MEJOR AJUSTE.
El coeficiente lineal corresponde a la pendiente de la curva.
Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.
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Informe de Laboratorio
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IDEAS PREVIAS
¿Cómo se utilizaría un Sensor de movimiento para determinar la aceleración debida a la
gravedad de un objeto en caída libre?
Tabla de datos
‘g’ (pendiente de velocidad frente a tiempo)= _________
CONCLUSIONES Y APLICACIONES
1.
Compare el valor que se ha obtenido para ‘g’ (pendiente de velocidad frente a tiempo)
con el valor comunmente aceptado de la aceleración de la gravedad (9.8 m/s2).
2.
¿Qué factores pueden hacer que el valor obtenido para ‘g’ sea diferente del valor
comunmente aceptado de la aceleración de la gravedad?
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P06.9