PRACTICA DE LABORATORIO 4SEGUNDA LEY DE NEWTON

INTRODUCCIONEl análisis del movimiento conociendo las causas que lo producen, para muchos casos es descrito por la segunda ley de Newton. Para un cuerpo en movimiento el peso del mismo en interacción con las distintas fuerzas externas ejercidas en él determinaran el comportamiento de su movimiento. Con respecto al peso, masa y aceleración de gravedad definen su valor, siendo esta última condicionada por el sitio donde se encuentre.

1. OBJETIVOS

Verificar la segunda ley de Newton. Comprobar que la aceleración de un móvil depende de su masa y la fuerza que se le aplique. Determinar la aceleración de gravedad mediante la segunda ley de Newton utilizando la Máquina de Atwood. Comprobar el valor obtenido, con el valor normalmente utilizado en la resolución de ejercicios. Calcular experimentalmente el valor de g.

2. AUTOEXAMEN

a.Deduzca las ecuaciones de aceleración y tensión para la Máquina de Atwood. RTA: aceleracion=Fuerza /masa

Tension= masa*gravedad ,Tension = pesob. ¿Son la masa y el peso las mismas cantidades físicas expresadas en diferentes unidades?

RTA: no, porque la masa es lacantidad de materia que tiene un cuerpo y el peso es la fuerza que ejerce el centro de la tierra (en nuestro caso) a un cuerpo es decir :Peso = masa * gravedad

c. El peso de un cuerpo, ¿Es indicativo de la cantidad de masa del mismo? RTA: si conocemos la gravedad y el peso, podemos hallar fácilmente la masa del cuerpo.

d. ¿Por qué se hace necesario ubicar un contrapeso en un ascensor?RTA: porque se utiliza para equilibrar las fuerzas, ya que ayuda a alzar pesos importantes, dado que las fuerzas opuestas se neutralizan con el efecto de la gravedad.

3.1 EQUIPO CARROS DINAMICOSEste equipo consta de las siguientes partes, las cuales se pueden apreciar en la figura 3. [1] Vía del carro dinámico con final de vía. [2] Carros dinámicos. [3] Polea con abrazadera. [4] Bloques fricciónales. [5] Masas.

[6] Resortes

Figura 3. Despiece equipo Carros Dinámicos.

Es importante resaltar que los carros dinámicos poseen topes magnéticos que les permite adherirse entre si y al fin de vía, además uno de ellos posee un émbolo retráctil de tres posiciones y un trinquete, este último puede hacer que el émbolo se dispare al accionar un botón en la parte superior del carro. Ver figura 4.

Figura 4. Detalle del carro.

3.2 MONTAJE MAQUINA DE ATWOODPara realizar este montaje, se utiliza como base el equipo empleado en la práctica 3, Equilibrio de partículas. Se utilizan los accesorios [5a], [10a], [2b], [5b] y [8b].

Tabla 1 EquiposCantidad Elemento

1 Equipo Carros Dinámicos

1 Equipo de Mecánica

1 CronómetroTabla 2. Materiales

Cantidad Elemento1 Cordel1 Caja de Pesas

4. PROCEDIMIENTO

4.1 VERIFICACION DE LA SEGUNDA LEY DE NEWTON USANDO EL RESORTE DEL CARRO DINAMICO

1) Nivele la vía poniendo un carro sobre ella, para observar en que sentido rueda. Ajuste los pies niveladores para levantar o bajar los topes hasta que el carro quede en reposo. 2) Para realizar cada uno de lo siguiente ensayos, engatille el émbolo del carro y ubíquelo en reposo en el fin de la vía, asegúrese de que el émbolo este contra el fin de la vía. Entonces suelte el émbolo apretando el botón disparador en el carro con una regla o varilla. Observe la aceleración resultante. Ésta será una medida cualitativa. 3) Variando la fuerza: Realice el primer ensayo con el émbolo engatillado en la primera posición (la menor compresión), realice dos ensayos más aumentando la fuerza aplicada al carro aumentando la compresión del émbolo.

4) Variando la masa: Para estos ensayos, siempre engatille el émbolo al máximo, observe las aceleraciones relativas del carro solo y el carro con una barra de masa sobre él. Si hay más masas adicionales, úselas para aumentar la masa en ensayos adicionales.

