laboratorio 2 fisica-2da ley de newton-final

Laboratorio de Física General

“SEGUNDA LEY DE NEWTON”

INDICE

1.- Introducción….………………………………….……. (2)

2.- Resumen………..……………………..……………… (2)

3.-Ojetivos…………………………………………………. (2)

4.- Marco Teórico.………………………..……………..…..(3)

5.- Cuestionario……………………………… …………….(11)

6.- Observaciones. ……………………………………..…..(13)

7.- Conclusiones. …………………………..………….… . (13)

8.-Recomendaciones………………………………….….. (14)

9.- Bibliografía. …………………………………………….. (14)

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1.-Introducción

Para mover un cuerpo es necesario ejercer algunas “acciones” sobre él. Identificamos esas acciones con la interacción de ese cuerpo con otros lo que da por resultado un cambio en su estado de movimiento. Para poner en movimiento un cuerpo es necesario entonces que actúen fuerzas sobre él. Esto quiere decir que las fuerzas son capaces de cambiar el estado de movimiento de los cuerpos y que por lo tanto deben producir: aceleración.- La expresión de la segunda ley de Newton que conocemos es válida para cuerpos cuya masa sea constante , pero sí la masa varia como por ejemplo un avión el cual quema combustible como considerar este caso, esto lo estudiaremos paralelamente a través de la segunda experiencia del laboratorio con otro caso además responderemos a las interrogantes ¿En qué porcentaje se comprobó la segunda Ley de newton?, ¿a que se atribuye el error experimental de la aceleración y masa total?, con el propósito de definir operacionalmente lo que es la fuerza.

2.-Resumen

El sistema Implementado en el segundo laboratorio trata de dos masas ( M y m), una riel y una polea, la masa m (gancho + arandelas),el cual se halla suspendido a un extremo de la mesa de trabajo a través de un hilo el cual aplicara una fuerza (T) necesaria para que la masa M (el carro) se desplace por el riel ,produciendo cambios de velocidades repitiendo seis veces la experiencia e intercambiando los pesos simultáneamente de cada una de las masas para de este modo tomar los valores y registrarlos a través del software Logger Pro, con el propósito de determinar experimentalmente la relación matemática entre fuerza, masa y aceleración.Se ha calculado la fuerza aceleradora sobre el carro para cada caso, como también la masa total del sistema, además se han realizado las tablas y graficas en papel milimetrado adicionales como la aceleración teórica Vs. La fuerza aceleradora.

3.-Objetivos.

Determinar experimentalmente cómo cambia la aceleración de un cuerpoCuando este es halado por fuerzas de diferentes magnitudes.

Determinar experimentalmente la relación matemática entre fuerza, masa yAceleración.

Definir operacionalmente el concepto: fuerza. Comprobar e Interpretar la segunda ley de Newton. Comprobar las relaciones que existen entre fuerza, masa y aceleración. Analizar el movimiento realizado por el cuerpo con el Software Logger Pro.

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4.- Fundamento Teórico:

Segunda Ley de Newton :

La Segunda Ley de Newton o Ley de Fuerza es también conocida como Ley Fundamental de la Dinámica, pues es la que determina una relación proporcional entre fuerza y variación de la cantidad de movimiento o momento lineal de un cuerpo.

Esta ley nos detalla que: “Cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. Dicha aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve”.

Además nos 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.

El estudio de la Segunda Ley de Newton lo complementaremos con ejemplos:

En la figura 1 se observa que si un carro de tren en movimiento con una carga, se detiene súbitamente sobre sus rieles, porque tropezó con un obstáculo, su carga tiende a seguir desplazándose con la misma velocidad y dirección que tenía en el momento del choque.

Otro ejemplo puede ser: una pelota de fútbol impulsada con una velocidad determinada hacia arriba (según la línea roja segmentada del dibujo, figura 2), seguiría en esa misma dirección si no hubiesen fuerzas que tienden a modificar estas condiciones.

Estas fuerzas son la fuerza de gravedad terrestre que actúa de forma permanente y está representada por las pesas en el dibujo, y que son las que modifican la trayectoria original. Por otra parte, también el roce del aire disminuye la velocidad inicial.

3


Un ejemplo adicional es que si queremos darle la misma aceleración, o sea, alcanzar la misma velocidad en un determinado tiempo, a un automóvil grande y a uno pequeño (ver figura 3), necesitaremos mayor fuerza y potencia para acelerar el grande, por tener mayor masa que el más chico.

Cantidad de Movimiento (p):

La cantidad de movimiento, momento lineal, ímpetu o moméntum es una magnitud vectorial, que en mecánica clásica se define como el producto de la masa del cuerpo y su velocidad en un instante determinado.

Por tanto, cuando un cuerpo está en movimiento tiene un momento distinto de cero. Si está en reposo su momento es cero. En el Sistema Internacional se mide en Kg·m/s.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Masa

http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cl%C3%A1sica

http://es.wikipedia.org/wiki/Vector_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad


La cantidad de movimiento es una magnitud vectorial, esto quiere decir que además de su magnitud debemos indicar siempre cuál es su dirección y sentido.

