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05/01/2023 Práctica sobre manejo de datos

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05/01/2023 Práctica sobre manejo de datos

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La actividad consistió en analizar con herramientas estadísticas un conjunto de datos brindados de un experimento, mediante el cálculo de promedios, incertidumbres y graficar. Se logró poner a prueba los conceptos estadísticos previamente estudiados.

Problemas encontrados al realizar la práctica:
-El programa utilizado era lento.
-Problemas al familiarizarnos con el programa utilizado.

Link de la hoja de cálculo: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1UiBtw5DIvAbgFBcjNdyL6zzkOudc8qJGcaHJvREKzls/edit?usp=sharing

Cuestionario:
Las preguntas de 1 a 4 se encuentran desarrolladas en el documento adjunto.

5. Fuentes de error aleatorio

Las mediciones realizadas por humanos tienden a tener errores asociados a su propia capacidad de realizarlas, por lo que se podría optar por utilizar instrumentos electrónicos para realizar las mediciones, como en lugar de usar un cronómetro, utilizar un sensor que mida el periodo con mayor exactitud.
Otra fuente de error se debe a que pudieron ocurrir corrientes de viento cuando se realizó el experimento, lo cual afectó los resultados. Se puede solucionar al realizar el experimento en un lugar cerrado.
La superficie donde se realizó puede experimentar vibraciones por varias causas, por lo cual el experimento puede verse afectado. Se puede solucionar al controlar estas vibraciones y llevar un registro de ellas.

6. ¿Cómo evaluar la confiabilidad del experimento?

Este experimento consiste en estudiar la relación que existe entre una masa colgante y la velocidad de una masa unida a esta por medio de la cuerda, por lo que el coeficiente de correlación (R²) nos brinda una medida de que tan bien se ajustan los datos al modelo creado, donde entre más cercano sea a 1, más se ajustan los datos. En esta caso el R² es prácticamente 1, por lo que se puede decir que los datos son confiables.

También se puede inferir que los datos son confiables si su incertidumbre es pequeña con respecto a la magnitud medida o calculada, ya que eso nos indica que el valor obtenido tiene una desviación aceptable con respecto al valor real.
Otra manera de verificar la confiabilidad del experimento es que otras personas en otros lugares realicen el experimento, de tal forma se logra comprobar que se obtuvieron datos confiables y reales.

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09/01/2023 Práctica Campo Magnético Terrestre

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09/01/2023 Práctica Campo Magnético Terrestre

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Con un sensor se realizaron mediciones para determinar las componentes radial y tangencial del campo magnético terrestre, tras previamente calibrarlo. Se comprendió que este campo tiene un carácter vectorial, sin embargo, no se logró obtener un valor cercano al reportado.

Problemáticas encontradas:
1. El sensor tenía un comportamiento extraño, ya que en algunos momentos, sin el anulador de campos magnéticos realizaba mediciones oscilantes o casi estables.
2. Cuando se usaba el anulador de campos magnéticos el sensor realizaba medidas oscilantes o distintas de cero.
3. Con el anulador de campos, el campo medido por el sensor era mayor que cuando no se usaba el anulador de campos.

Datos y gráficos:
Los gráficos de Capstone y cálculos hechos en Excel se pueden visualizar en las siguientes imágenes:
https://drive.google.com/drive/folders/1hzG0nUPhFY0gumd9_fqLIA3VNy3b2kbl?usp=share_link

Cuestionario:
1. Se obtuvo una magnitud de campo de 0,45 G.
2. El ángulo respecto a la horizontal es de 79°.
3. Se tiene como referencia un campo de 0,34 G, por lo cual se tuvo un error de 32%. Se obtuvo este error debido a errores a la hora de realizar el experimento y las dificultades, como las mencionadas anteriormente.
Tomado de: World Magnetic Model. https://www.magnetic-declination.com/Costa%20Rica/San%20Pedro/557297.html (accesado Enero 9, 2023):

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12/01/2023 Campo magnético de una bobina cuadrada

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12/01/2023 Campo magnético de una bobina cuadrada

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Se midió el valor de los campos generados por una bobina cuadrada en función de la distancia a lo largo del eje que atraviesa su centro para amperajes de 0,50 A, 1,00 A, 1,50 A y 200 A. Se utilizó un sensor de campo magnético para medir el campo en cada punto y un sensor de rotación para medir la distancia desde el centro de la bobina.

