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MANUAL DE PRÁCTICAS DE

LABORATORIO DE FÍSICA

PRIMERA VERSIÓN ELABORADA POR: JULIÁN O. HERRERA O.

JOSÉ A. PACHECO

VERSIÓN AMPLIADA Y ACTUALIZADA POR: MSc. HENRY GUTIÉRREZ A. REVISADA POR: MSc. EFRÉN DAVID MONTES DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER BUCARAMANGA, COLOMBIA FEBRERO DE 2024

Tabla de contenido

• INTRODUCCIÓN
• Tabla de contenido
• PRÁCTICA PRESENTACIÓN DEL LABORATORIO..............................................................................................
  • Normas y formatos a tener en cuenta en el laboratorio
• PRÁCTICA N° 0A
  • Presentación del CASSY Lab.
• PRÁCTICA N° 0B
  • Ajuste de datos por regresión lineal.
• PRÁCTICA MAGISTRAL N°
  • Movimiento rectilíneo uniforme acelerado, ecuación de movimiento de Newton
• PRÁCTICA MAGISTRAL N°
  • Colisiones
• PRÁCTICA MAGISTRAL N°
  • Movimiento Parabólico
• PRÁCTICA N°
  • Caída Libre
• PRÁCTICA N°
  • Ley de Hooke
• PRÁCTICA N°
  • Equilibrio con fuerzas coplanares
• PRÁCTICA N°
  • Electrostática-Electrómetro...............................................................................................................................
• PRÁCTICA N°
  • Ley de Ohm. Relación lineal entre voltaje y corriente.
• PRÁCTICA MAGISTRAL N° 9A
  • Ley de Biot-Savart i: Campo magnético de conductor recto
• PRÁCTICA MAGISTRAL N° 9B
  • Ley de Biot-Savart ii: Campo magnético de espiras circulares
• PRÁCTICA MAGISTRAL N° 9C
  • Ley de Biot-Savart iii: Campo magnético de bobina..........................................................................................
  • PRÁCTICA MAGISTRAL N°10
    • Líneas de Campo Eléctrico y de Campo Magnético
• PRÁCTICA MAGISTRAL N°11
  • Carga Especifica del Electrón.
• ANEXOS
• PRÁCTICA N°
  • Plano inclinado, coeficiente de fricción
  • PRÁCTICA MAGISTRAL N°
    • Inducción de campo magnético variable
  • PRÁCTICAMAGISTRAL N°
    • Oscilaciones circuito RLC en serie.
    • FORMATO DE PRE INFORME DE LABORATORIO DE FÍSICA
    • FORMATO INFORME DE LABORATORIO DE FÍSICA

