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overleaf_caida_libre/Código/Cálculo estimado de la fuerza de fricción en la caida de una servilleta.tex

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+
+
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+\lhead{}
+\chead{\bfseries{Fricción en la caida de una servilleta}}
+\rhead{\today}
+\lfoot{\it Laura Corzo \\ Camilo Pabón}
+\cfoot{Universidad Industrial de Santander}
+
+\rfoot{\thepage}
+
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+
+\begin{document}
+\title{Cálculo estimado de la fuerza de fricción \\ en la caída de una servilleta}
+\author{\textbf{Laura Natalia Corzo Laverde}\thanks{ \texttt{laura2220666@correo.uis.edu.co}} \\{\textbf{Camilo Ajenadro Pabón Moreno}}\thanks{ \texttt{camilo2200205@correo.uis.edu.co} } \\
+\\
+\textit{Escuela de Física} \\
+\textit{Universidad Industrial de Santander} \\
+\textit{Bucaramanga, Colombia}}
+\date{\today}
+\maketitle
+\tableofcontents
+
+\begin{abstract}
+la importancia de problema a estudiar ({\it Introducción}), cómo se estudió ({\it Metodología}), cuáles fueron los resultados ({\it Resultados}) y cuál es la importancia de esos resultados ({\it Conclusiones}).
+\end{abstract}
+
+
+\section{Introducción}
+El presente trabajo tiene como objetivo estimar el valor de la fuerza de fricción que actúa en la caída libre de una servilleta. \\Se realizan dos tipos de montaje experimental en los que la forma de servilleta varía. Uno describe la gravedad en caída libre sin considerar la fuerza de fricción del aire; y el otro determina la fuerza de fricción que actua sobre el objeto. \\ Se compara los resultados obtenidos con un estimado teórico para confirmar la acertividad de los experimentos. 
+
+
+\section{Metodología}
+\label{Metodología}
+Se pretende determinar la fuerza de roce que ejerce el aire sobre una servilleta que se desplaza en caída libre.
+
+Se hace necesario plantear dos modelos teóricos que permitan la comparación con los datos que se obtienen en la experimentación.
+
+\subsection{Modelos Teóricos}
+El primer modelo (planteado según la primera y segunda ley de Newton), describe la caida libre de un objeto sin considerar la fricción del aire, calculando el movimiento según la siguiente ecuación:
+\begin{equation}
+  ma = \sum_{i} F_{ext} \qquad \Rightarrow \quad  ma = mg \,\qquad \Rightarrow \quad a = g .
+\label{CaidaLibre}
+\end{equation}
+
+ Un objeto en caida libre sufre una aceleración constante descrito por la ecuación
+\begin{equation}
+y = \frac{1}{2}gt^2.
+\end{equation}
+
+El segundo modelo ...
+
+\subsection{Montajes Experimentales}
+
+Se requiere de dos montajes experimentales, cada uno se repite diez veces sin alterar las condiciones para obtener un
+márgen de error lo más reducido posible y recopilar datos suficientes para asegurar la precisión de los resultados. \\
+
+Inicialmente se mide la masa de la servilleta con el uso de balanza analítica de 0.01 mg de precisión. Éste resultado será necesario en la estimación de la fuerza de fricción. \\
+
+Es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos durante la ejecución de los modelos experimentales: 
+
+\begin{itemize}
+\item{Asegurar que las condiciones del espacio en los que se ejecutan los montajes sean ideales.}
+\item{Evitar alteraciones en las corrientes de aire al momento de dejar caer la servilleta}
+\item La altura de caída de la servilleta tiene que ser la misma en ambos experimentos.
+\item La servilleta debe ser la mísma en ambos experimentos, y conservar la misma forma (abierta o arrugada) en sus respectivas repeticiones.
+\item Mantener en una posición estable del dispositivo con el que se registre el experimento.
+\end{itemize}
+
+
+El primer experimento consiste en el registro y análisis de los datos: {\it tiempo, posición} de la caída de una servilleta que se encuentra arrugada en forma de esfera.\\
+
+Se deja caer la servilleta de papel a una altura de 1.57m, se usa una cinta métrica como punto de referencia.  Se registra eñ desplazamiento desde el momento en el que se deja caer hasta que hace contacto con el suelo, utilizando la cámara de un dispositivo móvil.
