Movimiento Rectilíneo Uniforme y Acelerado.
Autor: Camilo Ariel Friz Gómez.
Competencias: Aplica las Ciencias de la ingeniería.(Nivel 1).
Palabras claves: MRU, MRUA, NXC, Fisica.
La gente considera la
Física poco llamativa y difícil de aplicar, por este motivo, se presentara una
forma práctica y entretenida de aprender
conceptos como MRU y MRUA.
Teniendo como
material principal un Robot NXT y un programa que muestra en pantalla el
intervalo de tiempo entre dos puntos, para calcular la velocidad y aceleración, teniendo como
variables la distancia y el tiempo.
Se incluirán
experimentos prácticos utilizando gráficos y fórmulas para una mejor
interpretación de los datos entregados por el robot.
Se consideraran 2
conceptos mencionados anteriormente:
-Movimientos
rectilíneo uniforme (MRU): el MRU es cuando un móvil posee una trayectoria
recta, su velocidad es constante en el tiempo, por lo tanto, la aceleración es
nula.
- Movimientos
rectilíneo uniformemente acelerado (MRU): el MRU es cuando un móvil se desplaza
sobre una trayectoria recta, con aceleración constante.
Al término de la
actividad, el lector manejara términos
básicos de la física, entendiéndola y analizándola de manera clara y objetiva.
Los
objetivos serán los siguientes:
-Determinar la
función de distancia vs tiempo para el MRU de su robot.
-Determinar la
velocidad de su robot para alguna potencia específica ingresada en su
programación
en su MRU.
-Determinar la
función de distancia vs tiempo para el MRUA de su robot.
-Determinar la
aceleración de un robot cuando va aumentando su velocidad y la distancia.
-Utilizar
correctamente programas tales como Excel, Open office Calc, etc.
Definiciones:
-MRU: es cuando un móvil
describe una trayectoria recta, su velocidad es constante con el tiempo, por
tanto, su aceleración es nula.
-MRUA es cuando un móvil se
desplaza sobre una trayectoria recta, a aceleración constante.
Con las definiciones
anteriores se pueden deducir las siguientes formulas:
MRU:
X(f) = Xo + vt
MRUA:
-
Y(f)= ½ a t^2
+ Vot + Xo
Velocidad:
-
v = d/t
Aceleración:
-
a = d/t^2
¿Que realizaremos?
Lo
primero a realizar en el laboratorio de física es seleccionar los
materiales, para poder efectuar con
mayor éxito el laboratorio; los materiales a utilizar son los siguientes.
-Robot
NXT integrado con un sensor de luz y con dos programas dados por el profesor
(un programa de Aceleración y otro de Velocidad).
-huincha de medir (de 5 metros
preferentemente).
-Cinta adhesiva negra.
-Calculadora (de preferencia
Científica).
En primer lugar hay que preparar la mesa donde
se realizará el laboratorio, la cual deberá ser de un solo color (de
preferencia blanca), para tener una correcta lectura del sensor de luz del
robot. En la mesa se deberán trazar 6 líneas con la cinta adhesiva, a una
distancia predeterminada, en este caso será de 35 cm de separación.
Con los trazados
listos ya se puede empezar a realizar el laboratorio.
·
Movimiento
Rectilíneo Uniforme (MRU).
El MRU se produce
cuando un cuerpo o partícula se mueve en línea recta y recorre espacios iguales en tiempos iguales.
Por ejemplo, si un ciclista recorre en 1 hora 50 km, eso quiere decir que
en 2 horas el ciclista recorrerá 100 km, y en 3 horas 150 km, y así
sucesivamente. Entonces podríamos decir que el ciclista se desplazó a 50
km/h. Esto es lo que se realizara y ejemplificara
en este laboratorio de física.
El primer programa entregado por el profesor (para el robot NXT), tiene
la función de mostrar en pantalla el tiempo (en milisegundos) que se demora en
pasar el robot de una línea a otra.
Los resultados
entregados por el robot fueros los siguientes:
|
Tiempo (s)
|
Distancia (m)
|
|||
|
0
|
0
|
|||
|
0,35
|
|||
|
3,66
|
0,70
|
|||
|
5,46
|
1,05
|
|||
|
7,28
|
1,40
|
Si
aprecia estos datos, a simple vista,
solo parecen números inventados y que no tienen relación alguna, por ende, se
tuvo que graficar para una mejor
interpretación de estos datos.
Si se analiza el gráfico, se observa que se
formó una línea recta, eso quiere decir, que hubo una velocidad constante. La
velocidad se puede calcular con los datos anteriores o se puede obtener del
gráfico, en este caso, se extraerán los datos del gráfico, y la velocidad es el
primer dato que entrega la fórmula que proporciona el grafico, por lo tanto, la
velocidad del robot será de v = 0,1921 m/s.
A continuación se presentara
una formula la cual se entiende como: si se tiene la velocidad y un tiempo
determinado, se podría estimar la distancia que alcanzaría el robot. La fórmula
es la siguiente:
Si
se usa esta fórmula, entonces hay que reemplazar los datos como se muestra a
continuación: En 10 segundos ¿Cuánto avanzara el robot?