4.2 ENSAYO DE LA SEGUNDA LEY DE NEWTON USANDO MASAS COLGANTES.

1) Use una balanza para encontrar la masa del carro y consígnela en la tabla 3. 2) Ubique la polea al fin de la vía como se muestra en la figura 5. Sitúe el carro dinámico en la vía, ate un cordel al agujero en el extremo y coloque el gancho para masas y una masa en el otro fin del cordón. El cordón debe ser lo suficientemente largo para que el carro impacte un obstáculo que lo detenga antes de que la masa alcance el suelo.

Figura 5. Disposición del montaje.

3) Hale el carro hacia atrás hasta que el gancho para masas alcance la polea. Consigne esta posición en la parte superior de la tabla 3. Ésta será la posición inicial para todos los ensayos. Realice un ensayo para determinar cuánta masa se requiere en el gancho para que el carro tome aproximadamente 2 segundos para completar el recorrido. Tenga en cuenta que debido a que el tiempo de reacción es demasiado corto con respecto al tiempo total se genera un error considerable. Sin embargo, si el carro se mueve demasiado despacio, la fricción causa también un error considerable. Consigne el valor de la masa colgante en la tabla 3. 4) Ponga el carro contra el tope ajustable en el extremo de la polea y la vía, consigne la posición final del carro en la tabla 3.

5) Mida el tiempo por lo menos 5 veces y consigne estos valores en la tabla 3. Aumente la masa del carro y repita el procedimiento anterior.

4.3 MAQUINA DE ATWOOD1) Realice el montaje de la Maquina de Atwoodde acuerdo con la figura 6. 2) Seleccione dos pesas, de modo que una de ellas tenga un peso ligeramente mayor que su contraparte. 3) Átelas con el cordel y colóquelas en la polea como se muestra en la figura 6. Tenga en cuenta que la longitud de la cuerda permita que una de las pesas llegue hasta la base donde se encuentra el soporte, sin que la otra rebase la polea. 4) Ubique la pesa de mayor peso, lo mas cercano posible a la polea y sosténgala. 5) Libere el sistema y mida el tiempo que tarda la pesa en llegar hasta la base del soporte, además mida con la escala graduada la distancia de desplazamiento de la pesa. Consigne los datos en la tabla 5.

Figura 6. Montaje Maquina de Atwood.

6) Repita los pasos 4 a 6 cuatro veces. 7) Seleccione dos conjuntos de pesas distintos a los utilizados anteriormente y repita los pasos 3 a 5 consignando los datos obtenidos en la tabla 5.

5. TOMA DE DATOS

TABLA DE ENSAYO DE LA SEGUNDA LEY DE NEWTON USANDO MASAS COLGANTES.

Tabla 3.Masa carro

(gramos)

Masa colgante (gramos)

Posición inicial (cm)

Posición final (cm)

1 2 3 4 5 t(segundos)

485 20 20 80 1.99 1.95 2.03 2.1 1.93 2535 20 20 80 2.29 2.25 2.38 2.38 2.05 2.27

Tabla 4.Masa carro(gramos)

Aceleración (m/s2)

Fneta=m2g (newton)

% Diferencia

485 4.04 1.96 4.75 58.7535 7.56 4.04 5.25 23

TABLA DE MAQUINA DE ATWOOD

Tabla 5.°

6. CARACTERÍSTICAS A OBTENER

6.1 VERIFICACION DE LA SEGUNDA LEY DE NEWTON USANDO EL RESORTE DEL CARRO DINAMICO

De lo observado en el transcurso de la práctica, responda: 1) ¿La aceleración aumenta o disminuye cuando la fuerza aumenta?

RTA: cuando la fuerza aumenta, la aceleración también aumenta.2) ¿La aceleración aumenta o disminuye cuando la masa aumenta?

RTA: aumenta la aceleración cuando aumenta la masa del contrapeso.

6.2 ENSAYO DE LA SEGUNDA LEY DE NEWTON USANDO MASAS COLGANTES.

1) Calcule los tiempos medios y consígnelos en la tabla 3. 2) Calcule la distancia total recorrida tomando la diferencia entre las posiciones iniciales y finales del carro dadas por la tabla 3.

RTA: posición final – posición inicial80 cm – 20cm= 60 cm

3) Calcule las aceleraciones y consígnelas en la tabla 4. RTA: aceleración=Fuerza /masa

a=F/m(carro) F=mcolante*a(gravedad)

4) Para cada caso, calcule la masa total multiplicada por la aceleración y consigne el resultado en la tabla 4.

