FUERZAS DE ROZAMIENTO
YURLEIDIS VEGA CRISTIAN JOSE PEREZ JORGE ARMANDO YEPEZ MARTA LUCIA DAVID GALLEGO MILLER HASEEN VASQUEZ VEGA DIOGENES JOSE MONTES MACEA
Presentado: Lic. Juan Manuel Oviedo
II SEMESTRE DE INGENIERÍA DE SISTEMAS FÍSICA IFACULTAD DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERÍAS UNIVERSIDAD DE Córdoba SAHAGÚN 2009
LEY DE NEWTON MOVIMIENTO LINEAL, ACELERACIÓN, VELOCIDAD, MASA FUERZA. INTRODUCCIÓN
La segunda ley del movimiento de Newton dice que el cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos. Consecuentemente, hay relación entre la causa y el efecto, esto es, la fuerza y la aceleración están relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se define simplemente en función del momento en que se aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas serán iguales si causan la misma tasa de cambio en el momento del objeto. PRINCIPIO
Se investiga la relación entre ola masa, aceleración y fuerza, de acuerdo a la segunda ley de Newton para un carrito experimental. OBJETIVOS
Determinar el seguimiento de un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado: 1. la distancia recorrida como una función del tiempo al cuadrado. 2. la aceleración como una función de la masa acelerada. 3. la aceleración como una función de la fuerza.
BASES TEÓRICAS
Una ecuación importante en la física es la segunda ley de Newton, F = ma
Donde F es la fuerza resultante aplicada sobre un cuerpo de masa m, y a, la aceleración que adquiere por la aplicación de la fuerza. Note que F y a son vectores. Esta ley establece que la única causa de movimiento de un cuerpo es la aplicación de una fuerza externa neta. El propósito de este ejercicio de laboratorio es descubrir qué sucede con la aceleración de un objeto de masa m cuando se le aplica una fuerza externa neta. Utilizaremos un censor para registrar el movimiento de un objeto mientras es acelerado por una fuerza neta. Determinaremos qué le sucede a la aceleración del carro cuando se aumenta la fuerza neta y la masa es constante. También debemos recordar que la aceleración es el cambio de velocidad, con respecto al tiempo, cuando este tiende a cero, o que la aceleración es la derivada de la velocidad con respecto al tiempo. a
v dv t 0 t dt
lim
¿Qué le sucede a un objeto cuando usted le aplica una fuerza externa neta? ¿Cómo cambia su movimiento cuando usted cambia la magnitud de esa fuerza neta? La primera ley de Newton indica que si ninguna fuerza neta actúa sobre un objeto, entonces este se mantiene en reposo, o sigue viajando con rapidez constante, sin cambiar su dirección. La segunda ley establece que cuando actúa una fuerza externa neta sobre el objeto este acelera. Si se aumenta la fuerza, se produce una aceleración mayor. Si se duplica la fuerza también se duplica la aceleración, así que podemos decir que la fuerza neta es directamente proporcional a la aceleración. F a
A menudo, varias fuerzas actúan simultáneamente sobre un objeto. En tales casos, se considera la resultante, o suma vectorial de todas las fuerzas que actúan. También la segunda ley de Newton indica que la aceleración es inversamente proporcional a la masa, a
MATERIALES
Riel de aire. Soplador. Tubo de presión. Deslizador para riel de aire. Diafragma Sistema de arranque Imán de retención con enchufe Tope ajustable Horquilla con enchufe Barrera óptica compacta Contador 4-4 Trípode Varilla de soporte cuadrada Pinza en ángulo recto Cable de conexión Nivel Regla Gancho con enchufe Porta pesas 1gr. Pesas de 1gr y de 10grs,
1/ m
MONTAJE Y PROCEDIMIENTO
Realice el montaje de acuerdo con la figura 1.
Coloque el diafragma en la posición de salida y fíjelo con el sistema magnético, el peso (fuerza aceleradora), debe ser colocado adyacente a la polea de la barrera óptica. Posicione el retenedor de tal manera que el diafragma se detenga justo antes de que el porta pesas llegue al suelo. Para determinar la aceleración como una función de la masa, se aumenta progresivamente la masa del diafragma con pesas de 20grs. ( 10 a cada lado), para cada masa obtenga la aceleración promedio del sistema a partir de la grafica X vs t2
Complete la tabla 1 Como el porta pesas era de 10gr la fuerza es entonces de 0.1N a (m/s) M(Kg.) Reciproco(1/m)
0.463
0.216
4.63
0.423
0.236
4.23
0.390
0.256
3.90
0.362
0.276
3.62
Para determinar la aceleración como una función de la fuerza, la masa del diafragma permanece constante y sucesivamente se colocan masas de 2gr en el porta pesas, y nuevamente a partir de la grafica X vs t2 para cada valor de la fuerza obtenga la aceleración promedio del sistema. La masa aceleración no debe sobrepasar los 20grs. Complete la tabla 2 Masa constante fuerza variable a (m/s)
F (N)
0.446 0.10 0.536 0.12 0.625 0.14 CUESTIONARIO
1. Con los datos registrados en la tabla 1realice la grafica a vs m ¿Qué tipo de curva se obtiene? Explique detalladamente el comportamiento de esta grafica.
