Laboratorio Física Segunda Ley De Newton

(1)

FÍSICA GENERAL

CÓDIGO: 100413

LABORATORIO

PRÁCTICA No. 03

SEGUNDA LEY DE NEWTON

Pree!"#$o #:

DIEL%ER ANDR&S RUÍ'

T("or

E!"re)#$o *or:

RAY ALBERTO CITA %EDINA

C+$,)o:

C+$,)o: 1.013.-1.1

1.013.-1.14/

4/

ALBA LUCERO CRU'

C+$,)o:

C(ro: 100413A1

Gr(*o: 420

UNIERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA  UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

NOIE%BRE DE

01-INÍRIDA

INÍRIDA

(2)

(3)

OB5ETIOS

1.

Demostrar la segunda Ley de Newton teóricamente de acuerdo a la práctica guiada.

.

Identificar la relación masa/aceleración cuando la fuerza es constante.

(4)

INTRODUCCIÓN

El presente informe muestra la e"ecución del laboratorio práctico n#mero de $! correspondiente a la segunda Ley de Newton! donde demostramos el cumplimiento de %sta o no! basados en el principio de conser&ación de energ'a en un cuerpo mó&il. (ara ellos utilizamos instrumentos )carro! cuerda! cronómetro! poleas! cuerpo*masa entre otros+. Identificaremos la relación existente entre la masa y la aceleración cuando la fuerza es constante. ,demás! &erificaremos las proporcionalidades teóricas e in&ersas descritas en la mayor'a de los textos de estudio.

Los datos obtenidos nos permitirán disminuir el error sistemático y ser&irán como base para un posterior análisis! el cual contienen entre otros tópicos- gráficos! secuencias! conclusiones. ada paso fue comprobado teóricamente debido a la falta de instrumentos y tiempo de e"ecución! por lo ue se recurrió constantemente a fuentes de información )textos o web+. omo en todo laboratorio! los errores estu&ieron presentes! en algunos casos. omo es de esperar! la ipótesis fue comprobada! el cumplimiento de la $0 Ley de Newton se lle&ó a cabo. 1e puede determinar! ue si bien no se contó con un sistema refinado de medición la meta se cumplió de igual forma. (or otra parte! esto refle"a ue experiencias como %sta no reuieren mayor minuciosidad! y a la &ez! en su calidad de simple! cercana! pueden e"ecutarse por todo tipo de personas.

(5)

%ARCO TEÓRICO

La 1egunda Ley de Newton se puede resumir como sigue- La aceleración de un ob"eto es directamente proporcional a la fuerza neta ue act#a sobre %l! e in&ersamente proporcional a su masa.

La dirección de la aceleración es la misma de la fuerza aplicada.

a representa la aceleración! m la masa y 2 la fuerza neta. (or fuerza neta se entiende la suma &ectorial de todas las fuerzas ue act#an sobre el cuerpo

3asa! Inercia

45u% es la masa6 Newton mismo usó el t%rmino masa como sinónimo de cantidad de materia. Esta noción no es muy precisa. on más precisión podemos decir ue la masa es una medida de la inercia de un cuerpo. 3ientras más masa tenga un cuerpo! es más dif'cil cambiar su estado de mo&imiento. Es más dif'cil 7acer ue comience a mo&erse partiendo del reposo! o detenerlo cuando se mue&e! o 7acer ue se mue&a 7acia los lados sali%ndose de su trayectoria recta. 8n camión tiene muc7a más inercia ue una pelota de tenis ue se mue&a a la misma &elocidad! siendo muc7o más dif'cil cambiar el estado de mo&imiento del camión.

(ara cuantificar el concepto de masa debe definirse un patrón. En unidades del 1istema Internacional )1I+! la unidad de masa es el 9ilogramo )9g+. El patrón actual es un cilindro de platino*iridio ue se conser&a en la :ficina Internacional de (esas y 3edidas cerca de (ar's! cuya masa! por definición! es exactamente un 9ilogramo. En unidades cm! g! s! la unidad de masa es el gramo )g+ y ;g < ;=*>_{9g. En el sistema ingl%s! la unidad de masa se} llama ?slug@.

No debe confundirse la masa con el peso. La masa es una propiedad de un cuerpo! es una medida de su inercia o cantidad de materia. El peso es una fuerza! la fuerza ue la Aierra e"erce sobre el cuerpo. (ara aclarar la diferencia!

(6)

supongamos ue lle&amos un ob"eto a la Luna. ,ll' pesará la sexta parte de lo ue pesaba en la Aierra! pero su masa seguirá siendo la misma.

