Universidad Nacional Autónoma de Honduras
En el Valle de Sula
UNAH-VS
Departamento de Física
Guía No. 4
LF 100
MOVIMIENTO RECTILÍNEO
Objetivos
1. Registrar y describir el movimiento de una gota de agua en caída a través de aceite
vegetal.
2. Graficar la posición de una gota de agua en función del tiempo.
3. Modelar un movimiento rectilíneo uniforme.
Materiales y Equipo
1. Un tubo de vidrio y accesorios para instalación.
2. Un cronometro digital.
3. Aceite vegetal.
4. Agua, glicerina y miel.
5. Un gotero.
Marco Teórico
La cinemática es la parte de la mecánica que
se ocupa de la descripción del movimiento de
un objeto sin considerar las causas que lo producen. La descripción implica establecer, mediante una relación matemática, cómo varía
la posición, la velocidad y la aceleración del
objeto conforme transcurre el tiempo. En cinemática, es esencial tener bien definidos los
conceptos de sistema de referencia, posición de
una partícula, desplazamiento, rapidez media,
velocidad media, velocidad instantánea, rapidez, aceleración media y aceleración instantánea.
Figura 1: Tubo de Moreu
La posición de una partícula es la ubicación de de la partícula respecto a una referencia
elegida. El desplazamiento de una partícula en movimiento lo definimos como el vector de
cambio de posición de una partícula durante un intervalo dado.
∆x = xf − xi
1
(1)
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La razón con la que cambia el desplazamiento con respecto al tiempo se le llama velocidad
promedio
∆x
Vprom =
(2)
∆t
El desplazamiento, y la velocidad promedio son cantidades vectoriales a diferencia de la distancia, y la rapidez promedio que son cantidades escalares.
Movimiento Rectilíneo Uniforme
Se habla de movimiento rectilíneo uniforme cuando sabemos que la velocidad es constante y el
movimiento del objeto es siempre en linea recta. En este tipo de movimiento, un objeto viaja
con velocidad constante, cubriendo la misma distancia en intervalos de tiempo iguales. Ya
que su velocidad es constante, no existe cambio en su velocidad, y su aceleración
es siempre 0.
Tubo de Moreu
El tubo de Moreu es un tubo lleno, en nuestro caso, de aceite vegetal. Al introducirse un
objeto en el aceite este caerá producto de su propio peso (fuerza de la gravedad). Pero ya
sabemos que la fuerza de gravedad hace que los objetos caigan con una aceleración no nula,
esto significa que la velocidad del objeto es cambiante en el tiempo. Por fortuna siempre que
un objeto se mueve en un medio que no sea el vacio experimenta una fuerza de arrastre que
es contraria al movimiento del objeto.
Si las características son las correctas se puede crear el equilibrio entre la fuerza de rozamiento
del fluido y la gravedad, y ya que la sumatoria de fuerzas entonces es nula, la velocidad se
vuelve constante. Esto sucede luego de un pequeño tiempo de transición hasta que la velocidad
permanece prácticamente constante. A esta velocidad se le llama velocidad terminal VT .
La rapidez con la que se llega a velocidad terminal dependerá de las propiedades del fluido y
del objeto dentro de el. La constante de tiempo τ nos indica cuando podemos asumir que el
objeto ha alcanzado velocidad terminal y normalmente se asume después de completar 3 τ .
VT
0.63VT
0
τ
2τ
3τ
En este experimento se logra replicar estas condiciones utilizando aceite vegetal como el fluido
en el que cae el objeto y el objeto en cuestión es una gota de agua, glicerina o aceite. Se han
escogido estos materiales debido a que τ es mucho menor a 1 y alcanzan velocidad terminal
casi inmediatamente. Si el fluido fuera menos viscoso podríamos esperar resultados diferentes,
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ya que depende mucho de la viscosidad del fluido. Por ejemplo imagine que pasaría si dejamos
caer una gota de agua en un tubo lleno de miel de abeja.
