LABORATORIO FÍSICAII

Práctica de Laboratorio Nº5

“Màquina de Atwood – Fuerza Centrípeta”

INFORMEIntegrantes:

VILCHEZ FABIÁN, Wilmer

YAURI CHOCCE, Nelson

Grupo:C4 - 02 - B

Profesor:SOCA FLORES, Carlos

Fecha de realización:15 de mayo

Fecha de entrega: 22 de mayo

2012 – 1

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INTRODUCCIÓN

Máquina de Atwood – Fuerza Centrípeta

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1) Objetivos:

Estudiar la relación entre fuerza, masa y aceleración empleando una maquina de Atwood.

Determinar experimentalmente la aceleración del sistema

Determinación de la fuerza centrípeta en un péndulo.

2) Fundamento Teórico:

2.1) Maquina de Atwood

La máquina de Atwood consiste en dos masas, y , conectadas por una cuerda inelástica de masa despreciable con una polea ideal de masa despreciable.

Cuando , la máquina está en equilibrio neutral sin importar la posición de los pesos.

Cuando ambas masas experimentan una aceleración uniforme

2.2) Fuerza centrípeta

Se llama fuerza centrípeta a la fuerza, o al componente de la fuerza que actúa sobre un objeto en movimiento sobre una trayectoria curvilínea, y que está dirigida hacia el centro de curvatura de la trayectoria.

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2.3) Fuerza centrípeta en un péndulo

Un péndulo simple se define como una partícula de masa m suspendida del punto O por un hilo inextensible de longitud l y de masa despreciable.

Si la partícula se desplaza a una posición 0 (ángulo que hace el hilo con la vertical) y luego se suelta, el péndulo comienza a oscilar.

El péndulo describe una trayectoria circular, un arco de una circunferencia de radio l. Estudiaremos su movimiento en la dirección tangencial y en la dirección normal.

Las fuerzas que actúan sobre la partícula de masa m son dos

El peso (mg) y La tensión T del hilo

3) Materiales y Equipos de Trabajo:

Computadora personal

con Data Studio

instalado

Interfase Power Link

Sensor de Movimiento Rotacional

Sensor de Fuerza

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Photogate Port PS-

2123

Photogate Head ME-

9498A

Soporte Universal

Varillas

Nuez Invertida

Masa Pendular

Pesas de 0.5N (6)

Regla Graduada

4) Proceso Experimental:

4.1) Determinación e la aceleración:

Luego de Ingresar al Data Studio previamente de haber insertado el sensor rotacional se realizó las configuraciones indicadas en la guía del laboratorio. Una vez realizada estas acciones se procedió a realizar el montaje respectivo para esta experiencia.

Se inició la toma de datos soltando el móvil y oprimiendo el botón inicio en la barra del skin del software, se realizaron 5 mediciones para cada caso (4 casos variando los valores de M1 y M2), los

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datos obtenidos y valores calculados están detallados en las siguientes tablas.

M1+M2 = 110gM1=50g y M2=60 g 1 2 3 4 5 Prom.

TotalAceleración lineal

(m/s2)0.90 0.92 0.96 0.99 0.97 0.95

Fuerza Neta (N) 99 101.2 105.6 108.9 106.7 104.28Análisis Valor Teórico Valor

Promedio Experimental

Error Porcentual

Aceleración (m/s2) 0.889 m/s2 0.95 m/s2 6.86 %Tabla4.1. Primer Caso

M1+M2 = 200 gM1=90g y M2=110g

1 2 3 4 5 Prom. Total

Aceleración lineal (m/s2)

0.86 0.88 0.90 1.08 1.10 0.96

Fuerza Neta (N) 172 176 180 216 220 192.8Análisis Valor Teórico Valor

Promedio Experimental

Error Porcentual

Aceleración (m/s2) 0.978 m/s2 0.96 m/s2 2.63 %Tabla4.2. Segundo Caso

M1 - M2 = 30 gM1=80g y M2=50 g 1 2 3 4 5 Prom.

