Curso : Laboratorio de Física I

Profesor : Ing. Tomas Efraín Álvarez Loli

Informe Nro. : 4

Tema : Dinámica Circular con el Módulo de Movimiento Circular

Mesa Nro. : 2 – B

Integrantes : Reinoso Núñez, Edilberto Reynaldo

Fecha del Experimento : Jueves 04 de abril de 2013

Hora : De 11:20 a 13:00

Fecha de entregaDel informe : Jueves 18 de abril de 2013

Hora : De 11:20 a 13:00

2013-I

OBJETIVOS

- Analizar el movimiento circular uniforme.

- Determinar el periodo de un cuerpo en movimiento circular.

- Cuantificar la fuerza centrípeta que actúa sobre una masa.

EQUIPOS Y MATERIALES

- Un Módulo de movimiento circular.

- Un Porta masa.

- Un juego de masas.

- Una balanza.

- Un cronómetro.

- Una cinta métrica de 2m.

- Llaves de ajuste.

FUNDAMENTO TEÓRICO

La dinámica circular es una parte de la mecánica que estudia las condiciones que deben cumplir una o más fuerzas que actúan sobre un cuerpo, para que este realice un movimiento circular.

Aceleración Centrípeta: Es una magnitud relacionada con el cambio de dirección de la velocidad de una partícula en movimiento cuando recorre una trayectoria curvilínea.

ac=v2

r

Fuerza Centrípeta: La Fuerza centrípeta es toda fuerza que actúa en un movimiento circunferencial, cuya dirección es el radio de la circunferencia y su sentido es hacia el centro de la circunferencia. La fuerza centrípeta tiene la misma dirección y sentido que la aceleración centrípeta. Esto se puede explicar a través de la segunda Ley de Newton, que dice que “La fuerza neta o resultante de la acción de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto, es directamente proporcional a la aceleración que adquiere. Eso quiere decir ambos vectores tienen igual dirección y sentido. Es importante también resaltar que se necesita una fuerza centrípeta constante para que haya un movimiento circunferencial.

F c=mac

F c=4 π2 ∙ f 2 ∙m ∙R

Fuerza Centrífuga: No es una fuerza real, sino que es el efecto de la inercia que experimenta un cuerpo en movimiento curvilíneo, por eso a esta fuerza también se le llama fuerza ficticia. Cuando estas al interior de un sistema en movimiento (un auto, un tren o una micro) muchos de los movimientos que realiza tu cuerpo se deben a la inercia. Por ejemplo, si vas en un micro, y el micro frena tu cuerpo se mueve hacia delante, pero cuando acelera sientes una fuerza hacia atrás. Estamos en presencia de las fuerzas ficticias, que se producen en sistemas acelerados, también llamados no inerciales. Imaginemos una honda que se hace girar con una piedra en el extremo, hay una fuerza hacia el centro de la circunferencia descrita en el aire. De pronto la piedra se suelta y sale disparada tangencialmente a la circunferencia. ¿Hay alguna fuerza actuando en ese

sentido? No, lo que hace la piedra, es seguir en la dirección de la velocidad que tenía en el momento de soltarse. Por lo tanto la fuerza centrífuga no es una fuerza real, sino un efecto de la inercia en el cuerpo.

Inercia Rotacional: La inercia Rotacional es la tendencia de un cuerpo que está en movimiento circunferencial a seguir girando. Para que un objeto inicie o modifique su rotación, se requiere de una fuerza que actúe a cierta distancia del eje de giro. La fuerza aplicada para hacer girar un objeto debe ser perpendicular al radio de giro y proporcionar el torque necesario para iniciar o modificar la rotación. Una vez que el torque actúa sobre un objeto, este girará con velocidad angular constante a no ser que actúe otro torque que cambie su estado de movimiento rotacional. Esta tendencia a seguir girando corresponde a la inercia de rotación.

¿Cómo influye la masa de un cuerpo en la rotación? La inercia de rotación depende de la distribución de la masa en torno al eje de giro. Si en un cuerpo la mayoría de la masa está ubicada muy lejos del centro de rotación, la inercia rotacional será muy alta y costará hacerlo girar o detener su rotación, en cambio, si la masa está cerca del centro de rotación, la inercia será menor y será más fácil hacerlo girar. La forma en que se distribuye la masa de un cuerpo en relación a su radio de giro, se conoce como momento de inercia.

Momento Angular: El momento angular es la tendencia de un objeto que gira, a conservar su eje de rotación. El momento angular es un vector que apunta en la dirección del eje de rotación, produciendo una cierta estabilidad de giro en ese eje y depende del momento de inercia del objeto y de la velocidad angular que él mantenga.

