Tiro parabólico horizontal
El objetivo de este experimento es determinar si el tiempo de vuelo de una pelota lanzada horizontalmente desde la mesa varía al variar la velocidad inicial.
Una pelota lanzada horizontalmente desde una mesa de altura h no tiene velocidad inicial en la dirección vertical, por lo que la pelota debería tardar el mismo tiempo en llegar al suelo que una pelota que cae desde el reposo desde la misma altura. La ecuación cinemática
h = (1/2)gt2
puede utilizarse para determinar el tiempo de vuelo, que es independiente de la velocidad inicial:
Movimiento del proyectil
El propósito de este experimento es predecir y verificar el alcance y el tiempo de vuelo de un proyectil lanzado en ángulo.
Para predecir el alcance del proyectil cuando se dispara desde una mesa con un cierto ángulo sobre la horizontal, es necesario determinar primero la velocidad inicial (velocidad de boca) del proyectil. La velocidad inicial del proyectil se determina disparando, con el ángulo adecuado, a través de 2 fotocélulas colocadas cerca de la boca del cañón y separadas sólo unos centímetros una de otra. A continuación, la velocidad inicial puede utilizarse para calcular dónde caerá la bola cuando se dispare con un ángulo θ.
Velocidad inicial: Las fotocélulas están separadas aproximadamente 10 centímetros (medir directamente para confirmarlo). Se puede utilizar un temporizador inteligente para medir el tiempo que tarda la pelota en viajar entre estas dos puertas. La velocidad media entre las puertas se puede calcular a partir de v = (10 cm)/tiempo.
Tiempo de vuelo y alcance: Para predecir el tiempo total de vuelo, puedes utilizar la componente vertical y de la velocidad inicial junto con las coordenadas y iniciales y finales de la pelota. Para predecir el alcance, puedes utilizar el tiempo de vuelo total y el componente x de la velocidad inicial.
Obtendrás estas dos ecuaciones, una para el alcance y otra para el tiempo total de vuelo, antes de realizar el experimento. A continuación, calcularás los valores del alcance y del tiempo de vuelo utilizando tus ecuaciones. Después de calcular los valores esperados, realizarás el experimento para ver si has calculado correctamente.
Tiempo de vuelo frente a la velocidad inicial
Los lanzadores deben estar colocados al llegar; no ajuste la colocación de los lanzadores a menos que se lo indique su asistente técnico. Cada lanzador debe sujetarse al borde de una mesa de laboratorio y orientarse de manera que la bola caiga en el suelo sin golpear a ningún otro grupo de laboratorio.
Ajuste el ángulo del lanzador de proyectiles a cero grados (0°).
Conecte el cable de la fotocélula más cercana a la boca del lanzador en el puerto 1 del lado derecho del Smart Timer.
Conecte la placa de tiempo de vuelo en el puerto 2 del temporizador inteligente.
Encienda el temporizador inteligente y seleccione el modo de tiempo y dos puertas. Presione el botón de inicio en el temporizador inteligente, y un asterisco (*) debe aparecer indicando que el dispositivo está listo para recoger datos. Ahora, cuando la bola salga de la boca del lanzador, indica al temporizador que empiece a cronometrar cuando pase por la primera puerta. Cuando aterriza en la placa de tiempo de vuelo, se envía una segunda señal al temporizador que le indica que se detenga. El tiempo registrado es el tiempo de vuelo.
Nota: Si el temporizador no se pone en marcha, el haz de la fotocélula puede estar bloqueado por el lanzador, en cuyo caso el soporte debe moverse hacia fuera para que la primera fotocélula esté justo más allá del extremo delantero del lanzador.
Mida la distancia vertical desde la parte inferior de la posición de lanzamiento de la bola en el cañón (esta posición está marcada en un lado del cañón) hasta la parte superior de la placa de impacto.
Coloque la bola de plástico amarilla en el lanzador de proyectiles y póngalo en la posición de corto alcance.
Pruebe a disparar la bola para determinar dónde colocar la placa de tiempo de vuelo. Coloca la placa de tiempo de vuelo en el suelo donde caiga la bola. Asegúrese de que golpea SÓLO en el área blanca del plato y que la trayectoria de la pelota es paralela al lado más largo del área blanca. Se requiere práctica y paciencia para asegurar que la pelota aterrice con precisión en la placa y que el tiempo de vuelo se registre correctamente.
Cada vez que lances una pelota, coloca a un miembro de tu grupo de laboratorio listo para atrapar la pelota después de que aterrice para evitar que se pierda o que interfiera con otros estudiantes en la sala.
Realiza cinco disparos y registra el tiempo de vuelo de cada prueba. Recuerda pulsar el botón Start/Stop del temporizador de la fotocélula antes de disparar.
Mide y registra la distancia horizontal (alcance) recorrida por la pelota.
Repita los pasos 3 a 6 para la posición de lanzamiento de alcance medio.
Observa que el tiempo de vuelo no depende de la velocidad inicial cuando la bola se lanza horizontalmente. Calcula la velocidad inicial para cada una de las dos posiciones de lanzamiento a partir de vo = Δx/Δt, donde Δx es el alcance o desplazamiento horizontal de la pelota.
Movimiento del proyectil
Medición de la velocidad inicial directamente
Ajuste el ángulo del lanzador a 0°.
Desconecte la placa de tiempo de vuelo del temporizador inteligente, y conecte la segunda fotocélula en el puerto 2 para que el temporizador registre ahora el tiempo de paso de la bola entre las dos puertas.
Cargue la pelota en la configuración de corto alcance, reinicie el temporizador y lance la pelota. Registra el tiempo que tarda la pelota en pasar entre las compuertas.
Calcula la velocidad inicial, vo, utilizando la distancia y el tiempo entre las puertas.
Repite los pasos 3 y 4 varias veces y calcula la velocidad inicial media y la incertidumbre.
Vídeos de Tiro parabólico horizontal
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