Velocidad promedio y velocidad instantánea

Objetivos

• Determinar experimentalmente la
  relación existente entre la velocidad promedio y la
  velocidad instantánea.

Fundamento
teórico

Velocidad media:

Al módulo de la velocidad se le
llama rapidez.

Velocidad instantánea:

Permite conocer la velocidad de un
móvil que se desplaza sobre una trayectoria, cuando el
lapso de tiempo es infinitamente pequeño, siendo entonces
el espacio recorrido también muy pequeño,
representando un punto de la trayectoria.

Procedimiento

• En esta experiencia se emplearan
  fotopuertas para determinar, de manera indirecta, la
  velocidad media a la cual se desplaza el móvil por
  diferentes puntos del carril.

• Armar el esquema
  experimental.

• Ubique un punto cerca del borde
  superior al carril, márquelo como punto de partida x0,
  luego marque x1 y x2 , punto donde colocara los sensores
  fotopuerta.

• La distancia D0 entre ambos accesorios
  fotopuerta puede ser 0.8m.

• Mida el ancho del tarugo ubicado sobre
  el móvil. Debe alinear al sistema de tal forma que el
  tarugo deberá cruzar los accesorios fotopuerta de
  forma paralela al perfil del carril.

• Evite en todo momento que el
  móvil golpee los accesorios fotopuerta (ajuste sus
  alturas).

• Antes de realizar las medidas
  asegúrese de que no haya ningún dato que este
  registrando la computadora en ese momento; y asegúrese
  de guardar los datos después de cada
  medición.

• Ubique al móvil en el partidor
  x0 y suéltelo. Luego que este haya atravesado la
  segunda fotopuerta, registre las medidas por ellas realizadas
  en la computadora en la tabla 1.

• Aproxime ambas fotopuertas de modo que
  D1 sea ahora 0.7m, ubique además el móvil en el
  partidor y suéltelo. Vuelva a registrar los datos en
  la tabla 1.

• Continúe disminuyendo la
  distancia entre los accesorios fotopuerta (D) cada 0.05m y
  registre las mediciones en la tabla 1.

Experimento

• A. materiales :

• Carril de aire

• 02 accesorios fotopuertas

• 01 móvil

• Una computadora

• Interface workshop 750

Tamaño del móvil (m) =
0.0114 m

Análisis

1. De la tabla 1 grafique en papel
milimetrado velocidad vs posición (D) para cada
fotopuerta.

2. Realice un ajuste por mínimos
cuadrados de las curvas así obtenidas.

3. Usando la recta calculada. Determine
por extrapolación la velocidad para D=0m

Reemplazando en V1= -0.313D + 0.638
para D=0m, entonces la velocidad será
V1=0.638m/s

Reemplazando en V2= 0.21D + 0.62
para D=0m, entonces la velocidad será
V2=0.62m/s

Cuestionario

• 1. ¿Cuál de las velocidades
  promedio que usted ha medido cree que se aproxime a la
  velocidad instantánea del móvil al cruzar el
  punto medio del carril?

Dado que para la velocidad instantánea estamos
considerando que:

Reemplazando D en V1 o V2 entonces la velocidad
instantánea será: 0.6272m/s

• 2. ¿Cuál cree usted que es la
  relación entre el intercepto "Y" en la grafica y la
  velocidad instantánea del móvil al atravesar el
  punto medio?

La relación existente entre la velocidad
instantánea y el intercepto "Y" por los datos obtenidos en
laboratorio tenemos:

V1= -0.313D +0.638

V2= 0.21D + 0.620

Para el intercepto Y tenemos que D=0 entonces que para
V1 y V2 obtenemos los siguientes valores:

V1= 0.638

V2= 0.620

Sabemos que cuando V1 se aproxima a V2 esto solo sucede
cuando obtenemos la velocidad instantánea. Se observa que
V1 es semejante a V2 por lo que el intercepto Y tiene una
aproximación a la velocidad instantánea.