a(m/s2)
masa variable fuerza constante
0.48 0.46 0.44 0.42 0.4
y = -0.0189x + 0.481
0.38
R2 = 0.9985
m(kg)
0.36 0.216
0.236
0.256
0.276
La grafica obtenida es una parábola que disminuye la aceleración a medida que aumenta la masa. A medida que aumentaba la masa del carro este se hace mas pesado, mas flojo, y teniendo en cuenta que la fuerza que ocasiona el movimiento es la misma, a medida que aumenta la masa del carro se reducirá la aceleración que esta fuerza ocasiona en el carro. 2. Halle el valor reciproco de m, es decir, 1/m, y anéxelo en una columna a la tabla 1. realice la grafica de a vs 1/m ¿Qué curva resulta? Calcule la pendiente de esta curva. ¿Qué unidades tiene? ¿Qué significado físico tiene?, compare el valor de la pendiente con el de la fuerza aceleradora ¿Qué observa A VS 1/M
A(m/s2) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 4.63
4.23
3.9
1/M(kg)
3.62
La grafica es una línea recta y la pendiente de la curva como se ve en el grafico es 0.1 y el significado físico es que la pendiente es igual al la fuerza aceleradora ósea que la pendiente y la fuerza aceleradora es la misma. 3. Compare las graficas del punto 1 y 2 ¿describen ambas graficas la misma situación? Justifique. Establezca una proporción entre aceleración y masa, exprésela verbalmente. Haciendo la comparación el los puntos uno y dos puedo decir que explican el mismo suceso pues nos dice que al variar una masa se produce una aceleración en un campo donde la fuerza es constante .y la proporción es que la masa es indirectamente proporcional a la aceleración porque al aumentar la masa disminuye la aceleraron veámoslo simbólicamente. A medida que la masa sobre el carro va aumentando infinitamente la aceleración va disminuyendo hasta un punto en que la fuerza no va a poder mover el carro. F lim m m 1 a F lim como F es una constante m m 1 a lim 0 m m a0 a
4. Halle el producto m*a para cada valor de la tabla 1, encuentre la media y compare el valor y compare el resultado con la pendiente calculada en el punto 2 y con la fuerza aceleradora. ¿Qué resulta? ¿que puede concluir de todo esto? a (m/s) M(Kg.)
M*a(n)
0.463
0.216
0.1
0.423
0.236
0.1
0.390
0.256
0.1
0.362
0.276
0.1
Al yo comparar estos tres aspectos m*a, pendiente en 2 y fuerza aceleradora) concluyo que es la misma pues tiene el mismo valor y es 0.1 N
5. Con los datos registrados en la tabla 2 realice la grafica a vs F ¿Qué tipo de curva se obtiene?, explique detalladamente el comportamiento de esta grafica. a(m/s)
masa constante fuerza vaiable
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.1
0.12
0.14
F(N)
Es una grafica lineal, puesto que al aumentar la fuerza nos damos cuenta que la aceleración aumenta porque como sabíamos matemáticamente la aceleración es directamente proporcional a la fuerza y al aumentar la fuerza aumenta la aceleración y como vemos en la práctica se cumple lo anterior. 6. ¿Qué relación existe entre a y F? calcule la pendiente de la grafica del punto 5.¿que unidades posee? Compárela con la masa del deslizador. ¿Qué resulta?
La pendiente de la recta de la grafica es 0.224 y posee unidades de masa (Kg.)
F a
F2 F 1 a2 a1
magnitud
porque:
N m / s
2
kg m / s
m / s kg
2
2
cancelamos las magnitudes iguales
La teoría predice que la pendiente de esta recta es la masa total del sistema. m m1 m2
F a
7. ¿Cómo podría expresar la relación existente entre masa fuerza y aceleración? La relación que puedo concluir es que la aceleración de un cuerpo es proporcional a la resultante de fuerzas sobre el actuando y a su masa.
CONCLUSIONES
La segunda ley de Newton Esta ley establece que la única causa de movimiento de un cuerpo es la aplicación de una fuerza externa neta.
La grafica a vs m una parábola que disminuye la aceleración a medida que aumenta la masa. A medida que aumentaba la masa del carro este se hace mas pesado, teniendo en cuenta que la fuerza que ocasiona el movimiento es la misma, a medida que aumenta la masa del carro se reducirá la aceleración que esta fuerza ocasiona en el carro.
La grafica a vs 1/m es una línea recta y la pendiente de la curva como se ve en el grafico es 0.1 y el significado físico es que la pendiente es igual al la fuerza aceleradora ósea que la pendiente y la fuerza aceleradora es la misma.
La grafica a vs F es lineal, puesto que al aumentar la fuerza nos damos cuenta que la aceleración aumenta porque como sabíamos matemáticamente la aceleración es directamente proporcional a la fuerza y al aumentar la fuerza aumenta la aceleración y como vemos en la práctica se cumple lo anterior.
BIBLIOGRAFÍA
SERWAY Raymond A. Física Para Ciencias E Ingeniería Vol. I. Sexta Edición, California: editorial Thomson 2005. SUAREZ PEREZ Tomas. Física I. Colombia: Universidad De Córdoba. http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton
http://www.phy6.org/stargaze/Mnewt2nd.htm