+
+Se ubica el dispositivo movil en un espacio en el que registre un margen completo del modelo experimental,incluyendo el piso. 
+\\
+El segundo montaje experimental ...
+
+\subsection{Análisis de datos}
+Una vez completado el registro visual de los experimentos, se importa el material al software Tracker,el cual está diseñado para analizar visualmente el desplazamiento de objetos y generar datos numéricos. 
+Se establecen los parámetros {\it tiempo (t), posición (y)} $y_0=0$ m y $t_0=0$ s. Su relación {\it Velocidad (V)} está da por la relación $V_0=0$ m/s.
+Se descargan los datos de posición vertical en función del tiempo en formato CSV (del inglés comma-separated values) en un computador, este es un formato sencillo que nos permite en la simulación de la caída hacer una lectura correcta de los datos presentados.
+
+
+ Luego de tener los datos en formato CSV se procede a filtralos en el programa jupyter y a seleccionar los datos que fluctúan alrededor de la gravedad.
+ 
+ 
+ 
+En el modelo teórico que se utilizó para tener una mayor aproximación a los objetivos que se esperan cumplir se reemplazan los datos que se obtuvieron con el experimento definiendo nuevos datos a ajustar, con su respectivo margen de error.
+Con el cálculo de las 10 gravedades se pudo aproximar más al error que tenemos con la disperción de los datos respecto a la media. 
+
+
+
+
+
+
+\section{Resultados}
+Finalizada la recolección de datos, según lo estipulado en la metodología, se procesan los datos mediante códigos de programación (python). Tanto la data, como los scripts son almacenados en un repositorio \footnote{\href{https://gitmilab.redclara.net/camilo2200205/calculo-estimado-de-la-fuerza-de-friccion-en-la-caida-de-una-servilleta.git}{repositorio gitlab}} para facilitar el acceso, análisis y reproductivilidad del experimento.
+
+\subsection{Modelo teórico}
+Para la estimación de una gravedad teorica que se ajuste a los modelos planteados por Newton, se simula mediante variables aplicadas a la ecuación teorica y se obtiene un valor {\it ideal} de la gravedad de 9.8 m/s2
+
+\subsection{Caida con resistencia despreciable}
+
+Como resultado del primer experimento, al computar la gravedad estimada en los 10 experimentos de caida libre (sin considerar la fricción del aire), se obtiene un valor estimado de la variable gravedad de 10.225 m/s2.\\
+
+Al comparar el valor {\it ideal} de la gravedad y los datos experimentales (ver Figura 1) \ref{Figura1}, se presenta margen de error del 4.337\%.\\
+
+\begin{figure}[h]
+\begin{center}
+\includegraphics[width=4in]{Gráficas/caida_teorico_experimenta.pdf}
+\caption{Comparación grafica de la gravedad {\it ideal} y la gravedad estimada.}
+\label{Figura1}
+\end{center}
+\end{figure}
+
+El margen de error del resultado puede ser atribuido a variables externas tales como:
+\begin{enumerate}
+    \item Una posible variación en las corrientes de aire entre los experiementos.
+    \item La falta de precisión y especialización del dispositivo móvil usado para la captura de video de los experimentos. 
+    \item Errores humanos, tanto en la manipulación del equipo de captura visual, como en el montaje del experimento. 
+    \item Fallas en la interpretación del video por parte del software (traker) al obtener los datos. 
+\end{enumerate}
+
+Para finalizar, se realiza el cálculo de la desviación estandar, con el fin de observar el comportamiento de los datos experimentales dando como resultado un valor de 0.982. Esto demuestra que los datos recolectados no se encuentran dispersos. 
+
+\section{Conclusiones}
+Éste primer experimento permite calcular la gravedad de los objetos en caida libre sin tener en cuenta la fricción del aire. Así mismo, genera un primer acercamiento a los conceptos básicos de la física como son la gravedad y la aceleración de un cuerpo en caida libre, incorporando el uso de herramientas computacionaes con fines experimentales que faciliten la interpretación de datos. 
+
+\section{Referencias}
+
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+\end{document}
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