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8/3/2019 REDACCION LABORATORIO 2 fisica
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LABORATORIO N 2
SEGUNDA LEY DE NEWTON
1. OBJETIVO:- Comprobar e interpretar la segunda ley de newton.
- Comprobar las relaciones que existen entre fuerza, masa y
aceleracin. - Analizar el movimiento realizado por el
cuerpo con el software logger pro.
2. MATERIALES:
- Un (01) riel de metal de precisin (1 m) .- Un (01) carro dinmico.
- Una (01) interface Vernier.
- Una (01) Pc. (con el software logger pro).
- Una foto-puerta (sensor).
- Una (01) polea simple.
- Una (01) balanza.
- Un (01) juego de masas (pequeas) .
- Un (01) metro de cuerda.
3. FUNDAMENTO TEORICO:
Segunda ley de Newton o Ley de fuerza:
La segunda ley del movimiento de Newton dice que:
El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz
impresa y ocurre segn la lnea recta a lo largo de la cual aquella
fuerza se imprime.
Esta ley explica qu ocurre si sobre un cuerpo enmovimiento (cuya masa no tiene por qu ser constante) acta una
fuerza neta: la fuerza modificar el estado de movimiento, cambiando
la velocidad en mdulo o direccin.
En concreto, los cambios experimentados en el momento lineal
de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan
en la direccin de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen
aceleraciones en los cuerpos.
Consecuentemente, hay relacin entre la causa y el efecto,
esto es, la fuerza y la aceleracin estn relacionadas. Dichosintticamente, la fuerza se define simplemente en funcin del
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momento en que se aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas sern
iguales si causan la misma tasa de cambio en el momento del objeto.
En trminos matemticos esta ley se expresa mediante la
relacin:
Sabemos que es el momento lineal, que se puede escribir
m.V donde m es la masa del cuerpo y V su velocidad.
Consideramos a la masa constante y
podemos escribir aplicando estas
modificaciones a la ecuacin anterior:
Que es la ecuacin fundamental de la dinmica,
donde la constante de proporcionalidad, distinta para cada cuerpo, es
su masa de inercia.
Veamos lo siguiente, si despejamos m de la ecuacin anteriorobtenemos que m es la relacin que existe entre y . Es decir la
relacin que hay entre la fuerza aplicada al cuerpo y la aceleracin
obtenida. Cuando un cuerpo tiene una gran resistencia a cambiar su
aceleracin (una gran masa) se dice que tiene mucha inercia.
Es por esta razn por la que la masa se define como una
medida de la inercia del cuerpo. Por tanto, si la fuerza resultante que
acta sobre una partcula no es cero, esta partcula tendr una
aceleracin proporcional a la magnitud de la resultante y en direccin
de sta.
De la ecuacin fundamental se deriva tambin la definicin de
la unidad de fuerza o newton (N). Si la masa y la aceleracin valen 1,
la fuerza tambin valdr 1; as, pues, el newton es la fuerza que
aplicada a una masa de un kilogramo le produce una aceleracin de 1
m/s. Se entiende que la aceleracin y la fuerza han de tener la
misma direccin y sentido.
La importancia de esa ecuacin estriba sobre todo en que
resuelve el problema de la dinmica de determinar la clase de fuerza
que se necesita para producir los diferentes tipos de movimiento:
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rectilneo uniforme (m.r.u), circular uniforme (m.c.u) y uniformemente
acelerado (m.r.u.a).
Si sobre el cuerpo actan muchas fuerzas, habra que
determinar primero el vector suma de todas esas fuerzas. Por ltimo,
si se tratase de un objeto que cayese hacia la tierra con unaresistencia del aire igual a cero, la fuerza sera su peso, que
provocara una aceleracin descendente igual a la de la gravedad.
De esta forma incluimos tambin el caso de cuerpos cuya masa
no sea
constante.
Para el caso de que la masa sea constante
Y recordando la definicin de aceleracin,
nos queda: F = m.a
Tal y como habamos visto anteriormente. Si un sistema
inercial en el que se tiene un cuerpo en movimiento se mide la fuerza
resultante, Fneta sobre el cuerpo y simultneamente la aceleracin de
este, se encontrara que ambos estn relacionados por la siguienteexpresin.
a =
Donde m es la constante de proporcionalidad, denominada
masa. En este experimento el mvil de masa M es acelerado sobre el
plano por medio de un hilo liviano en cuyo extremo se le coloca una
masa m (pesas y porta pesas).