 Proporcionarle al docente y a los estudiantes de la asignatura, los materiales y el equipo necesario para la realización de las prácticas respectivas.  Custodiar los elementos y equipos de los laboratorios.  Realizar mantenimiento preventivo y correctivo a los equipos existentes en el laboratorio.  Brindar un eficiente, oportuno y amable servicio a los estudiantes.  Coordinar y planificar en conjunto con el jefe inmediato el servicio general de los laboratorios y/o talleres de los respectivos programas.  Coordinar y planificar los horarios de los servicios de laboratorios.  Reintegrar al almacén general de la institución el equipo, o enseres que del laboratorio sean dados de baja de acuerdo con la autorización del jefe inmediato.  Retirar del almacén general los pedidos que para su dependencia se haya hecho.  Colaborar con la organización de las muestras técnicas y de divulgación que la institución realice o participe respectivamente.  Sugerir los cambios y las modificaciones que crea conveniente para el funcionamiento y la modernización del laboratorio que se tiene a cargo.  Al finalizar la práctica, se debe verificar que los equipos, estén en perfectas condiciones.  Responder por las herramientas y equipos del laboratorio a cargo.  Colaborar en la instalación e implementación de equipos y máquinas adquiridas por la institución para la actualización de los módulos de trabajo.  Resolver dudas pertinentes a las prácticas que se estén realizando en ausencia del docente.  Las demás funciones que le sean asignadas por el superior inmediato acorde con la naturaleza del cargo. DERECHOS DE LOS USUARIOS Son derechos de los usuarios de un laboratorio de las UTS los siguientes:  Utilización de los recursos disponibles para préstamo dentro de los horarios establecidos.  El usuario tendrá derecho a solicitar asesoría en el momento que lo requiera y será brindada por el auxiliar encargado o por el profesor de la materia.  El usuario dispondrá del servicio para uso exclusivo de su formación académica.  Las solicitudes de servicio de soporte técnico o soporte al usuario se harán directamente a la persona encargada de la atención y registro de estos requerimientos y podrán efectuarse mediante solicitud verbal de acuerdo con los procedimientos establecidos por el reglamento del laboratorio respectivo.  Los equipos y materiales que van a utilizar los docentes y estudiantes deben encontrarse en perfecto orden y aseo.  Préstamo de los elementos o equipos necesarios para realizar las practicas del laboratorio.  Solicitar el buen estado de los elementos, equipos y bancos de trabajo.  La disponibilidad de los laboratorios en los horarios estipulados.  Exigir la verificación del funcionamiento de los equipos y elementos solicitados.  La explicación por parte del docente de la correcta manipulación de los equipos.  Los estudiantes tienen derecho a la clase práctica, orientada por el docente y el conocimiento con anterioridad de las prácticas a realizar.  Recibir un trato cortes según los principios básicos de las relaciones humanas.  Recibir las advertencias necesarias que le permitan trabajar cumpliendo todas las normas de obligatorio cumplimiento y de seguridad que disponga cada laboratorio según su reglamento interno.  El estudiante para solicitar el préstamo de equipos y elementos dispone de 15 minutos después del inicio del laboratorio.  Solicitar el permiso correspondiente si tuviera que ausentarse o no asistir, siempre y cuando sea por una causa justificada.

DEBERES DE LOS USUARIOS

Son deberes de los usuarios de los laboratorios de las UTS los siguientes:  El usuario deberá comprometerse a dar un trato adecuado a los equipos, hardware, software, muebles y elementos que hagan parte del laboratorio, respetando y acatando las normas establecidas en el presente reglamento.  Todo usuario de un laboratorio deberá al momento de solicitar el servicio presentar el documento que lo acredite como usuario, ya sea carné de estudiante, de empleado de las UTS, o cedula de ciudadanía cuando se trate de algún tipo de convenio interinstitucional.  Todo usuario se hace responsable ante las UTS por los daños que se ocasionen a los equipos, muebles y enseres durante el tiempo de su utilización.  El usuario recibirá el equipo en perfectas condiciones; si detecta cualquier irregularidad en el funcionamiento, daño o faltante de algún elemento propio del equipo, deberá reportarlo inmediatamente antes de hacer uso de este.  Queda rotundamente prohibido a cualquier usuario utilizar los equipos para prácticas o fines diferentes a aquellos para los cuales fueron prestados por la institución, haciéndose además responsable del deterioro de los equipos por uso negligente, así como de cualquier tipo de lesión en su persona o en terceros que pueda derivarse de estos actos.  El usuario deberá presentarse a los laboratorios de las UTS vistiendo las ropas adecuadas y cumpliendo con los requisitos de seguridad industrial necesarios para realizar la práctica académica en cada laboratorio; la institución y el laboratorio no asumen responsabilidades por la omisión, desconocimiento o violación de esta regla por parte de sus usuarios. DE LOS ESTUDIANTES  Dejar en perfecto orden y aseo todos los equipos, materiales, y manuales utilizados en la práctica.  Pagar o reponer en caso de pérdida o daño el (los) material(es) y equipo(s) que se encontraban a su cargo durante la práctica.  Debe mantener el orden y la disciplina durante la práctica.  Debe hacer un buen uso de los equipos y materiales a su cargo durante las prácticas de laboratorio.  Preservar, cuidar y mantener en buen estado el material de enseñanza, instalaciones, equipos, dotación y bienes de los laboratorios.  Cumplir con las normas de respeto y convivencia para el logro de una formación integral.  Cumplir con las normas de seguridad del laboratorio que disponga cada laboratorio según su reglamento interno.  En caso de no conocer el manejo de los equipos es necesario pedir las instrucciones pertinentes antes de realizar cualquier conexión y de usarlos.  Cuidar lo que se conserve bajo su cuidado o a lo cual tenga acceso, así como impedir o evitar la sustracción, destrucción, ocultamiento y utilización indebida de los equipos que se encuentren en el laboratorio.  Verificar antes de iniciar una práctica el estado de su puesto de trabajo y del equipo a utilizar en la experiencia.  Tratar con respeto, imparcialidad y rectitud a las personas con que tenga relación por razón del servicio.  Avisar inmediatamente al asistente, o persona encargada de las salas acerca de las anomalías que se presenten en los equipos.  Informar al docente o encargado del laboratorio sobre el mal uso que otros usuarios hagan de los equipos.  Acatar las instrucciones de la persona encargada del laboratorio y respetar sus decisiones de acuerdo con lo dispuesto en este reglamento.