Problemáticas encontradas:
1. Es tedioso calibrar el amperaje debido a que se debe tantear entre valores de voltaje y corriente hasta obtener una configuración que válida (Que no encienda la luz roja).
2. Debido a que el sensor de rotación no fluye correctamente hay picos en los resultados por cambios bruscos en la posición.
3. El sensor de campo magnético no está correctamente calibrado, por lo que se debió realizar una medición sin la influencia del campo de la bobina para realizar correcciones.

Datos y gráficos:
Los gráficos de Capstone y cálculos hechos en Excel se pueden visualizar en las siguientes imágenes:
https://drive.google.com/drive/folders/14fSCb1TV0lu39Uf43ehhU68QCbajIM-Z?usp=share_link

Cuestionario:
1. El valor mínimo esperado siempre es cero, tomando en cuenta que el cero en el sensor está desplazado, mientras que los valores de campos máximos en Gauss según el amperaje es 0,50 A: 12,7; 1,00A: 25,4; 1,50A: 38,1 y 2,00A: 50,8.
2. Si se mide el valor de "l" con una regla, es posible calcular su valor, en este caso el número de vueltas teórico es 180, al calcular el número de vueltas con los datos obtenidos, obtenemos que el número de vueltas es 174.
3. Los errores porcentuales obtenidos para cada amperaje es 0,50 A: -3%; 1,00A: -4% ; 1,50A: -3%  y 2,00A: -4% .

Referencias
Serway, R. A.; Jewett, J.W. Fuentes del campo magnético. Física para ciencias e ingeniería; Cengage: México, 2019; pp 789-790.

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16/01/2023 Campo Magnético de un Solenoide

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16/01/2023 Campo Magnético de un Solenoide

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El experimento consistió en medir el campo magnético del solenoide a lo largo de su eje, dentro y fuera. Además, se definieron sus líneas de campo con limaduras de hierro. Se logró comprender el comportamiento del campo magnético del solenoide.

Problemáticas:
1.  Al inicio el multímetro no se estabilizó al medir voltaje y resistencia.
2. El desplazamiento del sensor a lo largo del eje no era uniforme.
3. La cantidad adecuada para tener líneas de campo continuas y distinguibles entre sí, era difícil de conseguir.

Datos y gráficos:
Los gráficos de Capstone y cálculos hechos en Excel se pueden visualizar en el siguiente link:
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1WJul4nfSSsuVpIUBchBAbkhdcEu5j6n1Z31-7p2sY4Y/edit?usp=sharing

Cuestionario:
1.  Un solenoide ideal se describe como aquel que en términos de sus dimensiones tiene una longitud interna infinita, un radio que tiende a cero y en cuanto a la separación entre cables también deben tender a cero. El solenoide ideal es un objeto imaginario, sin embargo, un solenoide puede producir campos cercanos a los ideales si es muy lago, muy angosto y sus cables muy son finos. En el caso de esta práctica se utilizó un solenoide que era corto y ancho, por lo que las líneas de campo en su interior se alejan de los modelos teóricos y esto puede influir en los cálculos del número de vueltas, debido a que esta teoría que no se corresponde con los resultados prácticos de un solenoide no ideal.
2. Para cada gráfica de campo magnético en función de la distancia desde su extremo, se observa como el pico máximo de campo magnético se encuentra en x=0 m y luego desciende el campo magnético de forma no lineal, conforme nos alejamos del extremo. Es esperable que el campo magnético decrezca con la distancia, por lo cual los resultados son congruentes con la teoría con la cual contamos en este punto.
3. D es una magnitud que pretende estimar la cantidad de líneas de campo por unidad de longitud vertical (Según la perspectiva seleccionada).Por otro lado Bs es el valor del campo magnético que atraviesa el eje de simetría del solenoide. Como lo muestra el mapa de líneas de campo, las líneas siguen una trayectoria curva, por lo que conforme avanzamos en x las líneas de campo se distancian, lo que provoca el decrecimiento en la densidad de líneas conforme se avanza en x. Como la magnitud del campo magnético depende de la cantidad de líneas que aporten a su magnitud, al avanzar en x, el campo magnético decrece debido a que hay menos líneas que son detectadas. Por lo cual concluimos que a mayor densidad de líneas de campo, mayor es la magnitud del campo magnético.