En el caso del sistema mostrado en la figura N 1 se tendr:
Facel = Fneta = m susp.g = (M + m susp.) a
Facel = m susp.g
Facel = (M + m susp.) a
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4. PROCEDIMIENTO:
MONTAJE EXPERIMENTAL:
1. Montar el sistema que se muestra en la figura N 3:
Figura N 2: Sistema experimental
2. Elija las masas M (carro) y m susp. (masa suspendida) de tal modo
que el mvil se deslice con mucha facilidad. Al deslizarse, los
cuerpos; girara la polea y nos permitir recoger informacin sobre
el movimiento de ellos utilizando la foto celda sujeta sobre la
polea.
3. Antes de comenzar a medir recuerde que puede cambiar lascondiciones en su sistema experimental agregando o quitando
masas del portamasa. Tambin es importante que antes de
ponerse a medir PIENSE: que datos precisa y como los puede
obtener del experimento o elaborar de los datos obtenidos.
4. Conecte la foto celda con la polea al canal 1 de la interfaz,
seleccione Configurar sensores del men Experimento y luego
seleccione Mostrar todas las interfases. Al presionar sobre las foto
puerta seleccione Establecer distancia o longitud y ah Smart
pulley (10 Spoke) Outside edge. De esta manera la polea podrmedirnos distancias, velocidades y aceleraciones.
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MATERIALES
5. Mida y registre la tabla N 1 las masas M y msusp.
6. Posicione el carro en el extremo superior del riel. La medicin
empezara automticamente cuando el haz de iluminacin de la
foto celda sea bloqueado por primera vez. Presione el botn
para comenzar la recoleccin de datos.
7. Antes de que el carro impacte el extremo inferior del riel, presione
el botn para terminar con la recoleccin de datos.8. Obtenga el valor de la aceleracin (en este caso aceleracin
experimental: ap) y regstrela en la tabla N 1. Para ello evale elajuste de curvas proporcionado por el programa.
9. Cambie el valor de la fuerza moviendo las masas del colgador al
carro. Esto cambia la fuerza /aceleradora), sin cambiar la masa
total del sistema (Mtotal = Mcarro + msuspendida) permanecer
constante. Mida y registre los valores para M y msusp repita los
pasos anteriores.
Repita el procedimiento anterior para 4 o ms valores distintos.
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TABLA N 1
Masa
Carro
(kg)
MasaSuspendi
da(Kg)
Masa Total
(Kg)
Aceleraci
n
Experimen
tal
(m/s2)
Aceleracin
Terica
(m/s2)
Fuerza
Acelerador
a
(N)
N
MCms
MT = MC +
msaexp= 2A
ateo= ms
x g
MC + ms
Fa = ms x
g
Prba.
0.498Kg
0.021 Kg 0.519 Kg 0.32 m/s2 0.404 m/s2 0.205 N
10.498
Kg0.062 Kg 0.56 Kg 3.2 m/s2 1.107 m/s2 0.607 N
20.512
Kg0.048 Kg 0.56 Kg 2.4 m/s2 0.857 m/s2 0.470 N
30.526
Kg0.034 Kg 0.56 Kg 1.66 m/s2 0.607 m/s2 0.333 N
40.539
Kg0.021 Kg 0.56 Kg 0.86 m/s2 0.375 m/s2 0.205 N
DATOS EMPLEADOS EN LA TABLA 1:
Masa del carro: MC = 498.3 gr x 1Kg__ = 0.4983 Kg
1000 gr.
Masa suspendida: MS= 21.15 gr x 1Kg__ = 0.02115 Kg
1000 gr.
Masas de los pesos:
Peso N 1 = 14.3gr x 1Kg__ = 0.0143 Kg.
1000 gr.
Peso N 2 = 14.1gr x 1Kg__ = 0.0141 Kg
1000 gr.
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Peso N 2 = 13.15gr x 1Kg__ = 0.01315 Kg
1000 gr.
EN EL N DE PRUEBAS:
N Prba
Masa del carro:
MC = 0.498 Kg
Masa suspendida:
MS = 0.021 Kg
Masa Total:
MT = MC + ms MT = 0.498 Kg + 0.021 Kg = 0.519 Kg.