En ocasiones el concepto de momento se confunde con el concepto de velocidad. Esto no es correcto momento y la velocidad son dos vectores directamente proporcionales, y por tanto tendrán la misma dirección y sentido. Pero el momento tiene en cuenta además la masa del objeto, ya que ésta influirá considerablemente en la cantidad de movimiento que posea un cuerpo.

En términos de esta nueva magnitud física, la Segunda ley de Newton se expresa de la siguiente manera:

"La Fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a la variación temporal de la cantidad de movimiento de dicho cuerpo"

Matemáticamente:

F = dp/dt

Otra consecuencia de expresar la Segunda ley de Newton usando la cantidad de movimiento es lo que se conoce como Principio de conservación de la cantidad de movimiento. Si la fuerza total que actúa sobre un cuerpo es cero, la Segunda ley de Newton nos dice que:

0 = dp/dt

Es decir, que la derivada de la cantidad de movimiento con respecto al tiempo es cero. Esto significa que la cantidad de movimiento debe ser constante en el tiempo (la derivada de una constante es cero). Esto es el Principio de conservación de la cantidad de movimiento: si la fuerza total que actúa sobre un cuerpo es nula, la cantidad de movimiento del cuerpo permanece constante en el tiempo.

TABLA N° 1

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Datos Experimentales (g = 9,78 m/s2)

Masa (g)

Masa Suspendida

(g)

Masa Total o Masa del Sistema (g)

Aceleración Experimental

(m/s2)

Aceleración Teórica (m/s2) Fuerza Aceleradora

% error experim

ental

M msusp Mtotal= M + msusp aexperimental (%)

508.9

91.3 600.2 1.393 1.488 892.914 6.38

522.2

78 600.2 1.219 1.271 762.84 4.09

536.5

63.7 600.2 0.9846 1.038 622.986 5.14

550.9

49.3 600.2 0.7116 0.803 482.154 11.38

565.9

34.3 600.2 0.4394 0.559 335.454 21.39

579.7

20.5 600.2 0.2312 0.334 200.49 30.78

Experiencia 1

Experiencia 2

Experiencia 3

6

f acel=msusp×ga teórica=msusp×g

M+msusp

a teórica=91.3×9.78508.9+91.3

=1.488m / s2

% error experimental−aceleración=|Valor teórico−ValormedidoValor teórico |×100 %

% error experimental−aceleración=|1.488−1.3931.488 |×100 %=6.38 %

% error experimental−aceleración=|1.271−1.2191.271 |×100 %=4.09%

a teórica=78×9.78522.2+78

=1.271 m/s2


a teórica=63.7×9.78536.5+63.7

=1.038


Experiencia 4

Experiencia 5

Experiencia 6

Gráfico 1:

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a teórica=49.3×9.78550.9+49.3

=0.803


a teórica=34.3×9.78565.9+34.3

=0.559


a teórica=20.5×9.78579.7+20.5

=0.334


0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.6000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

f(x) = 600.065424295973 x + 0.113104057036139R² = 0.999999830219129

Acele. Teórica (m/s2) Vs. Fuerza Aceleradora (N)

Gráfico 2:

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.60

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

f(x) = 578.233416093008 x + 69.6549113260218R² = 0.99749232426102

Acele. Experimental (m/s2) Vs. Fuerza Aceleradora (N)

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Método de Mínimos Cuadrados para Función Lineal:

a) Aceleración Experimental (m/s2) Vs. Fuerza Aceleradora (N).-

Cálculo del Error Porcentual entre la masa total teórica del sistema (medida con una balanza) y la experimental:

Error experimental de nuestra experiencia de laboratorio:

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% error experimental=|600.2−578.23600.2 |×100 %=3.66 %

% error experimental=|Valor teórico−ValormedidoValor teórico |×100 %


b) Aceleración Teórica (m/s2) Vs. Fuerza Aceleradora (N).-

Como cálculo adicional por parte del grupo se esta hallando el Error Porcentual entre la masa total teórica del sistema (medida con una balanza) y el valor de la masa hallado en la anterior gráfica (Aceleración Teórica Vs. Fuerza Aceleradora):

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% error experimental=|Valor teórico−ValormedidoValor teórico |×100 %

% error experimental=|600.2−600.065600.2 |×100%=0.022 %

Ra

6aaire

ra

4aaire


5.- Cuestionario

5.1.- ¿Qué relación existe entre las variables graficadas?

En las variables graficadas lo que observamos es una dependencia lineal o línea recta, 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 de laboratorio se cumple lo anterior.

5.2.- En que porcentaje cree usted que se comprobó la Segunda Ley de Newton

Analizando la Tabla N°1 se observa que existe una diferencia entre la aceleración experimental y teórica, ya que no se considera la fuerza de fricción del carril con respecto al carro de prueba. Ahora para saber el porcentaje que se comprobó la Segunda Ley de Newton se hará lo siguiente:

100% - Σ(6.38%+4.09%+5.14%+11.38%+21.39%+30.78%)=100%-79.17%=20.83%

5.3.- A que atribuye el error experimental de la aceleración y masa total. Explique?