,celeración! 2uerza Neta

La (rimera ley de Newton afirma ue! en ausencia de fuerza neta sobre un cuerpo! %ste permanece en reposo! o si está en mo&imiento! contin#a mo&i%ndose con &elocidad constante )conser&ando su magnitud y dirección+. (ero! 4u% sucede si una fuerza act#a sobre un cuerpo6 La &elocidad debe cambiar! o sea! una fuerza neta origina una aceleración.

La relación entre aceleración y fuerza podemos encontrarla en experiencias cotidianas. (ensemos ue empu"amos un carrito de supermercado. La fuerza neta ue se e"erce sobre el carrito es la fuerza ue yo aplico menos la fuerza de fricción en las ruedas. 1i la fuerza neta es 2! la aceleración será a! si la fuerza es $2! la aceleración será $a! y as' sucesi&amente. (or tanto! la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada. (ero la aceleración depende tambi%n de la masa del ob"eto. 1i mantengo la fuerza neta 2 y aumento la masa al doble! la aceleración será a/$.

: sea! podemos afirmar

1e escoge la unidad de fuerza de tal modo ue la constante de proporcionalidad en ! sea ;! y as' a < 2/m

Notemos ue mediante esta segunda ley podemos dar una definición más precisa de fuerza! como una acción capaz de acelerar un ob"eto.

uando la masa está en 9ilogramos y la aceleración en metros por segundo al cuadrado! la unidad de fuerza se llama Newton )N+! ; N < ;9gm/s$_.

En el sistema ingl%s! la unidad de fuerza es la libra. se define como el peso )ue es una fuerza+ de un cuerpo cuya masa es =.BC>C$> 9g en determinado lugar de la Aierra en el ue la aceleración de gra&edad sea >$.;>B pies/s$_.

(7)

(8)

LABORATORIO No. 03

SEGUNDA LEY DE NEWTON

INFOR%E

;. Fealice en una tabla el diagrama de fuerzas del sistema y el diagrama de cuerpo libre )D..L.+ para las masas m; y m$.

$.

Diagrama de fuerzas para el sistema carro*masa colgante )sistemas m; y m$+

DL para m;- fuerzas ue act#an sobre m;.

DL para m$- fuerzas ue act#an sobre m$.

m1 p₁

=

m₁. g Fr

=

μ . N T

−

Fr

=

m1. a m₂ 2

=¿

m2. g p¿ p2

−

T

=

m2. a

Tabla 1 diagrama de fuerzas y diagrama de cuerpo libre del sistema carro-masa colgante.

D,A:1 DEL 1I1AE3, 3,1, DEL ,FF:

3;<;G!CHF 3,1, :LH,NAE 3$<!HF

$,"#!6,#

7

0

80906 7

1

8091; 7



80930 7

3

8094; 7

4

809-06 7

;

8092;

N

<#!=#,e!"o

"

0

>?

"

1

>?

"



>?

"

3

>?

"

4

>?

"

;

>?

1

090 09/3

1912

19;2

19/

91



090 09/2

1940

19/3

190

9;/

3

090 0923

1940

192-

19

9/

4

090 09//

19;0

190

930

;

090 0920

1931

19;

900

9;

(9)

>. Determine anal'ticamente el &alor de la aceleración del

sistema! por medio de la aplicación de las leyes de

Newton )1egunda ley de Newton+ y la información

de los DL.

,celeración del sistema a tra&%s de la segunda ley de

Newton. T

−

Fr

=

m₁. a _);+ p2

−

Fr

=

m1.a )$+ p1=m1. g → p1=0,1758kg.9,8m

/

s 2 → p1=1,7413 N p2=m2. g → p1=0,0099kg.9,8m

/

s 2 → p1=0,097 N Fr

=

μ . N → Fr

=

0,02.1,7413 N → Fr

=

0,034 N

Tabla 2 Datos del tiempo para 6 sustancias diferentes.

(10)

1umamos ecuaciones ; y $ T

−

Fr

=

m₁. a p₂

−

T

=

m₂. a _)$+ < 2 m1

+

m¿

¿

p2

−

Fr

=

m1.a

+

m2. a → p2

−

Fr

=

a

¿

a

=

p2

−

Fr m1

+

m2 → a

=

0,097 N

−

0,034 N 0,1785kg

+

0,0099kg → a

=

0,063 N 0,1884kg → a

=

0,33m

/

s2

B. Fealice la gráfica de (osición )x+ s tiempo real )t+! para las seis pare"as ordenadas )t! x+ de la Aabla $ y determine la ecuación de mo&imiento por medio de una regresión parabólica )8tilice en Excel la 7erramienta insertar gráfica e incluir la l'nea de tendencia de la gráfica y seleccionar ?(resentar ecuación en el gráfico@+.