 La pérdida o deterioro por mal uso de un elemento, aparato o equipo, se cobra al estudiante responsable. En caso de no encontrarse un responsable único, el grupo de la práctica correspondiente asumirá la responsabilidad y cubrirá los costos de reparación o de sustitución del equipo.  No se permite el traslado de computadores, sillas o de cualquier otro material o equipo que se encuentre en el laboratorio, sin la debida autorización del funcionario encargado del mismo.  Al finalizar la práctica el material y la mesa de trabajo deben dejarse limpios y ordenados.  En los laboratorios con computadores, estos son para uso exclusivamente académico, evite instalar programas de índoles ajenas a las de la academia.  En los laboratorios con computadores, se prohíbe la utilización de software que no esté amparado legalmente mediante la respectiva licencia para la Universidad.  Se prohíbe el cambio de la configuración del software instalado. NORMAS GENERALES DE SEGURIDAD Son normas generales de seguridad en el laboratorio de Física las siguientes:  Quítese todos los accesorios personales que puedan producir descargas (recuerde que algunas de las prácticas trabajan con altos voltajes y amperajes), como son anillos, pulseras, collares, etc. La responsabilidad por las consecuencias de no cumplir esta norma dentro del laboratorio es enteramente del estudiante.  Está prohibido fumar, beber, comer y masticar chicle en el laboratorio, así como dejar encima de la mesa del laboratorio algún tipo de prenda.  El pelo largo se llevará siempre recogido.  No se debe hacer uso del celular durante las prácticas. Prestar atención a la práctica.  Evite los desplazamientos innecesarios dentro del aula y no corra dentro de ella.  Si presenta dudas acerca del montaje de alguna de las prácticas, consulte con el profesor o el auxiliar encargado antes de la realización de la experiencia.  Es importante que antes del inicio, se haya leído la guía y realizado el pre informe, siguiendo a cabalidad las recomendaciones de seguridad para la experiencia.  Manipule los equipos de manera responsable y cuidadosa.  Si alguno de los equipos presenta anomalías, apáguelo y repórtelo inmediatamente.  No encienda las fuentes, hasta que no esté seguro de las conexiones realizadas.  No se permitirá el ingreso de bolsos a las mesas de trabajo. Use los casilleros.  Sobre la mesa de trabajo solo debe hallarse el equipo requerido para llevar a cabo la práctica.  USO DE LOS LOCKERS - CASILLEROS.

• Use el casillero únicamente para guardar bolsos y cascos.
• No coloque en el casillero elementos sucios con grasa o tierra (zapatillas de fútbol, guantes, etc)
• Las llaves de los casilleros no se deben sacar del aula del laboratorio.
• Verificar que las llaves estén completas y en sus respectivos casilleros.
• Si deja líquidos en el bolso tener cuidado de evitar que estos se derramen.
• Evitar sustancias inflamables.