Referencias
Serway, R. A.; Jewett, J.W. Fuentes del campo magnético. Física para ciencias e ingeniería; Cengage: México, 2019; pp 782-783.

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El experimento consistió en estudiar como se generan caídas de potencial  inducidas en bobinas que están expuestas a campos magnéticos generadas por otra bobina a la cual se le aplica un caída de potencial externa. También se varían el número de vueltas de las bobinas y la influencia de un circuito metálico a diferentes voltajes externos aplicados.

Problemáticas:
1.  El generador de voltaje no siempre funcionaba correctamente, por lo que se debía apagar, volver a encender y repetir hasta que el voltaje configurado coincida en los resultados obtenidos.
2. El circuito montaje no posee conexiones rígidas, por lo cual con facilidad se desconectaban, causando errores.
3. Hubo perdida de datos debido a un error en el programa Capstone al cerrándose de forma repentina.

Datos y gráficos:
Los gráficos de Capstone se pueden visualizar en el siguiente link: https://docs.google.com/document/d/1QBUt6X5e1zfGqZJMxmx-rpEnf2wdVDEiQkT-72KqYRQ/edit?usp=sharing

Cuestionario:
1.  Se observa que cuando el voltaje aumenta en la bobina A, el voltaje disminuye en la B y viceversa. Cuando A alcanza su valor máximo, B alcanza el mínimo. Ambas funciones tienen un desfase de pi medios radianes. Las amplitudes son iguales.
2. La relación que existe entre las caídas de potencial de las bobinas en función del número de vueltas está dada por la ecuación ΔV2=(ΔV2*N2)/N1.
3. La inductancia generada en la bobina secundaria depende del campo magnético y estos a su vez dependen de la permeabilidad del material que atraviesan. El núcleo de metal proporciona una mayor permeabilidad que el aire, lo que aumenta el campo magnético que percibe  la bobina secundaria y su inducción, lo que se traduce en un mayor voltaje inducido.
4. En este caso las bobinas sí actúan como un transformador. Un transformador tiene como función reducir o aumentar el la diferencia de potencial de entrada.  Al ajustar el número de vueltas de las bobinas utilizadas se puede realizar esta operación, por lo cual, son transformadores.

Referencias
Serway, R. A.; Jewett, J.W. Fuentes del campo magnético. Física para ciencias e ingeniería; Cengage: México, 2019; pp 864-865.

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26/01/2022 Circuitos RC y RL en Régimen Transitorio

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26/01/2022 Circuitos RC y RL en Régimen Transitorio

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Este experimento consistió en ensamblar circuitos RC y RL, con fuente de voltaje alterno de onda cuadrada, para estudiar la variación del voltaje del capacitor e inductor. Además, se determinaron experimentalmente sus constantes de tiempo. Se cumplió el objetivo.

Problemáticas:
1. Se tuvo que usar el equipo de otra mesa, ya que el de la nuestra no servía.
2. Hubo carencia de cables negros, por lo que en su totalidad el circuito se hizo con cables rojos, dificultando el orden.
3. No se puede comprobar de forma sencilla que los resultados obtenidos mediante ecuaciones se correspondan con los datos obtenidos.