TotalAceleración lineal

(m/s2)1.96 1.68 1.89 1.94 1.98 1.89

Fuerza Neta (N) 254.8 218.4 245.7 252.2 257.4 245.7Análisis Valor Teórico Valor

Promedio Experimental

Error Porcentual

Aceleración (m/s2) 2.25 m/s2 1.89 m/s2 16 %Tabla4.3. Tercer Caso

M1 - M2 = 20 gM1=100g y

M2=80g1 2 3 4 5 Prom.

TotalAceleración lineal

(m/s2)0.88 0.86 0.89 0.92 0.85 0.88

Fuerza Neta (N) 158.4 154.8 160.2 165.6 153 158.4Análisis Valor Teórico Valor

Promedio Error Porcentual

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ExperimentalAceleración (m/s2) 1.08 m/s2 0.88 m/s2 18.51 %

Tabla4.4. Cuarto Caso

4.2) Determinación de la fuerza centrípeta en un péndulo:

Ingresando nuevamente al programa data estudio para que la interface reconozca el sensor foto puerta y de fuerza se realizaron las configuraciones indicadas en la guía del laboratorio.

Luego de terminar de realizar el montaje respectivo para este laboratorio, se inició la toma de datos alejando al masa pendular 15 centímetros y soltando el móvil (al momento de oprimir el botón inicio).

Este proceso se repitió hasta completar las 5 mediciones, completando las dos tablas para cada caso respectivo variando las longitudes de la cuerda.

Longitud 20 cmMasa = 0.032 kg 1 2 3 4 5 Prom.

TotalVelocidad (m/s) 0.73 0.69 0.72 0.70 0.69 0.714

Fuerza Centrípeta medida (N)

0.65 0.55 0.52 0.63 0.40 0.55

Análisis Valor Teórico Valor Promedio

Experimental

Error Porcentual

Aceleración centrípeta (m/s2)

0.820 0.549 3.3%

Tabla.5.1. Péndulo con una trayectoria pendular de 20cm.

Longitud 30 cmMasa = 0.032 kg 1 2 3 4 5 Prom.

TotalVelocidad (m/s) 0.49 0.62 0.64 0.61 0.61 0.60

Fuerza Centrípeta medida (N)

0.46 0.39 0.42 0.48 0.45 0.42

Análisis Valor Teórico Valor Promedio

Experimental

Error Porcentual

Aceleración centrípeta (m/s2)

0.03 1.2 3.51%

Tabla.5.2. Péndulo con una trayectoria pendular de 30cm.

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5) Cuestionario:

Determinación e la aceleración:

5.1. Compare la diferencia entre el valor de la aceleración teórica y la experimental ¿Qué razones justificaran esta diferencia?

El valor teórico es diferente al valor experimental ya que en el valor teórico es un valor ideal de la aceleración, mientras el valor experimental influyen causas como inclinación de la mesa, poca precisión al momento de evitar que las pesas toquen el suelo y diversos factores que se presentan en la vida real.

5.2. Compare los resultados de las tablas 1 y 2 ¿A qué relación llega? Explique.

En los datos de la primera tabla la aceleración es mayor en cuanto a la segunda, eso se debe a que la masa 1 M1 es mayor por 30 gr a la masa 2 M2, que son datos de la primera tabla; en cuanto a los datos de la tabla 2, la masa 1 M1 es mayor por 10 gr a la masa 2 M2.

5.3. Compare los resultados de las tablas 1 y 2 ¿A qué relación llega? Explique.

En los datos de la primera tabla la aceleración es mayor en cuanto a la segunda, eso se debe a que la masa 1 M1 es mayor por 30 gr a la masa 2 M2, que son datos de la primera tabla; en cuanto a los datos de la tabla 2, la masa 1 M1 es mayor por 10 gr a la masa 2 M2.