Aceleracin Experimental:
aexp = 2A
aexp = 2(0.16) m/s2
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aexp = 0.32 m/s2
Aceleracin Terica:
ateo= ms x g
MC + msateo= 0.021 Kg x 10 m/s2
0.498 Kg + 0.021 Kg
ateo = 0.021 Kg x 10 m/s2
0.519 Kg
ateo = 0.404 m/s2
Fuerza Aceleradora:
Fa = ms x g
Fa = 0.021 Kg x 9.8 m/s2
Fa = 0.205 N
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N 1
Masa del carro:
MC = 0.498 Kg
Masa suspendida:
MS + 3P = 0.021 Kg +0.041 Kg
MS + 3P = 0.062 Kg
Masa Total:
MT = MC + ms MT = 0.498 Kg + 0.062 Kg = 0.56Kg
Aceleracin Experimental:
aexp = 2A
aexp = 2(1.6) m/s2
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aexp = 3.2 m/s
Aceleracin Terica:
ateo= ms x g
MC + msateo= 0.062 Kg x 10 m/s2
0.498 Kg + 0.062 Kg
ateo = 0.062 Kg x 10 m/s2
0.56 Kg
ateo = 1.107 m/s2
Fuerza Aceleradora:
Fa = ms x g
Fa = 0.062 Kg x 9.8 m/s2
Fa = 0.607 N
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N 2
Masa del carro:
MC + 1P = 0.498 Kg + 0.014 Kg
MC + 1P = 0.512 Kg
Masa suspendida:
MS + 2P = 0.021 Kg +0.014 Kg + 0.013 Kg
MS + 2P = 0.048 Kg
Masa Total:
MT = MC + ms MT = 0.512 Kg + 0.048 Kg = 0.56Kg
Aceleracin Experimental:
aexp = 2Aaexp = 2(1.2) m/s2
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aexp = 2.4 m/s2
Aceleracin Terica:
ateo= ms x g
MC + msateo= 0.048 Kg _____ x 10 m/s2
0.512 Kg + 0.048 Kg
ateo = 0.048 Kg x 10 m/s2
0.56 Kg
ateo = 0.857m/s2
Fuerza Aceleradora:
Fa = ms x g
Fa = 0.048 Kg x 9.8 m/s2
Fa = 0.470 N
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N 3
Masa del carro:
MC + 2P = 0.498 Kg + 0.028 Kg
MC + 2P = 0.526 Kg
Masa suspendida:
MS + 1P = 0.021 Kg + 0.013 KgMS + 1P = 0.034 Kg
Masa Total:
MT = MC + ms MT = 0.526 Kg + 0.034 Kg = 0.56Kg
Aceleracin Experimental:
aexp = 2A
aexp = 2(0.83) m/s2
aexp = 1.66 m/s2
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Aceleracin Terica:
ateo= ms x g
MC + msateo= 0.034 Kg _____ x 10 m/s2
0.526 Kg + 0.034 Kg
ateo = 0.034 Kg x 10 m/s2
0.56 Kg
ateo = 0.607m/s2
Fuerza Aceleradora:Fa = ms x g
Fa = 0.034 Kg x 9.8 m/s2
Fa = 0.333 N
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N 4
Masa del carro:
MC + 3P = 0.498 Kg + 0.041 Kg
MC + 3P = 0.539 Kg
Masa suspendida:
MS = 0.021 Kg
Masa Total:
MT = MC + ms
MT = 0.539 Kg + 0.021 Kg = 0.56Kg
Aceleracin Experimental:
aexp = 2A
aexp = 2(0.43) m/s2
aexp = 0.86 m/s2
Aceleracin Terica:
ateo= ms x g
MC + ms
ateo= 0.021 Kg _____ x 10 m/s2
0.539 Kg + 0.021 Kg
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ateo = 0.021 Kg x 10 m/s2
0.56 Kg
ateo = 0.375m/s2
Fuerza Aceleradora:
Fa = ms x gFa = 0.021 Kg x 9.8 m/s2
Fa = 0.205 N
5 ACTIVIDAD:
1. Calcule la fuerza acelerada actuante sobre el carro para
cada caso. (Asuma g=9,8 m/s)
N PRUEBA
Fa = ms x g
Fa = 0.021 Kg x 9.8 m/s2
Fa = 0.205 N
N 1
Fa = ms x g
Fa = 0.062 Kg x 9.8 m/s2
Fa = 0.607 N
N 2
Fa = ms x g
Fa = 0.048 Kg x 9.8 m/s2
Fa = 0.470 N
N 3
Fa = ms x g
Fa = 0.034 Kg x 9.8 m/s2
Fa = 0.333 N
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N 4
Fa = ms x g
Fa = 0.021 Kg x 9.8 m/s2
Fa = 0.205 N
2. Calcule la masa total del sistema que es acelerada en cada
caso.