Error humano que puede existir al momento de seleccionar el intervalo de datos en la gráfica obtenida con el software, así como también la percepción visual al momento de pesar las masas.

El hilo que sujeta al bloque de masa “m” no este completamente paralelo al plano horizontal, por lo tanto este generando algún ángulo.

Inadecuada calibración de la balanza de tres brazos. En algunas experiencias ya es notoria la presencia de la fuerza de rozamiento

debido al incremento de la masa en el carro dinámico. También los sensores con los que trabajamos producen errores en nuestras

experiencias, como por ejemplo la rapidez de respuesta o la repetitividad.

5.4.- 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 qué, si se aceleran de manera idéntica con la misma fuerza inicial, la pelota de golf debería ir más lejos?

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M2

FG=m1g

NFr

F

FR

M1


La pelota de golf irá más lejos ya que presenta una menor oposición del aire,

ya que a mayor volumen mayor oposición, Ahora para la pelota de hule se

observa que:

Aceleración hule=a-6aire<a-4aire, por lo tanto la fuerza, por ende el desplazamiento

será mayor al que tenga mayor aceleración.

5.5.- Hacer un diagrama de cuerpo libre del sistema y aplique la Segunda Ley de Newton, en este caso suponga que existe fricción entre el carro y el riel, y determine la aceleración del cuerpo.(sugerencia tome μ como coeficiente de fricción entre el carro y el riel)

FR=mT∗a

F−F r=mT∗a

F−μN=mT∗a

F−μ∗m1+m2∗g=mT∗a

a=F−μ∗mT∗g /mT

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6.-Observaciones:

Como un aporte adicional del grupo, se están considerando las tablas y gráficas

tanto en Excel como en papel milimetrado de la Aceleración Teórica (m/s2) Vs.

Fuerza Aceleradora (N), y además se considero calcular el error porcentual de

la masa encontrada de este gráfico con respecto a la masa teórica del sistema

(medida en la balanza) para de cierta forma evaluar grupalmente nuestra

experiencia desarrollada en el laboratorio.

A medida que aumento el peso en la carga suspendida el error porcentual, y ello

es porque no se tomó en consideración la fuerza de rozamiento.

Debemos tener en cuenta que la Segunda Ley de Newton se aplica solo a

cuerpos cuya masa es constante, tal como sucedió en nuestra experiencia de

laboratorio.

7.-Conclusiones:

En las primeras experiencias la fuerza de rozamiento no era considerable pero a

medida que incrementábamos arandelas al carro dinámico la normal se hacía

mayor y por consiguiente la fuerza de rozamiento ya era notoria.

A partir de la segunda experiencia haremos variar la aceleración disminuyendo

la masa mas no la masa del sistema pues esta se tiene que mantener constante.

El objetivo era establecer una relación entre la fuerza aplicada y la aceleración

adquirida. Al graficarlos, de la pendiente se obtiene la masa, comprobándolo a

partir de la Ley de Newton. Como es sabido, la masa del sistema se mantiene

constante, lo que varía es la distribución de las pesas entre el soporte y el

carrito. Llevamos a cabo este procedimiento seis veces, con la diferencia de que

en la segunda vez agregamos una arandelas con promedio de 6.975 gramos,

modificando así la masa total del sistema.

De manera general se verificó que la aplicación de una fuerza externa es la

causa de movimiento de un cuerpo, comprobándose así la Segunda Ley de

Newton.

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8.- Recomendaciones:

Para este experimento, tener muy en claro el concepto de cantidad de

movimiento.

Despreciar cualquier tipo de fricción en los cuerpos (objetos a utilizar)

despreciamos la fuerza de rozamiento.

Ajustar el Software Logger Pro considerando fotopuerta.

Considerar que el hilo tiene que ser lo más posible paralelo a la superficie de la

mesa.

El trabajo a conciencia, el interés en la práctica y la colaboración de cada

integrante del grupo hará que los resultados que deseamos obtener sean los

mejores para el desarrollo y la elaboración de la misma.

9.- Bibliografía.-

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.html

http://www.molwick.com/es/movimiento/102-segunda-ley-newton-fuerza.html

http://fisicafacil.awardspace.com/pmv0.html

http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/Usrn/lentiscal/2-CD-Fiisca-TIC/

1-3Dinamica/MomentoLineal.htm

http://www.phy6.org/stargaze/Mnewt2nd.htm


http://www.rena.edu.ve/cuartaEtapa/fisica/Tema8.html

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http://www.rena.edu.ve/cuartaEtapa/fisica/Tema8.html



http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/Usrn/lentiscal/2-CD-Fiisca-TIC/1-3Dinamica/MomentoLineal.htm

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http://fisicafacil.awardspace.com/pmv0.html

http://www.molwick.com/es/movimiento/102-segunda-ley-newton-fuerza.html

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.html

laboratorio 2 fisica-2da ley de newton-final

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