Datos y gráficos:
Cuadros de resultados: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1KFu-EfroeEPO12TZlawK_l5ZKdXFx56S2OjsNfY-UYo/edit?usp=sharing
Gráficos: https://docs.google.com/document/d/13wT4aIPN8gcMlHjMbNg1KzmM1gVutYFfW5p0RMPjAWA/edit?usp=sharing

Cuestionario:
Como se muestra en los Cuadros I y II, se obtuvieron porcentajes de error bastante pequeños para las constantes de tiempo en ambos circuitos. Las diferencias entre los valores teóricos y experimentales se deben principalmente a que los valores nominales poseían una cifra significativa. Esto implica que sus valores reales sean un poco diferentes de los reportados. Además, sería bueno contar con una forma de medir la inductancia del inductor.

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30/01/2021 Oscilaciones amortiguadas de circuito RLC

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30/01/2021 Oscilaciones amortiguadas de circuito RLC

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Se estudió la frecuencia de oscilación amortiguada de un circuito RLC. Además, se estudió el efecto del cambio de la resistencia del circuito en su oscilación, sobre y bajo de su resistencia crítica. Se cumplieron los objetivos del experimento.

Problemáticas:
1. Hubo problemas para que el programa Casptone ajustara la escala de los gráficos generados por medio de su función automática, por lo que hubo que ajustar la escala manualmente.
2. Con la función offset fue un poco difícil ajustar la gráfica para que estuviera sobre el eje x.
3. Hubo problemas al utilizar el multímetro.

Datos y gráficos:
Gráficos:
https://docs.google.com/document/d/1HTyrCNfaI7ibdz21cAEGLbuGxfF84pr8q_Q2_b97y9g/edit?usp=sharing
Cuadros: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1KFu-EfroeEPO12TZlawK_l5ZKdXFx56S2OjsNfY-UYo/edit?usp=sharing

Cuestionario:
Oscilación subamortiguada:
Aunque no se use valor para la resistencia, se considera como circuito RLC ya que elementos del circuito como la fuente o el inductor, poseen resistencia. La frecuencia de la onda cuadrada determina la frecuencia del circuito, ya que como se muestra en las Figuras 1 y 2, las líneas a las que convergen estas gráficas coinciden con la onda cuadrada. Según los cálculos mostrados en el Cuadro I, se obtuvo un pequeño porcentaje de error en la oscilación del circuito, lo que indica que fue exacto. Por su parte, se obtuvo un porcentaje de error al obtener el tiempo característico del circuito. Otra manera de determinar tao puede ser a partir de la obtención de su valor al observar los valores y coordenadas indicadas en el gráfico.

Oscilación sobre amortiguada: En un sistema no amortiguado el voltaje del capacitor oscila hasta su valor final, donde se estabiliza, conforme se aumenta la resistencia el sistema tiende al amortiguamiento, en donde disminuyen las oscilaciones y tarda más estabilizándose. Al amortiguarse, por medio de una resistencia crítica, el voltaje deja de oscilar, de ese punto en adelante, no hay oscilaciones y conforme se aumenta la resistencia, el sistema tarda más amortiguándose, mostrando una curva cada vez más suave.

Oscilación forzada: se utilizaron dos resistencias menores y 2 mayores a la resistencia crítica, en la resistencia más chica se observan oscilaciones de voltaje en el capacitor, en la siguiente se observa una oscilación casi imperceptible, la siguiente más grande no oscila y el la más grande de todas, no oscila y el sistema tardó más en estabilizarse.

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Durante la práctica se armaron circuitos RC, RL y RLC con un voltaje variable senosoidal y se varió su frecuencia para estudiar el efecto de esta en el comportamiento del circuito. Se lograron cumplir los objetivos de la actividad.

Problemas:
1.  Hubo múltiples fallos en el programa Pasco, donde este se cerraba constantemente, lo que produjo una pérdida de datos.
2. La resistencia de la fuente no se pudo medir con el multímetro, por lo que se asumió el valor reportado.
3. La complejidad de las fórmulas fueron un factor que dificultó el uso de Excel.

