Electricidad y Magnetismo.

Practicas de Laboratorio.

 

Medida de la velocidad de una bala.

En este tema vamos a describir un experimento, en el que se emplea un circuito RC, para medir el tiempo t de vuelo de una bala entre dos posiciones fijas separadas una distancia d.

Fundamentos físicos.

figura 1

Antes de disparar la bala se carga el condensador C con una batería de tensión V0. Y se observa la tensión que marca el voltímetro (en color amarillo). La bala rompe el circuito en el contacto A (en color azul), y desconecta la batería por lo que el condensador C empieza a descargarse a través de la resistencia R. Como demostramos en uno de los temas anteriores, cuando un condensador se descarga, la carga del condensador disminuye exponencial mente con el tiempo y también, lo hace la diferencia de potencial V entre las placas del condensador.

formula 1(1)

Donde le producto R·C se denomina constante de tiempo del circuito.

Esta descarga prosigue hasta que la bala rompe el contacto B (en color azul) del circuito. El tiempo transcurrido es el cociente entre la distancia x que separa los dos conductores rotos y la velocidad de la bala.

formula 2(2)

figura 2

Actividades.

Cada vez que se pulsa el botón titulado Nuevo se genera un número aleatorio entre 1 y 10 que representa la velocidad v de la bala que tendremos que calcular.

La batería tiene una tensión de V0 = 10 V. Se construye el circuito RC tomando una resistencia R y un condensador de capacidad C. El producto de ambas magnitudes se introduce en el control de edición titulado Constante de tiempo RC.

La distancia entre los dos cables rotos está también fijada por el programa y vale x = 1.0 m

Se pulsa el botón titulado Empieza, la bala se mueve hacia el circuito rompe el primer contacto A, el condensador empieza a descargarse (tal como se muestra en la gráfica). Se mide la diferencia de potencial V entre las placas del condensador cuando se rompe el segundo contacto B y el condensador deja de descargarse.

Despejamos el tiempo t de la fórmula (1) y luego, se despeja v de la fórmula (2).

formula 3

La velocidad v de la bala que hemos calculado se puede comparar con la proporcionada por el programa interactivo cuando se pulsa el botón titulado Respuesta.

Para medir bien la velocidad, hemos de introducir una constante de tiempo RC cuyo valor sea del orden del tiempo que tarda la bala en moverse la distancia x entre los dos cables rotos.

Ejemplo:

  1. Pulsamos el botón titulado Nuevo.
  2. Introducimos la constante de constante RC = 0.5s
  3. Pulsamos el botón titulado Empieza.
  4. El valor final de la ddp entre las placas del condensador es de 4.5 volt.
  5. Calculamos el tiempo t = 0.4 s, y luego la velocidad de la bala v = 2.5 m/s.
  6. Que coincide con la proporcionada por el programa pulsando el botón titulado Respuesta.
LineasApplet aparecerá en un explorador compatible JDK 1.1

Elaborado en: Enero del 2004 | Ultima actualización: Enero del 2005.