fuerza y aceleracion
TRANSCRIPT
FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
I. OBJETIVO
� Investigar la relación entre fuerza y aceleración.
� Desarrollar los conceptos de fuerza, masa y aceleración.
� Verificar el cumplimiento de que la fuerza es igual a la masa
aceleración.
� Analizar las diferentes
II. MATERIALES
SOPORTE UNIVERSAL
FISICA EXPERIMENTAL I
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
Investigar la relación entre fuerza y aceleración.
Desarrollar los conceptos de fuerza, masa y aceleración.
Verificar el cumplimiento de que la fuerza es igual a la masa
Analizar las diferentes graficas que nos ayuden a entender el movimiento.
MATERIALES
SOPORTE UNIVERSAL NUEZ
FISICA EXPERIMENTAL II
1
Verificar el cumplimiento de que la fuerza es igual a la masa por la
que nos ayuden a entender el movimiento.
FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
CUERDA DE NYLON
PESAS (100, 50, 10, 5 y 1g)
FISICA EXPERIMENTAL I
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
CUERDA DE NYLON PORTA PESAS
CRONOMETRO
PESAS (100, 50, 10, 5 y 1g) POLEA FIJA
FISICA EXPERIMENTAL II
2
PORTA PESAS
POLEA FIJA
FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION FISICA EXPERIMENTAL II
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
3
III. MARCO TEORICO
Como sabemos la segunda ley de Newton es una de las leyes básicas de la
mecánica (Rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con el
movimiento de los cuerpos); se utiliza en el análisis de los movimientos próximos a
la superficie de la tierra y también en el estudio de los cuerpos celestes.
Cuando estudiamos l primera ley de Newton vemos que la resultante de la fuerza
que actúan es nula este cuerpo se encuentra en reposo un movimiento rectilíneo
uniforme.
En cualquiera de estos casos la aceleración del cuerpo es nula. De modo que si:
��� = 0, ��� ���� = 0
La dinámica es parte de la mecánica y se encarga de estudiar las fuerzas que
intervienen en un movimiento y las leyes que lo rigen a diferencia de la cinemática.
Segunda Ley de Newton
La aceleración que un cuerpo adquiere es directamente proporcional a la
resultante de las fuerzas que actúan en él, y tiene la misma dirección y el mismo
sentido que dicha resultante.
R = m a , o bien, å F = m a.
La aceleración que el cuerpo vaya a adquirir por la acción del sistema de fuerza, se
obtendrá como si el cuerpo estuviese sometido a la acción de una fuerza única,
igual a R. La ecuación F = ma será en este caso, sustituida por R = ma, y el vector a
tendrá la misma dirección y el mismo sentido que el vector R. La ecuación R = ma
es la expresión matemática de la Segunda Ley de Newton en su forma más
general.
FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
La Segunda Ley de Newton es una de las leyes básicas de la mecánica, se utiliza en
el análisis de los movimientos próximos a la superf
estudio de los cuerpos celestes.
El mismo Newton la aplicó al estudiar los movimientos de los
éxito logrado constituyó una de las primeras confirmaciones de esta ley.
La masa de un cuerpo es el cociente entre la fuerza que actúa en el mismo, y la
aceleración que produce en él, o sea:
Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo, tanto mayor será su inercia; es decir, la
masa de un cuerpo es una medida de la inercia del
IV. PROCEDIMIENTO
PRIMER PASO.- Realiza el montaje de la figura. La polea por lo menos debe estar
a 1.20m del piso. (La cuerda debe tener una long
m2 repose en el piso, m1
FISICA EXPERIMENTAL I
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
La Segunda Ley de Newton es una de las leyes básicas de la mecánica, se utiliza en
el análisis de los movimientos próximos a la superficie de la tierra
estudio de los cuerpos celestes.
El mismo Newton la aplicó al estudiar los movimientos de los planetas
logrado constituyó una de las primeras confirmaciones de esta ley.
de un cuerpo es el cociente entre la fuerza que actúa en el mismo, y la
aceleración que produce en él, o sea:
m = F / a
Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo, tanto mayor será su inercia; es decir, la
masa de un cuerpo es una medida de la inercia del mismo.
PROCEDIMIENTO
Realiza el montaje de la figura. La polea por lo menos debe estar
a 1.20m del piso. (La cuerda debe tener una longitud apropiada para que, cuando
se encuentre casi junto a la polea).
FISICA EXPERIMENTAL II
4
La Segunda Ley de Newton es una de las leyes básicas de la mecánica, se utiliza en
tierra y también en el
planetas, y el gran
logrado constituyó una de las primeras confirmaciones de esta ley.
de un cuerpo es el cociente entre la fuerza que actúa en el mismo, y la
Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo, tanto mayor será su inercia; es decir, la
Realiza el montaje de la figura. La polea por lo menos debe estar
itud apropiada para que, cuando
FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
SEGUNDO PASO.- Medir la masa de los porta p
portapesas. La pesa m2 debe tener por lo menos 100g en unidades de 10 y 20g.