Entonces se puede obtener que: En 10 segundos el robot
avanzará 1,921 m. Entonces, para comprobar los datos, se programó el robot para
avanzar 10 segundos, y como resultado de esto, el robot avanzó correctamente
los 1,9 m que anteriormente se había estimado.
·
Movimiento Rectilíneo Uniforme Acelerado
(MRUA).
El MRUA es aquel en el que un móvil se desplaza sobre una
trayectoria recta estando sometido a una aceleración constante.
En este caso, se usará el segundo entregado por el profesor (para el
robot NXT), tiene la función de mostrar en pantalla el tiempo (en milisegundos)
que se demora en pasar el robot de una línea a otra. En este caso, el robot en
vez de tener una velocidad continua, tendrá una aceleración que entregara datos
diferentes a los anteriores, los cuales se analizaran a continuación:
Los
resultados entregados por el robot son los siguientes:
|
Tiempo
(s)
|
Distancia (m)
|
|||
|
0
|
0
|
|||
|
0,35
|
|||
|
4,48
|
0,70
|
|||
|
5,68
|
1,05
|
|||
|
6,71
|
1,40
|
|||
|
7,64
|
1,75
|
Ahora se graficaran los datos entregados
anteriormente para una mejor interpretación de estos.
Si se analiza el gráfico, se observa que se
formó una curva, eso quiere decir, que hubo una aceleración. La aceleración, al
igual que con la velocidad, se puede calcular con los datos anteriores o se
puede obtener del gráfico, en este caso, se extraerán los
datos del gráfico, y la velocidad es el primer dato que entrega la fórmula que
proporciona el grafico, por lo tanto, la aceleración del robot será de a =
0,0,228 m/s^2.
A continuación se presentara
una formula la cual se entiende como: si se tiene la velocidad y un tiempo
determinado, se podría estimar la distancia que alcanzaría el robot. La fórmula
en función de tiempo es la siguiente:
Si se usa esta fórmula, entonces hay que
reemplazar los datos como se muestra a continuación: En 10 segundos ¿Cuánto
avanzara el robot?
Entonces se puede obtener que: En 10
segundos el robot avanzará 2,142 m. Entonces, para comprobar los datos, se
programó el robot para avanzar 10 segundos, y como resultado de esto, el robot
avanzó correctamente los 2,1m que anteriormente se había estimado.
MECANISMOS DE
VERIFICACIÓN – DEMOSTRACIÓN EXPERIMENTAL:
Para comprobar las
formulas empleadas anteriormente, utilizadas en el calcula de MRU y MRUA, donde
se realizaron ejemplos estimativos de velocidad y aceleración respectivamente,
como por ejemplo: Si se da un tiempo determinado ¿Cuál será la distancia que recorrerá
nuestro robot al avanzar ese tiempo?
Para eso se verificara cada una de las formulas anteriores:
MRU:
Para saber si los datos
y las formulas están correctas, se debe hacer una demostración experimental. Se
trata de que se debe trazar con la cinta adhesiva dos líneas, a una distancia
de 1,9m y programar el robot para que se detenga a 10 segundos y que mantenga
una velocidad de 0,19 m/s. Todos estos datos fueron el resultado obtenido en la
formula anterior de MRU.
Al realizar el experimento, se obtuvo que el robot se detuvo a los 1,9m
como lo habíamos calculado anteriormente, y eso significa que los datos y las
formulas empleadas estaba correctamente ejecutadas.
MRUA:
Para saber si los datos
y las formulas del MRUA están correctas, se debe hacer una demostración
experimental. Al igual que en la demostración anterior, se debe trazar con la
cinta adhesiva dos líneas, a una distancia de 2,1m y programar el robot para
que se detenga a 10 segundos y que mantenga una aceleración de 0,22 m/s^2.
Todos estos datos fueron el resultado obtenido en la formula anterior de MRUA.
Al realizar el
experimento, al igual que el experimento anterior, se obtuvo que el robot se
detuvo a los 2,1m como lo habíamos calculado, y eso significa que los datos y
las formulas empleadas estaba correctamente ejecutadas.
Reflexiones:
- Los instrumentos básicos fueron correctamente utilizados en la medición
de los resultados, los cuales son de vital importancia al momento de comprobar
lo previamente calculado en el laboratorio.
- Con respecto al MRU, sabiendo que en un determinado tiempo y en una
determinada distancia, la velocidad permanece constante se concluye que es
posible predecir la distancia atreves del tiempo y la velocidad o el tiempo
atreves de la distancia y velocidad de manera matemática, y esto aplicado junto
con herramientas (como la huincha de medir) para comprobar el trabajo de
laboratorio
- Con respecto al MRUA, sabiendo datos como la velocidad, tiempo,
Posición inicial y teniendo presente que
la aceleración es constante en los MRUA es posible determinar en qué lugar se
encontrara en un determinado tiempo, lo que posteriormente es verificado con
ayuda de las herramientas.
- Los programas de Excel utilizados en el laboratorio permitieron la
creación de los gráficos satisfactoriamente, comprobando la parte teórica
pre-experimental.
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