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INFORME DE LABORATORIO Temática: Las leyes del movimiento y sus aplicaciones. Segunda ley de Newton
Autor: Diego Alejandro Pulido Moreno Cod:1070976106 Luis Antonio Sierra Moreno Cod: 79836979 Grupo: 11
Tutor: Martha Campos
Bogotá D.C. Colombia. 2017 Física General Universidad Nacional Abierta y a Distancia
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TABLA DE CONTENIDOS
OBJETIVOS .......................................................................................................................... 3 INTRODUCCION .................................................................................................................. 4 MARCO TEORICO .............................................................................................................. 5 PROCEDIMIENTO .............................................................................................................. 7 FOTOS .................................................................................................................................. 8 RESULTADOS ..................................................................................................................... 9 CONCLUSIONES .............................................................................................................. 14 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. 15
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OBJETIVOS
•
Analizar y aplicar la segunda ley de newton
•
Verificar observar e identificar el movimiento unifórmenle acelerado MUA
•
•
Verificar, analizar los resultados obtenidos, tanto experimentalmente como teóricamente Identificar y reconocer las diferentes fuerzas que se ejercen sobre un objeto.
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INTRODUCCIÓN La Segunda Ley de Newton, también conocida como Ley Fundamental de la Dinámica, es la que determina una relación proporcional entre fuerza y variación de la cantidad de movimiento o momento lineal de un cuerpo. Dicho de otra forma, la fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo. Esta ley la encontramos a diario y la aplicamos en nuestra vida cotidiana, ya sea cuando practicamos un deporte como el futbol, basquetbol o cuando abrimos una puerta. Siempre que aplicamos una fuerza a un objeto que se encuentra en un estado de reposo a un estado de movimiento estamos aplicando la segunda ley de newton
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MARCO TEÓRICO Una vez que se conocen las características del movimiento cuando no actúa una fuerza o cuando la fuerza resultante es cero, las preguntas que surgen naturalmente son: ¿Qué pasa si la suma de las fuerzas no se anula? ¿Cómo se mueve un sistema sujeto a la acción de una sola fuerza o de una fuerza resultante diferente de cero? La observación, los experimentos y la reflexión llevaron a Newton a concluir que en estas condiciones la velocidad de un cuerpo no se mantiene constante. Si está en reposo, comenzará a moverse y si está en movimiento, su rapidez o la dirección y sentido de su movimiento cambiará; en pocas palabras, el cuerpo adquiere una aceleración. Un ejemplo que sirvió a Newton de guía en su análisis fue el de la caída libre de los cuerpos. En este caso la única fuerza que actúa sobre el objeto es su peso, y el movimiento que sigue es uniformemente acelerado. Newton determinó que la aceleración que adquiere un cuerpo depende tanto de la magnitud, la dirección y el sentido de la fuerza resultante que actúa sobre él, como de la masa del objeto. La fuerza resultante y la masa son las únicas variables involucradas. La aceleración es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza resultante. Así, si se duplica la fuerza, la aceleración se duplica; si se triplica la fuerza, se triplica la aceleración. Por otro lado, la aceleración es inversamente proporcional a la masa del cuerpo que se acelera. Esto es, a mayor masa, menor aceleración. Si aplicas la misma fuerza sobre dos cajas, una con el doble de la masa que otra, la aceleración de la de mayor masa será sólo la mitad (Fig. 1). La masa resulta ser una medida de la inercia del objeto o de su resistencia a ser acelerado.
Fig.1 A mayor masa, menor aceleración.
Si la fuerza resultante se representa como Fr, la masa como m y la aceleración como a, la segunda ley implica que:
Cuando la fuerza resultante y la masa se expresan en unidades del SI, newtons (N) y kilogramos (kg), respectivamente, la aceleración que resulta tiene unidades de m/s2.
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Por ejemplo, si al empujar un refrigerador de 250 kg la fuerza resultante sobre él es de 500 N, entonces adquirirá una aceleración de:
La segunda ley de Newton también resulta útil para determinar el valor de la fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo. Para ello es necesario medir la masa del objeto y la aceleración de su movimiento. La fuerza resultante es entonces igual al producto de la masa por la aceleración: Fr = m × a Si al observar el movimiento de un cuerpo de 1 kg de masa determinas que se acelera a 1 m/s, puedes estar seguro de que la fuerza resultante sobre él es igual a:
De este ejemplo se deduce una definición más adecuada para la unidad de fuerza llamada newton: La segunda ley de Newton establece que la fuerza y la aceleración son directamente proporcionales, pero no hay que olvidar el efecto de la masa. Por ejemplo, cuando un jugador de fútbol patea una pelota de 0.25 kg, es capaz de comunicarle una velocidad de 110 km/h en un centésimo de segundo. Esto equivale a una aceleración cercana a 3000 m/s2. La fuerza de su patada es, entonces:
En la caída libre cualquier objeto, independientemente de su masa, adquiere una aceleración de 9.8 m/s2. Entonces, si se conoce su masa, puede calcularse la magnitud de la fuerza que actúa sobre él. Si la masa es de 0.1 kg:
Pero esta fuerza no es otra cosa que el peso del objeto. Como este número es muy cercano a 1 N, ahora puedes entender por qué, de manera aproximada, un newton equivale al peso de un objeto con masa 0.1 kg.