TERCER PASO.- En el cuadro de resultados, anotar los valores de m
el experimento; anotar también el valor de (s) distancia.
FISICA EXPERIMENTAL I
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
Medir la masa de los porta pesas, agregar 200g a cada
debe tener por lo menos 100g en unidades de 10 y 20g.
En el cuadro de resultados, anotar los valores de m
el experimento; anotar también el valor de (s) distancia.
FISICA EXPERIMENTAL II
5
esas, agregar 200g a cada
debe tener por lo menos 100g en unidades de 10 y 20g.
En el cuadro de resultados, anotar los valores de m1 y m2 al iniciar
FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
CUARTO PASO.- Cambiar pesas de m
superior hasta el suelo, en unos 6 ó 7s. Anotar los valores de m
Medir el tiempo cuando el portapesas inicia su descenso, y detenerlo cuando el
portapesas llega al piso. (Realiza la medición del tiempo por lo menos cinco veces).
FISICA EXPERIMENTAL I
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
Cambiar pesas de m1 y m2 hasta que la diferencia desde la parte
superior hasta el suelo, en unos 6 ó 7s. Anotar los valores de m1 y m
ando el portapesas inicia su descenso, y detenerlo cuando el
portapesas llega al piso. (Realiza la medición del tiempo por lo menos cinco veces).
FISICA EXPERIMENTAL II
6
hasta que la diferencia desde la parte
y m2 en el cuadro.
ando el portapesas inicia su descenso, y detenerlo cuando el
portapesas llega al piso. (Realiza la medición del tiempo por lo menos cinco veces).
FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
QUINTO PASO.- Toma 10g de m
anotar los valores en el cuadro de datos. Repetir este paso hasta que m
rápidamente que ya no sea posible medir con precisión el tiempo.
SEXTO PASO.- Completa el cuadro de datos, excepto lo encabezado por “Fuerza
no balanceada”.
FISICA EXPERIMENTAL I
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
Toma 10g de m2 y agrégalos a m1. Medir el tiempo 5 veces y
en el cuadro de datos. Repetir este paso hasta que m
rápidamente que ya no sea posible medir con precisión el tiempo.
Completa el cuadro de datos, excepto lo encabezado por “Fuerza
FISICA EXPERIMENTAL II
7
. Medir el tiempo 5 veces y
en el cuadro de datos. Repetir este paso hasta que m1 descienda
rápidamente que ya no sea posible medir con precisión el tiempo.
Completa el cuadro de datos, excepto lo encabezado por “Fuerza
FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION FISICA EXPERIMENTAL II
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
8
�� ���
��������
3.06
1.44
372.106 979.6
m1 al empezar 10,08 g m2 al empezar 10,11 g
s (distancia que recorre m1 cuando desciende) 1,20 m
m1 (g)
m2 (g)
t (s)
t (prom)
a (m/s2)
f. debido
a la dif.
de pesos
(gf)
f. no
balanceada
(gf)
60,08 25,11 3,4 3 4,02 342,700 342,46
60,08 20,11 2,2 2 4,88 391,706 391,32
148,08 110,11 4,3 4 1,44 372,106 371,79
210,08 110,11 2,8 3 3,06 979,600 979,78
210,08 90,11 3,2 3 3,91 1175,700 1173,74
SEPTIMO PASO.- Construir una grafica de la fuerza debido a la diferencia de los
pesos, contra la aceleración.
Viendo los esquemas
De las tres figuras se concluye que la fuerza ������ que actúa sobre un cuerpo es
directamente proporcional a la aceleración que adquiere.
��
������
2��
2������
3��
3������
De la grafica ����������
La pendiente de la
recta es la inversa de la
masa:
�!� = "
#$%$
FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION FISICA EXPERIMENTAL II
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
9
&"
&�
Vectorialmente �"���� + (-������ ) = m.��
∑�� = m.��
Tomando módulos
∑� = m.�
OCTAVO PASO.- Completar la última columna del cuadro de datos y construir una
grafica de la fuerza no balanceada contra la aceleración.
�()*$+$(,-$.$ = /&" +&�1. �
� = /&" +&�1. �
V. SITUACIONES PROBLEMATICAS
1.- ¿Cuál es la relación de la aceleración con respecto a la
fuerza?
Mientras mayor sea la fuerza que actúa sobre un cuerpo de masa constante,
mayor será la aceleración que alcanzará el cuerpo. Dicho de otra manera, al
duplicar la fuerza, se duplicará la aceleración. El enunciado de este
�� ���
�2*���������
34�����!5��67�����������
→ �!�/11 =1
&"
�!�/21 =1
&�
�
�"���� ������
a = #
9:;9<
FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION FISICA EXPERIMENTAL II
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
10
comportamiento se expresa diciendo que la aceleración de un objeto es
directamente proporcional a la fuerza que actúa sobre el mismo.