• 3. Al tratar de determinar la velocidad
  instantánea ¿Qué factores (tiempo
  promedio, móvil, rozamiento, tipo de movimiento)
  influye en el promedio de la medida? Discuta cada facto de
  influencia en este resultado

Parad determinar la velocidad instantánea en
nuestra experiencia usamos o tomamos en cuenta que V1 semejante a
V2 por lo que para hallar tuvimos que usar los siguientes
aspectos:

• Móvil: es el objeto que realiza el
  movimiento. En nuestra experiencia realizada en el
  laboratorio tuvimos que tener en cuenta el tamaño del
  móvil para los cálculos con la
  fotopuerta

• Rozamiento: es uno de los factores que influye en el
  movimiento y que en esta experiencia ha sido necesario
  minimizarlo a través de un carril de
  viento.

• Tipo de movimiento: el movimiento influye tanto en
  nuestra experiencia puesto que si el móvil realiza un
  M.R.U. la velocidad instantánea seria siempre
  constante pero si dicho móvil realiza un M.R.U.V. la
  velocidad instantánea variaría en cada instante
  dado.

• 4. ¿Cree usted que la
  velocidad instantánea se pueda determinar de manera
  directa por algún método, o es que la velocidad
  instantánea es siempre inferida de las medidas de la
  velocidad promedio?

La velocidad instantánea es la
velocidad que tiene un cuerpo en un instante pequeño de
tiempo y es muy complejo determinar ese tipo de velocidad por
algún método de manera directa, entonces lo q se
hace para conocer la velocidad instantánea es inferirla de
la velocidad promedio.

• 5. Supongamos q usted se
  encuentra entre el cruce de las avenidas Venezuela y
  Universitaria y ve pasar, hacia el Callao, un
  automóvil cuyo velocímetro indica 20 km/h y al
  mismo tiempo pasa, hacia Lima, otro automóvil cuyo
  velocímetro indica 20 km/h. ¿Los
  automóviles tienen la misma velocidad? De ser no:
  ¿Cuál es la diferencia?

Sabemos que para que dos cuerpos tengan
igual velocidad deben tener igual modulo y dirección. En
nuestro caso con respecto a la pregunta nos dice que ambos
móviles registran en el velocímetro 20 km/h al
parecer son iguales ya q registran el mismo modulo de velocidad
pero no tiene igual velocidad pues los vectores de velocidad son
opuestos en dirección por tanto estaríamos teniendo
velocidades diferentes puesto que ambos se dirigen en sentidos
contrarios.

• 6. Podría llamar a la
  velocidad instantánea, velocidad puntual. ¿Por
  qué?

Si, sabemos que la velocidad
instantánea es la velocidad que tiene un cuerpo en cada
intervalo mínimo de tiempo en su trayectoria es decir la
velocidad en cada instante en su recorrido de modo que no existan
cambios en los estados de movimiento entonces nos
estaríamos refiriéndonos a algo puntual debido a
ello podríamos decir que la velocidad instantánea
también podría llamarse velocidad
puntual.

• 7. ¿Qué clase de
  movimiento se ha utilizado para analizar la velocidad
  promedio e instantánea?

El movimiento que se utilaza para analizar
la velocidad promedio e instantánea es un movimiento donde
hemos considerado una trayectoria rectilínea por tanto
podríamos decir que el tipo de movimiento es un movimiento
rectilíneo uniformemente acelerado (M.R.U.A.)

• 8. ¿Puede un cuerpo
  tener velocidad cero y sin embargo estar acelerado?
  ¿Puede tener una rapidez constante y sin embargo tener
  velocidad variable?

*Si, notamos en un movimiento vertical de
caída libre que cuando un cuerpo llega a su altura
máxima su velocidad es cero pero sin embargo esta
acelerando debido a que actúa sobre el la
aceleración de la gravedad en todo instante.

*Si, sabemos que la rapidez es el modulo de
la velocidad por tanto, un cuerpo puede tener rapidez constante,
mientras no varíe en modulo y al mismo tiempo pueda tener
velocidad variable ya que la velocidad depende del modulo y
dirección y en algunos movimientos como el movimiento
circular el cuerpo tiene rapidez constante pero velocidad
variable porque en todo instante esta cambiando en
dirección su velocidad.