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PROCEDIMIENTO 1. Encienda el computador PC y el sistema operativo de su equipo de cómputo. 2. Enchufe el administrador inalámbrico Cobra 4 al puerto USB del computador. 3. Abra el paquete de software Measure en el computador (Previamente instalado por el tutor de la práctica). 4. Acople la unidad sensora temporizadora/contadora al enlace inalámbrico Cobra 4 y encienda este último . La unidad sensora será reconocida automáticamente y se le asigna el número de identificación 01, que es exhibido en el tablero del enlace inalámbrico Cobra 4. La comunicación entre el administrador inalámbrico y el enlace inalámbr ico es indicada mediante el LED marcado “Data”. 5. Use la balanza compacta para medir la masa m2 del carro, que incluye la varilla fijadora y las pesas de carga, el imán retenedor y la pieza con aguja y clavija 6. Cargue el experimento “Newton” en el programa Measure (opción Experiment > Open experiment). Serán entonces realizados automáticamente todos los ajustes necesarios para la grabación de valores medidos.
Toma de Datos 7. Accione el dispositivo de arranque, para que el carro ruede por la pista. Para ello presione el émbolo metálico en el dispositivo de arranque de tal manera que el émbolo quede plano con la abertura cilíndrica hacia la cual será empujado. Este dispositivo permite lanzar el carro sin impacto inicial. 8. Inicie la grabación de datos en el software Measure (botón de círculo rojo, zona superior izquierda de la ventana). 9. Detenga la grabación de datos antes de que la masa m1 llegue al piso (botón de cuadrado negro que reemplazó al de círculo rojo). Transfiera los datos recolectados a Measure. 10. La medida puede repetirse para chequear su reproducibilidad y para reducir la desviación del resultado final con respecto al valor de las fuentes de referencia. Para ello usted utiliza el promedio de los valores obtenidos en los diferentes ensayos. 11. Examine la gráfica de velocidad versus tiempo. Si contiene una porción rectilínea larga, eso corresponde al movimiento con aceleración constante. Con el botón Tabla de la barra de herramientas puede desplegar la tabla de valores correspondiente. Además, se puede exportar la tabla a archivo de Excel.
FOTOS
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Sistema ensamblado para el inicio de la actividad
Aquí nos encontramos acomodando las masas en el carro y colocándolo en posición
Gráfica y tabla obtenida por el programa al finalizar la prueba
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RESULTADOS 1.
La tabla de valores de V vs. t debe ser reproducida en el informe (Ver tabla 3.1). La sección de datos debe también incluir los valores de m1 (masa colgante) y m2 (masa del total del carro, incluyendo las masas de carga). Masas (kg) No Tiempo (s) 1 0,000 2 0,150 3 0,300 4 0,450
m1(kg)= 0,01 kg Velocidad (m/s) 0,031 0,047 0,063 0,089
No Tiempo (s) 5 0,600 6 0,750 7 0,900 8 1,050
m2 (kg)= 0,47 kg Velocidad (m/s) 0,115 0,136 0,157 0,173
No 9 10 11 12
Tiempo (s) 1,200 1,350 1,500 1,650
Velocidad (m/s) 0,188 0.204 0,220 0,236
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2.
Aplique la segunda Ley de Newton a cada una de las dos masas, y resuelva el sistema de ecuaciones para determinar la magnitud de la aceleración del sistema en función de los parámetros de construcción del mismo (m1, m2 y g). ⃗ = 0,01 = 0,47 = 9,81/
T
⃗
w
fr
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2.
Aplique la segunda Ley de Newton a cada una de las dos masas, y resuelva el sistema de ecuaciones para determinar la magnitud de la aceleración del sistema en función de los parámetros de construcción del mismo (m1, m2 y g). ⃗ = 0,01 = 0,47 = 9,81/
T
w
⃗
w
∑ = ∙ → − = ∙ 1 ⃗ − ( ∙ ) = 0 2 ∑ = ∑ = ( ∙ ) − = ∙ 3
− = ∙ − + ( ∙ ) = ∙ ( ∙ ) − = ∙ + ∙
( ∙ ) − = ( + ) ( ∙ ) − = + (0,01 ∙ 9,81) − 0 = 0,47 + 0,01 0,205/ =
fr
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3.