Por ejemplo: Jugar al trompo no es fácil, y cuando se logra que el trompo gire, mantiene su movimiento debido a la inercia rotacional. La rapidez con que gira y el tiempo que permanece girando, dependen de su momento de inercia. Si el trompo gira muy rápido, mantiene su rotación en torno al eje vertical y si uno trata de empujarlo, tiende a recuperar su eje de rotación. Esto ocurre porque el eje de rotación de un objeto no cambia su dirección, a menos que se le aplique un torque que lo haga cambiar.

PROCEDIMIENTO

A. Determinación de la magnitud de la Fuerza efectuando mediciones de la

frecuencia f, del radio r y de la masa M del cuerpo.

1. Mediante la balanza mida la masa M, anótelo.

M = 383 g.

2. Usando la varilla delgada con su base como indicador del dispositivo mecánico,

elija delgada con su base como indicador del dispositivo mecánico, elija un

radio r, mida este y anote su valor. Ajuste los tornillos de sujeción.

3. Desajuste el tornillo del eje de soporte y deslice la varilla de soporte de la masa

M, hasta que el indicador coincida con el extremo inferior de la amasa que

termina en punta. Ajuste el tornillo.

4. En la misma varilla de la masa de soporte M, existe un contrapeso, deslícelo

hasta que se ubique a la misma distancia de la masa, respecto al eje de soporte,

con la finalidad de lograr equilibrio al momento de rotación. Ajuste el tornillo

de contrapeso.

5. El eje de soporte también posee un resorte, el cual debe conectarse a la masa

M, conecte el resorte a la masa.

6. Usando el eje de soporte, haga girar la masa M hasta lograr que coincidan el

indicador y el extremo inferior de la masa, manténgalo girando mediante

impulsos suaves al eje, para lograr el movimiento circular con el radio “r”,

entonces habremos logrado aproximadamente un movimiento circular

uniforme en un plano horizontal.

7. Usando el cronometro, mida el tiempo que demora la masa M en efectuar 4, 6

o 8 revoluciones, llene las Tablas N °1, y determine el valor de la frecuencia,

que se evalúa mediante:

f=n°de revolcionestiempo

= Nt

NúmeroRevoluc.

radio (cm.)

Tiempo (s) frecuencia Masa en el porta

pesat1 t2 t3 t4 t5 <t> f(s-1)

10 18 10.85 11.17 11.33

11.58 11.15

11.216 0.891 150.50 g.

15 19 16.01 15.60 15.28

16.38 16.47

15.948 0.940 200 g.

20 21 20.03 19.12 18.90

20.44 19.50

19.598 1.020 242.30 g.

ACTIVIDAD

Los datos obtenidos durante el procedimiento experimental consignadas en la tabla N°2.

Ensayo r (cm)

Δr (cm)

M (g)

ΔM (g)

f(s-1)

Δf(s-1)

Fc

(dinas)m (g)

Fr

(dinas)Erel (%)

1 18 0.05 383 0.5 0.891 0.5 216065.996

383 375340 42.43%

2 19 0.05 383 0.5 0.940 0.5 253844.5355

383 375340 32.36%

3 20 0.05 383 0.5 1.020 0.5 314621.8279

383 375340 16.17%

Dónde:r = Radio de giror = Error de Radiof = frecuenciaf = Error de frecuenciaFc = Fuerza CentrípetaM = masa en el porta pesaFr = mg (con g=9.8 m/s2)Erel (%) = Error relativo porcentual calculado con respecto a Fc

con la expresión.

E(%)=|Fc−Fr|Fr

∙100(% )

CUESTIONARIO

OBSERVACIONES

Se observó que la masa al momento de girar va reduciendo la velocidad y no puede dar un dato exacto.

Al momento de halla Fr (m.g), las unidades de la gravedad debe ser favorable, en este caso g=980 cm/s2, para obtener Fr en unidades cm.g/s2 (dinas)

De no realizarse correctamente el conteo de vueltas, la medición de la frecuencia no sería correcta.

CONCLUSIONES

Se analizó correctamente el movimiento circular uniforme.

Se determinó el periodo de un cuerpo en movimiento circular

Se cuantificó la fuerza que actúa sobre la masa.

RECOMENDACIONES

El experimento realizado sería más preciso si fuera realizado con sensores.

Hacer girar la masa M con el indicador hasta lograr que coincidan, para obtener mejores datos ya que de esa manera se lograría un movimiento circular uniforme.