5.4. ¿Qué aplicación tendría la máquina de Atwood en la vida real?

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Una aplicación de esta máquina, se da cuando se va a levantar material de construcción para una casa de dos a mas pisos, funciona a través de una polea que es accionada por un motor o manualmente reduciendo esfuerzos.

Determinación de la fuerza centrípeta en un péndulo:

5.6 .Compare la diferencia entre el valor de la fuerza centrípeta teórica y la experimental ¿Qué razones justificarán esta diferencia?

Para la fuerza centrípeta experimental se considera como la multiplicación de la aceleración centrípeta y la masa pendular; pero para la teórica viene a será la diferencia de la tensión de la cuerda y el peso del cuerpo.

5.7. Compare los resultados de las tablas 1 y 2 ¿A qué relación llega? Explique

Al comparar los valores de aceleración centrípeta tanto experimental y teórica se obtuvieron como errores porcentuales valores altos ya que esta tabla fue completada con datos teóricos calculados.

5.8. ¿Qué factores afectan a la fuerza centrípeta de un péndulo en su movimiento pendular?

Afectan muchos factores los cuales no fueron considerados y otros que si pero para efectuar valores experimentales muchas veces no es tomando en cuenta por lo que se producen errores, estos pueden ser: La altura desde donde es lanzado, la longitud de la cuerda que sostiene a la masa pendular, la frecuencia de movimiento, el periodo ,la gravedad y la densidad de la masa pendular.

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5.9. ¿Depende la fuerza centrípeta de la velocidad del péndulo?

Sí, porque la velocidad ejercida del péndulo origina una fuerza llamada centrípeta o radial, a mayor velocidad del péndulo mayor será la fuerza centrípeta que impide que la masa pendular salga disparada por efecto de la velocidad del péndulo que se denomina velocidad tangencial.

6) Observaciones:

En la máquina de atwood no se considero la fricción de la polea para la experiencia.

Se hallo la aceleración y la fuerza neta teóricamente, se comparo los resultados con la aceleración y la fuerza neta experimentalmente.

No considero la masa de las porta pesas, pero los valores de cada masa fue cambiada para facilitar las mediciones ya que no se contaba con las pesas necesarias, así que los datos cambiaron con respecto a la hoja de datos dado por el profesor.

El péndulo tenía que pasa por el led del sensor para que así se obtuvieran buenos resultados experimentales.

Debido a que los valores obtenidos en el laboratorio para la última experiencia no fueron concluidos se completaron esas tablas utilizando valores teóricos.

7) Conclusiones:

Se estudio la relación entre fuerza, masa y aceleración existente en la máquina de Atwood. Obteniendo un promedio de aceleración lineal y fuerza neta respectivamente para cada caso de: 0.95 m/s2

Y 104.28 N; 0.96 m/s2 y 192.8 N; 1.89 m/s2 y 245.7 y; 0.88 m/s2 y 158.4 N para el último caso.

Se logró determinar experimentalmente la aceleración del sistema y luego se comparó con su valor teórico obteniéndose el error promedio de igual manera para cada uno de los cuatro casos siendo los resultados obtenidos: (0.889 m/s2, 0.95 m/s2 y 6.86%); (0.978 m/s2, 0.96 m/s2 y 2.63%); (2.25 m/s2, 1.89 m/s2 y 16%) Y (1.08 m/s2, 0.88 m/s2 y 18.51%) respectivamente.

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Se logró obtener la fuerza centrípeta en un péndulo en cada caso al variar la longitud de la cuerda del péndulo obteniendo como datos promedios obtenidos luego de realizar las cinco mediciones: 0.55 N y 0.42 N respectivamente.

8) Bibliografía:

Guía de laboratorio de Física II. "Física Universitaria ", Sears - Zemansky, Young - Freedman,

Volumen 2, novena edición. Fundamentos de física RaymodA.Serway-Jerry S.FaughnEditorial

Thomson