Grafique velocidad versus tiempo (debe reproducir a partir de los datos la gráfica que visualizó en el software Measure, bien sea en papel milimetrado o mediante algún software graficador). ¿Qué tipo de movimiento se evidencia? Velocidad Vs Tiempo
v 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05
t
0 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
Se trata de movimientos uniformemente acelerados, En este movimiento la velocidad es variable, nunca permanece constante; lo que si es constante es la aceleración. Masas (kg) m1(kg)= 0,01 kg m2 (kg)= 0,47 kg No Tiempo (s) Velocidad (m/s) No Tiempo (s) Velocidad (m/s) No Tiempo (s) Velocidad (m/s) 1 0,000 0,031 5 0,600 0,115 9 1,200 0,188 2 6 10 0,150 0,047 0,750 0,136 1,350 0.204 3 0,300 0,063 7 0,900 0,157 11 1,500 0,220 4 0,450 0,089 8 1,050 0,173 12 1,650 0,236 Tabla 3.1. Ejemplo de tabla de valores de tiempo y velocidad, medidos por el programa Measure.
NOTA: La tabla 3.1, es una muestra de la tabla real que el software Measure arroja; en la tabla 3.1 ap arecen los espacios de solamente 12 datos, pero el programa arroja entre 50 y 100 datos
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4.
Determine el valor numérico de la aceleración obtenida experimentalmente, con base a la gráfica obtenida. =
− ∆ →= ∆ −
=
0,361 − 0,031 2,7−0
= 0.122/ 5.
Calcule el valor numérico de la aceleración esperada teóricamente (Según la ecuación obtenida en el numeral 2 del informe o productos a entregar). ( ∙ ) −
=
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4.
Determine el valor numérico de la aceleración obtenida experimentalmente, con base a la gráfica obtenida. =
− ∆ →= ∆ −
=
0,361 − 0,031 2,7−0
= 0.122/ 5.
Calcule el valor numérico de la aceleración esperada teóricamente (Según la ecuación obtenida en el numeral 2 del informe o productos a entregar). ( ∙ ) − = +
(0,01 ∙ 9,81) − 0 = 0,47 + 0,01
0,205/ =
6.
Compare los valores obtenido y esperado de la aceleración y halle el error porcentual de la experimental respecto a la teórica.
Porcentaje de error % =
− × 100
% =
0,205 − 0,122 × 100 0,205
% = 40,48%
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7.
Examine qué fuentes de error hay en el montaje y el procedimiento que puedan justificar el margen de error Podemos empezar con la fricción de la polea con el eje y la fricción del carro con el riel, aunque sea un carro de baja fricción, son factores muy importantes que en el momento del experimento no se tienen en cuenta y hacen que el resultado esperado muestre un margen de error. Otro factor importante que cabe resaltar es que en el ambiente que realizamos el experimento, hay aire que es un factor que funciona como fricción o rozamiento con las masas, lo cual hace que el movimiento de estas también se vea afectado.
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CONCLUSIONES
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Nuestra vida cotidiana presenta innumerables fenómenos físicos. principalmente nos encontramos con es la fuerza gravitatoria que afecta a todo el planeta y a todos los objetos que encontramos en ella incluyendo a los seres vivos. Esta fuerza ejerce una aceleración o una atracción hacia la tierra lo cual nos permite estar sujetos a ella y no estar levitando. En la práctica de laboratorio vimos como esta fuerza era ejercida sobre la masa colgante, que era llevada al suelo por consecuencia de esta. Podemos también concluir que la segunda ley de newton es un fenómeno que aplicamos todos los días como el simple hecho de montar bicicleta o abrir la puerta del refrigerador ya estamos aplicando esta ley. La aceleración y la velocidad también es otro fenómeno que experimentamos constantemente y lo vemos lo notamos cuando vamos en bus, un carro, o una moto. Todos estos fenómenos también fueron aplicados y analizados más profundamente en el laboratorio y en el desarrollo de este informe.
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BIBLIOGRAFIA
Serway, Raymond A., and Jewett, John W.. Física para Ciencias e Ingeniería Vol I. Séptima edición. México, Distrito Federal, México: Cengage Learning Editores S.A. de C.V., 2008. Hewitt, Paul G.. Física Conceptual. Décima edición. México, Distrito Federal, México: PEARSON EDUCACIÓN, 2007. Serway, Raymond A. Física Tomo I. Cuarta edición. México, Distrito Federal, México: Mc Graw Hill Interamericana de editores S.A. de C.V., 1997. Segunda ley de newton. Cursos antología. Cursos materiales del MEVyT. http://www.cursosinea.conevyt.org.mx/cursos/cnaturales_v2/interface/main/recursos/antolo gia/cnant_2_05.htm José Tiberius (2008) MOLWICK. London. Segunda ley de newton https://molwick.com/es/movimiento/102-segunda-ley-newton-fuerza.html