Procedimiento experimental
1. Con el tubo de Moreu ya instalado y preparado debidamente, introduzca un gotero con
agua en la columna de aceite. Presione el dedal de hule del gotero hasta que se forme una
gota en la punta del mismo. Tire del gotero rápidamente hacia arriba (pero con cuidado)
a fin de que la gota de agua quede libre.
2. Escoja cualquiera de las marcas superiores de la escala graduada como origen para
comenzar a contar el tiempo. La distancia entre dos marcas consecutivas estará indicada
en el tubo.
3. Cuando el borde inferior de la gota de agua esté cruzando la marca seleccionada, ponga
en marcha el cronómetro y registre su tiempo como t = 0.00 s, que corresponde a una
distancia vertical Y = 0.0 cm. Anote esta información en la tabla 1.
4. Registrar el tiempo en que la gota llegué a la siguiente marca. Anotar las posiciones
registrados hasta completar la tabla 1.
5. Repetir las mediciones con una gota de glicerina y con una gota de miel hasta completar
las tablas 2 y 3.
Tabla de Datos Experimentales
Dato No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
12
13
Y (cm)
t (s)
Tabla 1: Registro de datos experimentales gota de agua en aceite.
Dato No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Y (cm)
t (s)
Tabla 2: Registro de datos experimentales gota de glicerina en aceite
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Dato No.
1
2
3
4
5
6
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9
10
11
12
13
Y (cm)
t (s)
Tabla 3: Registro de datos experimentales gota de miel en aceite
Tratamiento de Datos Experimentales
1. Llenar la tabla 6 calculando los desplazamientos y diferencias de tiempo.
2. Determine la velocidad promedio de la gota en cada desplazamiento utilizando la ecuación (2) y complete la tabla 6.
3. Calcule el promedio de las velocidades obtenidas en el inciso 2. y su respectivo error.
4. Construya una gráfica Y = f (t):
5. Determine la velocidad promedio de la gota a partir del procedimiento de regresión lineal.
6. Repita los procedimientos para las diferentes gotas utilizadas.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
11
12
11
12
∆Y (cm)
∆t (s)
v = ∆Y
∆t (cm/s)
Tabla 4: Velocidades promedio de la gota de agua en aceite.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
∆Y (cm)
∆t (s)
v = ∆Y
∆t (cm/s)
Tabla 5: Velocidades promedio de la gota de glicerina en aceite.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
∆Y (cm)
∆t (s)
v = ∆Y
∆t (cm/s)
Tabla 6: Velocidades promedio de la gota de miel en aceite.
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Preguntas
1. ¿Qué diferencia existiría si se realizara el experimento utilizando otro fluido (ejemplo:
agua, gasolina, miel) en lugar del aceite? Explique.
2. ¿Cómo influye en los resultados el tipo de fluido y el tamaño de la gota? Explique.
3. ¿Qué gota cayó más rápido, la de agua, glicerina o de miel?
4. Describir cualitativamente el comportamiento de los periodos de tiempo ∆ti con su
respectivo desplazamiento ∆Yi .
Análisis de resultados
1. ¿Existe alguna similitud entre el valor numérico de la velocidad promedio que cálculo en
los incisos mediante promedios y mediante regresión lineal?.
2. ¿Existen razones para suponer que la velocidad real de las gotas es constante, incluso al
inicio de la trayectoria? De ser así diga cuáles son y explique.
3. ¿Cómo clasificaría el movimiento de la gota de agua en caída vertical a través del aceite
vegetal, según los datos experimentales y sus cálculos?
Bibliografia
Física para Ciencias de la Salud. Wilson, Buffa, Lou, Giancoli.2da Ed. Pearson.
Física, Serway, R y Faungh, 5ta Ed. Prentice Hall. 2011
Física para ciencias de la Vida. Jou, D; Llebot, J y García, C. Mc Graw Hill.1994
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