CRITERIOS PARA LA EVALUACIÓN DE ASIGNATURAS DE LABORATORIO

Para evaluar los laboratorios se considerarán los siguientes instrumentos con sus respectivos porcentajes: Pre informes y/o quices 30%, Informes 30% y Parcial Escrito 30%. Autoevaluación 1 0 %.

1. Pre informe y/o quiz : Para la revisión de los conceptos previos se evaluará con el pre informe o un quiz, este último se realizará antes de iniciar la práctica o al finalizar la experiencia. El pre informe se presenta al iniciar cada experiencia, es un documento escrito a mano que se elabora teniendo en cuenta la información suministrada en el manual de guías de laboratorio. En el pre informe el equipo de trabajo refleja lo que va a ser su actividad en la práctica del día. A continuación, se presentan explicadas las secciones del formato para la elaboración del pre-informe. El formato en blanco se encuentra al final del manual: UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER PREINFORME DE LABORATORIO DE FÍSICA IDENTIFICACIÓN PRÁCTICA #: El número de la práctica TÍITULO: Nombre de la práctica, ver la guía INTEGRANTES NOMBRE: Apellido Apellido Nombre Nombre CÓDIGO: # documento NOMBRE: Apellido Apellido Nombre Nombre CÓDIGO: # documento NOMBRE: Apellido Apellido Nombre Nombre CÓDIGO: # documento GRUPO #: El número del grupo SUBGRUPO #: El número del subgrupo FECHA DE ENTREGA: Fecha en que entrega el preinforme resuelto DOCENTE: Nombre del docente a cargo RESULTADOS DE APRENDIZAJE Ver en la respectiva sección en la guía de la práctica MARCO TEÓRICO En este espacio se describen las leyes, principios y teorías en las que se basa y se fundamenta la práctica a realizar. Los temas de consulta deben desarrollarse en el orden y numeración con que aparecen en la guía de la práctica. Las fórmulas, gráficas y figuras deben aparecer numeradas y con su respectiva explicación. Ej: Fórmula 1: 𝐹 = 𝑚𝑎 ; 𝐹 = 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 ; 𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑎; 𝑎 = 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 O también 𝐹 = 𝑚𝑎 ( 1 ) Donde 𝐹 = 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎, 𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑎, 𝑎 = 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛

Otros aspectos para tener en cuenta en el momento de la evaluación de los laboratorios, son: la puntualidad (tanto de asistencia como de entrega del trabajo), el trabajo en equipo, el comportamiento y seguimiento de las normas de seguridad, el manejo, destreza y cuidado para realizar los diferentes montajes. Estos criterios se consideran dentro de la nota del pre informe.

2. El informe : Se entrega una semana después de haber realizado la práctica (en algunas prácticas se entrega en la misma clase). Las secciones que se indican a continuación son aquellas que se encuentran en la mayoría de los artículos que se publican. A continuación, se presentan las secciones del formato explicadas para la elaboración del informe. El formato en blanco se encuentra al final del manual. UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER INFORME DE LABORATORIO DE FÍSICA IDENTIFICACIÓN PRÁCTICA #: El número de la práctica. TÍTULO: Nombre de la práctica, ver la guía INTEGRANTES NOMBRE: Apellido Apellido Nombre Nombre CÓDIGO: # documento NOMBRE: Apellido Apellido Nombre Nombre CÓDIGO: # documento NOMBRE: Apellido Apellido Nombre Nombre CÓDIGO: # documento GRUPO #: El número del grupo SUBGRUPO #: El número del subgrupo FECHA DE ENTREGA: Fecha en que entrega el informe resuelto DOCENTE: Nombre del docente a cargo RESUMEN En un párrafo corto (Max 5 renglones) en el cual sintetice y describa los siguientes tres aspectos: ¿Qué pretendía la práctica? (“En la práctica de …el objetivo es … “) (“Con el fin de … se realizó …”) ¿Qué se hizo? (“Con el fin de … se llevaron a cabo … mediante …”) (“Para ello … se hizo …”) ¿Qué se obtuvo? (“Los resultados obtenidos muestran que … lo cual se ve reflejado en …”) TABLAS DE DATOS Y GRÁFICAS Coloque en esta sección las tablas con los datos y sus unidades (mediciones), capturas de pantalla, gráficas, etc. obtenidas en el desarrollo del experimento (simulación). Debe colocar título y numeración a las tablas, figuras y gráficas. Ej: Datos de Masa y Fuerza Gráfica de Distancia vs Tiempo Figura de Campo Eléctrico