2.- ¿Cuál es la relación de la aceleración con la masa?
La relación que existe es que mientras mayor sea la masa de un cuerpo, menor
será la aceleración que alcanzará el cuerpo al aplicarle siempre una misma fuerza.
El caso contrario también es cierto: mientras menor sea la masa de un cuerpo,
mayor será la aceleración que alcanzará el cuerpo al aplicarle siempre una misma
fuerza. Dicho de otra forma, la aceleración dependerá de la masa del cuerpo si
aplicamos siempre una misma fuerza. La aceleración es inversamente
proporcional a la masa del cuerpo.
3.- ¿Qué representa las gráficas levantadas? Explique
Estas gráficas levantadas representan la relación existente entre la aceleración
y la fuerza, así como la relación existente entre la aceleración y la masa del
cuerpo, es decir de estos gráficos se concluye lo siguiente:
�
m1
g m2 g / "− �1� = / "+ �1�
�� = "� − �� ……………. (I)
/ "− �1� = . � …………. (II)
Pero m = masa promedio
= "+ � ………………… (III)
Reemplazando (III) en (II)
a =
/#:;#<1>
#:?#<
FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
Siempre que una fuerza resultante distinta de cero actúa sobre un cuerpo,
produce una aceleración en su misma dirección y sentido que es
directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa
del cuerpo.
4.- Un hombre normal pesa unos 70 kg
pesará en la luna y en el sol?
La aceleración de la gravedad en la superficie de un planeta se define como:
Donde
En la tierra el peso del hombre
FISICA EXPERIMENTAL I
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
Siempre que una fuerza resultante distinta de cero actúa sobre un cuerpo,
produce una aceleración en su misma dirección y sentido que es
directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa
normal pesa unos 70 kg-f en la tierra, ¿Cuánto
pesará en la luna y en el sol?
La aceleración de la gravedad en la superficie de un planeta se define como:
gp = G. @
AB
gp : gravedad del planeta
M : masa del planeta
R : radio de curvatura del planeta
G : 6,67 x 10-11 2#<
C>< …. Constante de Gravedad Universal
En la tierra el peso del hombre:
FISICA EXPERIMENTAL II
11
Siempre que una fuerza resultante distinta de cero actúa sobre un cuerpo,
produce una aceleración en su misma dirección y sentido que es
directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa
f en la tierra, ¿Cuánto
La aceleración de la gravedad en la superficie de un planeta se define como:
…. Constante de Gravedad Universal
FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
70 kg-f = 70 N = 70 kg
∴ La masa del hombre será 7,14 kg
En la Luna el peso del hombre
Masa lunar = 7,36 x 10
gluna = 6,67 x 10-11
2#
El hombre en la luna pesará: W
W = 7,14kg x 1,62 #
%
∴ El hombre en la luna pesará 11,5668 kg
debe a que la masa terrestre es mayor que la masa
En el sol el peso del hombre
Masa del sol = 1,991 x 10
FISICA EXPERIMENTAL I
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
f = 70 N = 70 kg #
%< Como g ≅ 9,8
#
%<
a masa del hombre será 7,14 kg aproximadamente
En la Luna el peso del hombre:
Masa lunar = 7,36 x 1022 kg ; radio = 1,74 x 106 metros
2#<
C>< x
F,GHI"J<<KL
/",FMI"JNO1< =
MP,JP"�Q"J::
G,J�FHQ"J:< #
%< =
�""H
"GJR
El hombre en la luna pesará: WH = m.gluna Donde: WH = peso del hombre
#
%< = 11,5668 N
El hombre en la luna pesará 11,5668 kg-f , es decir menos que en la tierra, ello se
debe a que la masa terrestre es mayor que la masa lunar.
En el sol el peso del hombre:
Masa del sol = 1,991 x 1030kg ; radio medio = 6,96 x 10
FISICA EXPERIMENTAL II
12
metros
�""H
"GJR
�2 = 1,62
#
%<
= peso del hombre
f , es decir menos que en la tierra, ello se
lunar.
kg ; radio medio = 6,96 x 108
FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION FISICA EXPERIMENTAL II
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
13
gsol = 6,67 x 10-11
2#<
C>< x ",PP"I"JSTKL
/H,PHI"JUO1< =
"G,�FPPFQ"J:V
MW,MM"HQ"J:N #
%< = 0,274X10G
gsol = 274#
%< aprox.
El hombre en el sol pesará:
WH = m.g sol
WH = 7,14 kg x 274 #
%< = 1956,36 kg-f aproximadamente
∴ El hombre en el sol pesará 1886,36 veces más que en la tierra, ello debido a la
diferencia de masas que existe entre el sol y la tierra.