• 9.  Cuando un cuerpo esta
  uniformemente acelerado a y parte del reposo
  ¿Cuánto es la distancia que recorre en el
  n-esimo segundo.

dn = distancia en el n-esimo
segundo

dtn = distancia recorrida desde el reposo
hasta el segundo n

dt(n-1) = distancia recorrida desde el
reposo hasta un segundo antes de n

Vi = velocidad inicial

n = n-esimo segundo

a = aceleración

• 10. Un pasajero de una combi q
  se mueve a velocidad constante deja caer una moneda.
  ¿Cuál es la aceleración de la moneda
  relativa a (1) la combi y (2) la Tierra?

(1)

Un observador dentro de la combi vera que
la moneda cae realizando un movimiento de caída libre
debido a que el observador al igual que el pasajero y la moneda
se están moviendo la misma velocidad constante de la combi
por lo cual la única aceleración que tiene la
moneda es la aceleración gravitacional.

(2)

Un observador que esta fuera de la combi y
además este permanezca quieto observara la moneda
describir un movimiento parabólico desde el momento en que
el pasajero la suelta hasta el momento en que cae al suelo donde
la única aceleración del cuerpo será la
gravitacional debido a que la velocidad horizontal del cuerpo en
el eje x es constante.

• 11. Si la velocidad promedio de
  una partícula es cero en algún intervalo de
  tiempo que se puede decir acerca del desplazamiento de esa
  partícula en ese intervalo de tiempo.

Sabemos que la velocidad promedio depende
de la variación de la posición y de la
variación del tiempo por tanto si la velocidad es cero en
algún intervalo de tiempo su desplazamiento en ese
intervalo también será cero.

• 12. ¿Puede tener un
  cuerpo una velocidad cuyo modulo es constante y, a pesar de
  eso, tener una velocidad variable? justifique su
  respuesta.

Un cuerpo si puede tener una velocidad con
modulo constante y a la vez poseer velocidad variable puesto que
la velocidad puede estar cambiando en direcciones y eso nos
llevaría a concluir que mientras la velocidad tiene un
modulo constante (rapidez) podría estar cambiando
continuamente de dirección.

• 13. ¿Puede tener un
  cuerpo una velocidad constante y, a pesar de eso, el modulo
  de la velocidad ser variable? Justifique su
  respuesta.

No, puesto que si la velocidad es constante
entonces el modulo y la dirección también es
constante por tal motivo no puede variar en modulo ni
dirección y estaríamos refiriéndonos a un
moviendo con velocidad constante (M.R.U.)

Conclusiones

• Al determinar la relación entre
  la velocidad promedio y la velocidad instantánea nos
  damos cuenta que la velocidad instantánea puede ser
  calculada obteniendo experimentalmente la velocidad
  promedio.

• Tenemos que tomar en cuenta los
  factores que influyen en el movimiento a analizar para que
  nuestros cálculos sean más precisos.

• Debemos considerar que existen
  conceptos que en cinemática se relacionan pero que no
  son semejantes como rapidez y velocidad o velocidad media y
  velocidad instantánea.

• Al hallar la aceleración,
  velocidad o posición de un objeto o partícula
  debemos tener un sistema de referencia ya que de acuerdo a
  este dicho objeto o partícula podría realizar
  un movimiento parabólico, de caída libre,
  circunferencial, etc.

Bibliografía

– www.monografias.com

– www.wilkipedia.com

– Manual de Laboratorio Automatizado
de Física I – Segunda Edición

– Física I – Resnick
Halliday

Enviado por:

Bart

INFORME DE LABORATORIO DE FISICA
I

FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS

PROFESOR DE LABORATORIO: José
Cebrián Patricio

CICLO ACADEMICO: 2009 I

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN
MARCOS

LIMA, 02 DE JUNIO DEL 2009