Masa [kg] Fuerza [N] 2 8 4 16 6 24 8 32 TABLA 1 GRÁFICA 1 FÍGURA 1 EVALUACIÓN Y CÁLCULOS En esta sección debe colocar lo siguiente:

1. Fórmulas usadas para resolver la sección de “Evaluación” indicando el significado de cada letra. Debe numerar cada fórmula y usar el editor de ecuaciones. Ej: Fórmula 1: 𝐹 = 𝑚𝑎 ; 𝐹 = 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 ; 𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑎; 𝑎 = 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 O también 𝐹 = 𝑚𝑎 ( 1 ) Donde 𝐹 = 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎, 𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑎, 𝑎 = 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛
2. Desarrollo de las preguntas de la sección de “Evaluación” de la guía de la práctica. Debe registrar los procedimientos, indicar las unidades en que expresa las cantidades. El desarrollo debe ser en el mismo orden en que están en la guía y colocando los enunciados (a, b, c …) ANÁLISIS DE RESULTADOS, DATOS Y GRÁFICAS En esta sección debe plasmar la interpretación que usted hace de los resultados obtenidos en las mediciones, en los cálculos; interpretar las gráficas. Esto se hace contrastando los resultados de las mediciones con lo que dice la teoría y haciendo referencia a las fórmulas, gráficas y tablas. Ej: “Los datos obtenidos en la(s) tabla(s) # …muestran que … esto está de acuerdo a lo que dice la ley de …” “La(s) gráfica(s) # … indica que ____ es proporcional a _____ de forma (lineal, cuadrática, etc) y esto es acorde a lo que enuncia …” “La variación de … en función de … se da de manera … aunque con algunas fluctuaciones ya que …como se muestra en …” “De acuerdo a la teoría se esperaba que … pero los datos obtenidos en (la gráfica #, tabla #, etc) indican que… debido posiblemente a … entonces hay cierta discrepancia entre los valores medidos y los calculados puesto que …” “Según la fórmula # los valores de … deben ser … pero los resultados que se muestran en la (gráfica #, tabla #, etc.) del experimento indican que …” “De acuerdo a la gráfica # se evidencia que … lo cual es acorde a lo indicado por la fórmula # según la cual …”

incapacidad del médico de la EPS y el VoBo del Coordinador del Programa. Para presentar la excusa y recuperar la experiencia el estudiante cuenta con 8 días (una semana) contados a partir del día de la clase.

4. El parcial escrito : Se hace teniendo como referente los resultados de aprendizaje y las habilidades previstas en cada práctica de laboratorio. Se diseñan en los formatos de evaluación de las asignaturas teóricas. Se presenta de manera individual. Esta evaluación puede ser teórica, teórico – práctica, o una evaluación tipo problema con datos de laboratorio. Este examen tiene un valor del 30% del corte, se hace uno solo y comprende las prácticas realizadas antes de la fecha del parcial.

IDENTIFICACIÓN

UNIDAD ACADÉMICA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

ASIGNATURA: LABORATORIO DE FÍSICA

UNIDAD TEMÁTICA

PRÁCTICA N° 0A Presentación del CASSY Lab. COMPETENCIA RESULTADOS DE APRENDIZAJE Operar el software Cassy-Lab para desarrollar las prácticas del laboratorio de Física. Identificar las principales funciones del software Cassy Lab como herramienta para el desarrollo de las prácticas del laboratorio de Física. ACTIVIDADES El software Cassy Lab permite la recolección de datos de las experiencias llevadas a cabo en el laboratorio mediante los sensores y elementos del montaje que conforman las prácticas. En esta primera aproximación se expondrán y describirán las principales funciones de la barra de herramientas del software Cassy Lab mediante algunos ejemplos. PRESENTACION DE LA VENTANA DEL Cassy-Lab Gráfica 1. Fuente: LD Didactic Las funciones básicas pueden ser ejecutadas directamente con los botones rápidos de la línea superior. Los botones rápidos más importantes también pueden ser operados mediante las teclas de funciones.