Datos y gráficos:
Cuadros: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1laRfu_8Fyy-93L9zBilSqjWfMgQ8XwdS/edit?usp=sharing&ouid=112416681660795999407&rtpof=true&sd=true
Gráficos Capstone: https://docs.google.com/document/d/1cwXvf-IXl1-4s36a6yJtV08kmv7oCUpx_2O9HHqDOPA/edit?usp=sharing
Gráficos Cuestionario: https://docs.google.com/document/d/1oXhsOK1cwHnEJ0xPaalSPbcw2zF7-acc3G1n00vy3NU/edit?usp=sharing

Cuestionario:
RC y RL:

En un circuito RC, el voltaje a través de la resistencia aumenta linealmente con la frecuencia, mientras que el ángulo de fase disminuye linealmente con la frecuencia. En un circuito RL, el voltaje a través de la resistencia disminuye linealmente con la frecuencia, y el ángulo de fase también disminuye linealmente con la frecuencia.ue una tendencia lineal decreciente en función de la frecuencia en el circuito RL.

RLC:

En un circuito RLC, el comportamiento de las curvas es diferente al de los circuitos RC y RL, siguiendo una tendencia polinomial en lugar de una frecuencia lineal. En un selector de radiofrecuencia, la capacitancia de un capacitor se ajusta para cambiar la frecuencia de resonancia, lo que permite sintonizar diferentes radiofrecuencias, que es el principio activo detrás de la operación.

Serway, R. A.; Jewett, J.W. Circuitos de corriente alterna. Física para ciencias e ingeniería; Cengage: México, 2019; pp 863.

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09/02/2023 Leyes de Refracción  y Reflexión

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09/02/2023 Leyes de Refracción  y Reflexión

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En el experimento se dispuso un prisma y se hizo incidir luz en su superficie para medir los ángulos de reflexión y refracción y así determinar el índice de refracción y el ángulo crítico. Se cumplieron los objetivos del laboratorio.

Problemas:

1. Hubo dificultad para centrarlo totalmente en el centro geométrico, ya que los ángulos de reflexión no se cumplieron totalmente.

2. Las líneas de reflexión y refracción tienden a difuminarse conforme los ángulos de incidencia crecen, lo que complica leer las marcas de ángulos.

3. El circulo en donde se miden ángulos de incidencia no está fijado a la mesa, por lo que es susceptible a moverse, afectando los datos.

Cuadros y gráficas:
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1d797GKNCwUI4lGH2mfcrc5_uRM8qcb-Z/edit?usp=sharing&ouid=111022878376655024703&rtpof=true&sd=true

Reflexión y Refracción:
El promedio de índices de refracción resultó en una medida menos exacta para el índice de refracción teórico, que es 1,49. Esto se debe a que los promedios pueden ser afectados por errores experimentales y no representar con exactitud el verdadero valor del índice de refracción. Sin embargo, el índice de refracción obtenido a partir de la curva de mejor ajuste construida es una medida más precisa y confiable del valor real.

Reflexión interna total:
Cuando se utiliza el índice de refracción obtenido mediante el promedio calculado, se obtiene un ángulo crítico de 40,21°, mientras que cuando se utiliza el resultado obtenido por recta de mejor ajuste se obtiene uno de 42,51°. El resultado medido fue de 43°. Se obtienen mejores resultados con el ajuste de la recta debido a que la pendiente obtenida toma en cuenta los datos de tal forma que intenta ajustarse a la tendencia predominante, mientras que el promedio se ve afectado por los resultados anómalos y alteran la tendencia.

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El experimento consistió en variar la distancia entre un objeto y pantalla con un espejo cóncavo y con una lente convergente para determinar sus focos. Además, se observó un espejo convexo y lente divergente. Se cumplieron los objetivos del experimento.

Problemáticas:
1. Era difícil medir distancias con el compás, ya que mide de centímetro en centímetro.
2. En algunos casos era difícil determinar el punto de mejor enfoque.
3. Era difícil medir de manera exacta de la imagen del espejo cóncavo.

