REDACCION LABORATORIO 2 fisica

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


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


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


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


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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