N PRUEBA
MT = MC + ms MT = 0.498 Kg + 0.021 Kg = 0.519 Kg.
N 1
MT = MC + ms
MT = 0.498 Kg + 0.062 Kg = 0.56Kg
N 2
MT = MC + ms MT = 0.512 Kg + 0.048 Kg = 0.56Kg
N 3
MT = MC + ms MT = 0.526 Kg + 0.034 Kg = 0.56Kg
N 4
MT = MC + ms MT = 0.539 Kg + 0.021 Kg = 0.56Kg
3. Confeccione un grafico Facel vs aexp segn los datos de la
tabla N 1.
Fuerza
Aceleradora
(N)
Aceleracin
Experimenta
l(m/s2)
Fa = ms x g aexp= 2A
0.205 N 0.32 m/s2
0.607 N 3.2 m/s2
0.470 N 2.4 m/s2
0.333 N 1.66 m/s2
0.205 N 0.86 m/s2
4 Calcule la masa total experimental de sistema basndoseen el grafico del punto 3.
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Si: F= m x a entonces: m= F
a
Segn el grafico: a = 0.7365 m/s2 ( aexp 4)
F = 0.40375 N ( Fa 4)
M = F = 0.40375 N
a 0.7365 m/s2
m = 0.548 Kg
5 Calcule el porcentaje de error entre la masa total terica
del sistema (medida con una balanza) y la experimental
obtenida en el paso 4.
%Error= mexp mteor x 100%
mteor%Error= (0.548 Kg 0.56 Kg ) x 100%
0.56Kg
%Error= -0.0214 x 100%
%Error= -2.14%
6 Calcule el porcentaje de error de aceleracin experimental y terica.
aexp = 1.015 m/s2 (ap 4)
ateor = 0.7365 m/s2 ( a teor 4)
%Error= aexp ateor x 100%
ateor
%Error= 1.015 m/s2 0.7365 m/s2 x 100%
0.7365 m/s2
%Error= 0.03781
%Error=3.7%
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6 CUESTIONARIO
1. Qu relacin existe entre las variables graficadas?
La aceleracin que un cuerpo adquiere es directamente
proporcional a la resultante de las fuerzas que actan sobre el y
tiene la misma direccin y el mismo sentido que dicha resultante.
2 En qu porcentaje cree usted que se comprob la segunda
ley de Newton?
En un 95%
3 A qu atribuye el error experimental de la aceleracin y
masa total. Explique?
- Los instrumentos tienen un % de error.
- No se considera la fuerza de friccin.
- Al momento de terminar la toma de los datos LOGGER PRO
puede haber tomado como movimiento el choque del carro.
- La percepcin visual al pesar.
4 En base a las preguntas anteriores, responda lo siguiente:
Una pelota de hule y una de golf tienen la misma masa,
pero la de hule tiene mayor radio.Por que, si se aceleran
de manera idntica con la misma fuerza inicial, la pelota degolf debera ir ms lejos?
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La pelota de golf va ms lejos ya que presenta una menor
resistencia al aire al presentar menor volumen.
El desplazamiento es mayor al que presente mayor aceleracin.
7 CONCLUSIONES
Mientras que la fuerza tiende a acelerar las cosas, la masa tiende a
oponerse a la aceleracin. As la accin del doble de fuerza sobre el
doble de inercia produce la misma aceleracin que el efecto de la
mitad de la fuerza sobre la mitad de la inercia. Ambas masas se
aceleran lo mismo. La aceleracin debida a la gravedad es g.
La aceleracin que adquiere un cuerpo es proporcional a la fuerza
aplicada e inversamente proporcional a la masa de la misma.
8 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
- SERWAY
- ZEMANSKY
- WIKIPEDIA
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INTRODUCCION
Las leyes del movimiento tienen un inters especial aqu; tanto el
movimiento orbital como la ley del movimiento de los cohetes se
basan en ellas.
Newton plante que todos los movimientos se atienen a tres leyes
principales formuladas en trminos matemticos y que implican
conceptos que es necesario primero definir con rigor. Un concepto
es la fuerza, causa del movimiento; otro es la masa, la medicin de
la cantidad de materia puesta en movimiento; los dos son
denominados habitualmente por las letras F y m.
La primera ley de Newton nos dice que para que un cuerpo altere su
movimiento es necesario que exista algo que provoque dicho
cambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas. Estas son el
resultado de la accin de unos cuerpos contra otros.
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5 ACTIVIDADES
6 CUESTIONARIOS
7 CONCLUSIONES
8 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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