Imprime la tabla actual o el diagrama actual. Inicia y detiene una nueva medición. Por otro lado una medición también puede ser detenida prefijando un tiempo de medición. Modifica los ajustes actuales (por ej. CASSY, Parámetro/Fórmula/FFT, Representación, Comentario, Puerto serie). Para los parámetros de medición esta función debe ser accionada dos veces. Representa el contenido de la línea de estado en un cuadro grande o lo oculta nuevamente. Llama a esta ayuda. Da información sobre la versión del software y permite la entrada del código de desbloqueo. Cierra todos los instrumentos indicadores abiertos o los abre nuevamente. Estas son tan solo algunas de las opciones que le ofrece el Cassy-Lab para su trabajo en el laboratorio. Otras funciones que permite el software son las relacionadas con el ajuste de curvas de datos, cálculo de promedios, cálculo del área bajo una curva (integral), entre otros que se verán con más detalle en las siguientes clases. EVALUACIÓN Como parte de la evaluación ahora usted debe realizar las siguientes actividades: a) Con la orientación del docente explore las funciones de la barra de herramientas del Cassy Lab. b) Con la orientación del docente explore las funciones del menú que se despliega al hacer clic sobre una tabla o gráfica con el botón derecho del mouse. c) Conoce los comandos principales del software CASSY Lab para desarrollar las prácticas del laboratorio de Física. BIBLIOGRAFÍA Manual de ayuda del CASSY Lab. Sitio web de la marca LD didactic: https://www.ld-didactic.de/en.html Fecha de consulta: diciembre 2020

IDENTIFICACIÓN

UNIDAD ACADÉMICA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

ASIGNATURA: LABORATORIO DE FÍSICA

UNIDAD TEMÁTICA

PRÁCTICA N° 0B

Ajuste de datos por regresión lineal. COMPETENCIA RESULTADOS DE APRENDIZAJE Conocer los procedimientos de ajuste de datos experimentales mediante regresión lineal.  Realizar de manera correcta el ajuste de datos mediante el proceso de regresión lineal y la linealización de datos.  Interpretar la pendiente y el punto de corte obtenidos mediante regresión lineal y el sentido físico que tienen estos valores según la relación teórica que lo describe. ACTIVIDADES Para la evaluación del informe de laboratorio se tendrán en cuenta todos los conceptos y explicaciones dadas como referencia y los criterios acordados de evaluación que se evidencia desde la ejecución de la práctica hasta la realización y puntualidad de la entrega del informe de parte del estudiante al profesor. El pre informe escrito del laboratorio que usted realizará se entrega al iniciar la práctica y debe contener: título de la práctica, objetivos, marco teórico (corresponde a la teoría investigativa acerca del tema de la práctica realizada), materiales, procedimiento (montaje y ejecución) y bibliografía. Los temas de la investigación teórica acerca de la práctica son los siguientes:

1. Elementos de la recta en el plano cartesiano: pendiente, punto de corte. Concepto y fórmulas.
2. Gráficas de funciones lineal, cuadrática, potencia y exponencial. Descripción gráfica y fórmulas.
3. Regresión lineal y linealización. Concepto, fórmulas y ejemplos.
4. Definición e interpretación de la pendiente, el punto de corte y del coeficiente de correlación obtenidos mediante regresión lineal. Ejemplo. Al realizar el informe usted debe tener en cuenta el siguiente contenido: cálculos, análisis de los resultados (datos), análisis de gráficas, evaluación, observaciones y conclusiones. LISTA DE MATERIALES  PC con Windows  Calculadora científica.  Microsoft office Excel. NOTA: Para esta práctica el estudiante debe traer 6 hojas milimetradas y una regla de 30 cm.