5) Para cada caso, calcule la fuerza neta que actúa en el sistema y consigne su valor en la tabla 4.

6)Calcule la diferencia porcentual entre fuerza neta (FNETA=m2g) y [(m1+m2)a] y consigne este valor en la tabla 4.

6.3 MAQUINA DE ATWOOD

1) Halle los valores de aceleración para cada conjunto de pesas en cada turno. Consígnelos en la tabla 5.

RTA: a=V/t V=x/t

2) Halle el valor de la gravedad para cada conjunto de pesas en cada turno. Consígnelos en la tabla 5.

RTA: m*g=f(a)g=f(a)/m

3) Halle el valor de la gravedad promedio. RTA: 9.85+9.93+9.74+9.8+9.76=49.08

49.08/5=9.816

4) Halle los valores de tensión para cada conjunto de pesas en cada turno y consígnelos en la tabla 5.

RTA: m2(g) – T=m2(a)m1(g) – T=m1(a)T=m1(a)+m1(g)

ANALISIS DE DATOS

MAQUINA DE ATWOODGRUPO DE

PESASMASA MENOR

m1(gramos)MASA MAYOR

m2(gramos)TIEMPO

(segundos)VELOCIDAD

(m/s)1 90 100 2,40 0.1252 70 100 0,62 0.4833 100 120 1,14 0.2634 105 120 1,52 0.1975 80 120 0,48 0.625

7. CUESTIONARIO1. De los resultados del primer experimento, deduzca la ecuación que relaciona la

aceleración para masa y fuerza.RTA: a= F/m

2.¿Los resultados en este experimento verificaron que F = ma?RTA: si

3. Considerando fuerzas friccionales, ¿que fuerza espera que sea mayor?: El pesocolgante o el resultado total masa aceleración. Obtenidos los resultados de esteexperimento de forma consistente muestre que uno era más grande que el otro.

RTA: el peso colgante es mayor a la masa por aceleración, según las tablas de resultados.

4. ¿Por qué la masa resultante de F = mano es justamente igual a la masa del carro?RTA: porque la masa del carro se multiplica por la gravedad y la masa resúltate se multiplica por la aceleración

5. Compare el valor de la gravedad obtenido, con el valor (9.80665 m/s2) norma, ¿Enque rango de aproximación se encuentra?

RTA: resultado de gravedad obtenido fue de 9.816 m/s2.

6. ¿Cuales son los factores de error que influyeron en la medición?RTA: el factor de error mas común en estas mediciones fueron el tiempo ya que no se lograba obtener con exactitud.

7. ¿En que afectaría tener en cuenta la resistencia del aire en la medición?RTA: afectaría en los valores de caída libre ya que el viento afecta el peso de los instrumentos.

8. Averigüe el valor exacto de g para la ciudad de Duitama y compárelo con el obtenido.¿Son aproximados?, halle el rango de error.

RTA: el valor exacto de la gravedad en la ciudad de Duitama es de  9,80665 m/s2

y el valor obtenido fue de 9,816 m/s2

9. ¿En que consiste la ingravidez y en que circunstancia se puede afirmar que realmentese presenta?

RTA: consiste en el estado en el que un cuerpo que tiene un cierto peso, se contrarresta con otra fuerza o se mantiene en caída libre sin sentir los efectos de la atmósfera, se experimenta durante la caída libre.

BIBLIOGRAFIA

ALONSO, Marcelo. FINN, Edward J. Física : Mecánica. Bogotá : Fondo interamericano, 1981. v.1, 1032p.

HALLIDAY, David. KRANE, Kenneth. RESNICK, Robert. Física. México: Cecsa, 1997. v.1, 658p.

PASCO scientific. Instruction manual and experiment guide for the PASCO scientific. Model ME-9435A and ME-9429A Dynamics cart accessory track set (1.2 m version) PASCO scientific .1992.

PASCO scientific. Instruction manual and experiment guide for the PASCO scientific. Model ME-9430 Dynamics cartwithmass. PASCO scientific .1992.

SEARS, Francis W. YOUNG, Hugh D. ZEMANSKY, Mark W. FísicaUniversitaria. 6ed. México : Addison Wesley Iberoamericana, 1988. v.1, 1110p.