(11)

C. alculo de la aceleración con ecuaciones del 38,.

C#<6(<#!$o <# @e<o6,$#$e e! <o $,ere!"e ,!"er@#<o

Lapso de distancia

(

0.0,0.15

)

v

=

0.15

−

0 0.8

−

0

=

0.1875 m s Lapso de distancia

(

0.15,0.30

)

v

=

0.30

−

0.15 1.35

−

0.8

=

(

0.30,0.45

)

(12)

v

=

0.45

−

0.30 1.73

−

1.35

=

(

0.45,0.60

)

v

=

0.60

−

0.45 1.92

−

1.73

=

(

0.60,0.75

)

v

=

0.75

−

0.60 2.32

−

1.92

=

0.375 m s

C#<6(<#!$o <# #6e<er#6,o!e e! <o $,ere!"e ,!"er@#<o

Lapso de distancia

(

0.0,0.15

)

a= 0.1875₋₀ 0.8₋₀ =0.2344 m s2 Lapso de distancia

(

0.15,0.30

)

a

=

0.2727

−

0.1875 1.35

−

0.8

=

0.1549 m s2 Lapso de distancia

(

0.30,0.45

)

a= 0.3947_−0.2727 1.73_−1.35 =0.3211 m s2

(13)

Lapso de distancia

(

0.45,0.60

)

a= 0.7895_−0.3947 1.92_−1.73 =2.078 m s2 Lapso de distancia

(

0.60,0.75

)

a

=

0.375

−

0.7895 2.32

−

1.92

=−

1.036 m s2

C#<6(<#o <# #6e<er#6,+! *roe$,o

´ a= 0.2344_{+0.1549 +0.3211+2.078−1.036} 5 =0.3505 m s2

J. ompare el &alor de la aceleración obtenido en el numeral > con el &alor obtenido con el numeral C y determine el error porcentual tomando como &alor real! el &alor de la aceleración obtenida en el numeral >. Aenemos ue la &elocidad 7allada a tra&%s de la segunda ley de Newton es a

=

0,33m

/

s2

K la &elocidad 7alla a tra&%s de la ecuación del 38, es =.>Cm/s$ Lo ue nos indica ue el error porcentual es de J.

. Fesponda las siguiente pregunta- 4uáles son las posibles razones para ue exista el porcenta"e de error entre los dos procesos realizados para determinar la aceleración en el sistema6 45u% relación existe entre la masa colgante y la masa del carro6

(14)

Las posibles causas para ue exista diferencia entre las dos aceleraciones 7alladas es la toma del tiempo en los inter&alos en ue el carro 7acia cada recorrido! ya ue estos al ser tomados manualmente pueden no ser tan exactos.

La masa colgante es atra'da 7acia al suelo por la fuerza de la gra&edad y está a su &ez e"erce mediante una cuerda e"erce una fuerza de tención sobre la masa del carro.

CONCLUSIONES

En el momento de realizar una in&estigación en la cual utilicemos 7erramientas para realizar medidas debemos tener en cuenta ue dic7as 7erramientas no son ;== exactas y ue pueden ocurrir errores en las medidas.

(15)

uando medimos algunas magnitudes podemos notar ue puede existir alguna relación entre ellas y a esto se le denomina proporcionalidad.

on la realización de esta práctica se logra comprobar ue para ue el sistema est% en euilibrio la sumatoria de fuerzas en M debe ser =! al igual ue la sumatoria de fuerzas en K.

,demás! se comprende ue al calcular la aceleración de un ob"eto es necesario conocer la &elocidad final y la &elocidad inicial! on la realización de este laboratorio se logra comprobar las leyes del mo&imiento pendular y del armónico simple! ,demás se puede comprender las caracter'sticas necesarias del sistema masa  resorte y del p%ndulo e identifica las relaciones entre &ariables de los diferentes mo&imientos.

En la práctica se pudo e&idenciar ue siempre ue un ob"eto con mayor masa golpea a otro este detendrá su aceleración cayendo en menor longitud.

Fealizamos diferentes medidas con el calibrador en &arios ob"etos! obser&amos los diferentes usos ue este tiene! se sacaron &arias medidas y de esta se obtu&o su &olumen.

BIBLIOGRAFIA

Aorres H,LIND: Diego ,le"andro. 3ódulo 2'sica Heneral. 8ni&ersidad Nacional ,bierta y a Distancia. Oogotá. No&iembre de $=;$.

(16)

7ttp-//es.wi9ipedia.org/wi9i/3icr>O>metroP)instrumento+

www.3atematica.Net

7ttp-//es.wi9ipedia.org/wi9i/