FÍSICA - ESTUDIOS Y EJEMPLOS

Estudio práctico del movimiento rectilíneo uniforme

Descripción

 Disponemos de un raíl horizontal por el que se mueve el carrito, una regla adosada al raíl, y un cronómetro con dos dispositivos: uno que lo pone en marcha y otro que lo para.
Aceleramos el carrito, mediante una cuerda que pasa por una polea situada en el extremo derecho de la regla. Una pesa que se cambiar pulsando el botón titulado Nuevo, cuelga de la cuerda.

Cuando el carrito pasa por el origen, se deja de acelerar, haciendo que la pesa se detenga sobre un tope. La cuerda deja de actuar sobre el carrito, desde este momento el carrito se mueve con velocidad constante.

Cambiando la pesa cambiamos la fuerza sobre el carrito y su aceleración durante el trayecto que va desde su posición inicial hasta el origen, por tanto, se modifica la velocidad final justo cuando pasa por el origen, que es a su vez la velocidad constante con que realiza el resto del trayecto.

• El cronómetro se pone en marcha cuando el carrito pasa por la flecha que marca el origen de la regla 
• El cronómetro se para cuando el carrito pasa por la segunda flecha  .

De este modo, el cronómetro mide el tiempo que tarda el móvil en desplazarse entre las dos flechas.
 La flecha que marca el origen está fija, no se puede cambiar.
 La segunda flecha se puede desplazar a lo largo de la regla del siguiente modo:

• Se pulsa el botón izquierdo del ratón, cuando el puntero está sobre la flecha.
• Sin dejar de pulsar el botón izquierdo del ratón, se desplaza el ratón.
• Cuando la flecha está situada en la posición deseada se deja de pulsar el botón izquierdo del ratón.

Para poner en marcha el carrito se pulsa el botón titulado Empieza

Fundamentos físicos

Si el carrito se mueve con movimiento rectilíneo y uniforme la su posición x en el instante t es proporcional a t de acuerdo a la ecuación
x=x₀+vt
Poniendo en el eje de las ordenadas las medidas de x y en el eje de abscisas los tiempos t, la pendiente de la recta que mejor ajusta nos dará la medida de la velocidad v.

Experiencia

Se efectúan con el cronómetro las medidas del tiempo, colocando la flecha roja a 5, 10, 15 , 20, 25, etc. cm del origen y se anotan en una tabla tiempo-desplazamiento. El applet registra estos datos en el control área de texto situada a su izquierda.

Tiempo (s)	Desplazamiento (cm)
	5
	10
	15
	20

Estudio práctico del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado

Descripción

 Disponemos de un raíl horizontal por el que se mueve el carrito, una regla adosada al raíl, y un cronómetro con dos dispositivos: uno que lo pone en marcha y otro que lo para.

Aceleramos el carrito, mediante una cuerda que pasa por una polea situada en el extremo derecho de la regla. Una pesa que se puede cambiar pulsando el botón titulado Nuevo, cuelga de la cuerda.

En esta práctica, el carrito se sitúa en el origen y la fuerza que se ejerce sobre el carrito actúa durante todo su recorrido. El movimiento es uniformemente acelerado. El resto de la práctica es semejante a la anterior.

• El cronómetro se pone en marcha cuando el carrito pasa por la flecha que marca el origen de la regla 
• El cronómetro se para cuando el carrito pasa por la segunda flecha  .

De este modo, el cronómetro mide el tiempo que tarda el móvil en desplazarse entre las dos flechas.
 La flecha que marca el origen está fija, no se puede cambiar.
 La segunda flecha se puede desplazar a lo largo de la regla del siguiente modo:

• Se pulsa el botón izquierdo del ratón cuando el puntero está sobre la flecha.
• Sin dejar de pulsar el botón izquierdo del ratón, se desplaza el ratón.
• Cuando la flecha está situada en la posición deseada se deja de pulsar el botón izquierdo del ratón.

Para poner en marcha el carrito se pulsa el botón titulado Empieza

Fundamentos físicos

En las ecuaciones del  movimiento es uniformemente acelerado la velocidad es una función lineal del tiempo, pero no así la posición del móvil. Por lo que solamente se puede aplicar el procedimiento de la regresión lineal a una tabla de datos tiempo-velocidad, pero la experiencia nos suministra una tabla de datos tiempo-desplazamiento. Por tanto, tenemos que obtener una tabla tiempo-velocidad, a partir de una tabla de datos tiempo-desplazamiento.
Si suponemos que el movimiento es uniformemente acelerado, vamos a demostrar que la velocidad media  del móvil entre los instantes t₁ y t₂ es igual a la velocidad en el instante intermedio (t₁+t₂)/2. En efecto,

• Sea x₁ la posición del móvil en el instante t₁
• Sea x₂ la posición del móvil en el instante t₂.

 La velocidad media del móvil entre los instantes t₁ y t₂ es

Podemos expresar la posición x₂ en términos de la posición inicial x₁ y de la velocidad inicial v₁.

La velocidad media vale entonces

Que como podemos comprobar es la velocidad en el instante intermedio entre t₁ y t₂

La velocidad media en el intervalo comprendido entre el instante t₁ y t₂ es igual a la velocidad en el instante (t₁+t₂)/2 intermedio en entre dichos instantes.
Por tanto, para transformar una tabla tiempo-desplazamiento en otra tiempo-velocidad, procedemos del siguiente modo:

• En la tabla de desplazamientos calculamos la velocidad media entre los instantes t₁ y t₂ mediante la fórmula
  
• Dicha velocidad se la asignamos al instante (t₁+t₂)/2.

Ejemplo:

Tiempo (s)	desplazamiento (cm)	tiempo (s)	velocidad (cm/s)
5.1	5	6.15	2.38
7.2	10	8	3.125
8.8	15	9.45	3.846
10.1	20	10.75	3.846
11.4	25	11.9	5
12.4	30	12.9	5
13.4	35	13.85	5.56
14.3	40	14.65	7.14
15	45