En el siguiente link se pueden visualizar los cálculos realizados:
https://1drv.ms/x/s!AptXX8VFBpDXm0fatLiJEH63dUkx

Análisis de resultados
Se ha constatado que tanto en el análisis de un espejo cóncavo como en el de una lente cóncava, los valores calculados para la distancia focal se corresponden con un alto grado de exactitud y precisión. Esto se refleja en porcentajes de error bajos y una desviación estándar reducida, lo que sugiere una fiabilidad elevadas en los cálculos realizados. En el caso del espejo convexo se observó cómo al alejarlo disminuyó el tamaño, de igual manera con el lente divergente. Ambos casos segúlo esperado.

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En este experimento se estudiaron los patrones de difracción de una ranura circular y el de doble y múltiples ranuras. Además, se estudió el efecto del ángulo entre polarizadores en la intensidad de la luz. Se cumplieron los objetivos del experimento.

Problemáticas:
1. Las distancias entre las franjas eran muy pequeñas, por lo cual no se lograban medir con mucha exactitud al usar una regla.
2. Era difícil medir las distancias en el patrón porque eran muy pequeñas.
3. El sensor de intensidad no funcionaba en la configuración dada en la guía y se debió usar otra.

Datos y gráficos:
https://1drv.ms/x/s!AptXX8VFBpDXm0vD_PmimA6PO8Pi
Gráfica de intensidad para la parte de polarizadores:
https://docs.google.com/document/d/1HmRckcX5YwvL8SWVTdqcfjCc_-B1PIJzjCjwgPhq_GQ/edit?usp=sharing

Cuestionario:
Difracción e interferencia: En general: Se muestran los resultados obtenidos al calcular las aperturas y distancias entre ranuras. Se obtuvieron unos errores pequeños, mientras que otro alto, lo que indica errores en la medición. Esto se debe a la poca exactitud al medir distancias en el patrón, ya que son muy pequeñas para una regla.
Interferencia y difracción: Se observa como como al ensanchar el diámetro de las rejillas la separación entre los mínimos proyectados se hace más angosta. Esto también aplica para el diámetro del primer mínimo, que se hace más pequeño conforme se ensancha la ranura. Teniendo esto en cuenta, al suponer que tendemos a un diámetro infinito, se observaría una línea recta, debido a que la separación entre mínimos tendería a cero.

Rendijas múltiples: Conforme se aumenta el número de rendijas se observan máximos más intensos en la estructura fina, además de que aparecen franjas más grandes. Conforme se aumenta la cantidad de rendijas se debe observar una sola franja.

Polarizadores: Es evidente que existe una relación directa entre la variación del ángulo del eje entre los dos polarizadores y la intensidad luminosa de salida. Se puede observar que dicha relación sigue una línea de tendencia de la forma de coseno cuadrado, tal y como establece la ley de Malus. De acuerdo con esta ley, la intensidad de la luz que sale de una pila de polarizadores se relaciona con la fuente mediante la expresión I₁=0,5I₀Cos²(θ), lo cual coincide plenamente con los resultados obtenidos en la presente experimentación.

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El experimento consistió en utilizar el modo XY de un osciloscopio, primero con ambos canales en fuentes de corriente directa con distintas combinaciones de voltaje y luego con una fuente de corriente directa y alterna. Se cumplieron los objetivos del laboratorio.

Problemas:
-La conexión al inicio fue difícil de entender.
-Solo se contó con cables rojos para montar el circuito, por lo resultó confusa su replicación.

-No se contaban con suficientes cables para conectar a canales, por lo que se debió esperar a que otra mesa termine y coordinar el intercambio.

-Las perillas de las fuentes de corriente directa son muy sensibles, lo que dificulta ajustar los valores deseados de voltaje.

Evidencia de trabajo:
Cuando una de las señales es sinusoidal, se observan rectas verticales, cuya coordenada en X es 0 o 5, respectivamente, ya que este valor permanece constante. Por su parte, la coordenada Y varía desde el máximo y mínimo del voltaje configurado, como se espera, ya que es corriente alterna.