ESTUDIO DEL MOVIMIENTO DE UN DESLIZADOR EN UN RIEL DE AIRE BAJO LA INFLUENCIA DE UNA FUERZA CONSTANTE
Edwin Santiago Duarte García – Ing. Mecánica.
Nicolás Fernando Barrios Rueda - Ing. Mecánica.
Andrea Rodríguez. – diseño industrial.
Lo que sabemos es una gota de agua, lo que ignoramos es el océano entero
Isaac Newton.
RESUMEN
La práctica realizada en el laboratorio consistió en determinar experimentalmente la relación existente entre la fuerza constante aplicada al cuerpo y su aceleración para esto se utilizó un riel de aire , un deslizador para el cual se variaron las distintas masas, dos fotocompuerta y una masa colgante a la cual también se le vario repetidas veces su masa, con estos elementos determinamos los distintos tiempos en los cuales recorrían cierta distancia, variando las masas tanto del deslizador como de la masa colgante, al terminar las mediciones se pudo calcular la aceleración que tuvo el deslizador durante el experimento.
INTRODUCCIÓN
Lo que se buscó en esta práctica principalmente fue estudiar el movimiento de un cuerpo, en este caso del deslizador bajo la influencia de una fuerza contante, en este caso la masa colgante, para esto se determinó la relación entre la fuerza constante aplicada y la aceleración del cuerpo teniendo como base la segunda ley de newton donde se describe que la variación de momentum lineal con respecto al tiempo puede se expresa mediante la sumatoria de todas las fuerzas que es igual a la masa por la aceleración.
Se verifico esta ecuación mediante mediciones experimentales a un cuerpo en movimiento sometido a una fuerza constante, en las cuales se varió la masa tanto del deslizador como de la masa colgante Este documento se encuentra organizado en 7 componentes fundamentales: objetivos, en donde se describe lo que se busca en la práctica, marco teórico, donde se expone toda la teoría relacionada con el tema de la práctica, metodología donde se describen los procesos a realizar durante el laboratorio, el experimento , donde se expone lo que se midió y las distintas condiciones del laboratorio, tratamiento de datos en donde se tabula y se utilizan los datos para aplicarlos en la teoría, hallando errores, incertidumbres , etc, análisis de resultados , donde se da a conocer a que se llegó después de la práctica realizada, y por ultimo conclusiones , donde se llegan a ideas finales , que resumen los resultados y el aprendizaje obtenido en la práctica.
METODOLOGÍA
Para realizar la práctica descrita a continuación se utilizaron los siguientes elementos:
Un deslizador.
Un riel de aire.
Dos fotoceldas.
Una balanza.
Una única aleta.
Una cuerda.
Una polea.
Un portamasas junto con varias masas de distintos valores.
TRATAMIENTO DE DATOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Primero definimos un peso para la masa colgante (ma) que se mantendrá constante durante los tres lanzamientos donde se registran las velocidades en las fotoceldas (V1 / V2) y el tiempo que demora en pasar por ambas es decir (t3).
ma
Masa colgante
V1
(m/s)
V2
(m/s)
t3
(s)
20
0,81
0,82
0,82
1,11
1,50
1,11
0,35
0,35
0,35
Se toma un promedio de los datos obtenidos y se reemplaza en la siguiente fórmula para encontrar la aceleración.
V1= 0,81 V2= 1,24 t3= 0,35
Aceleración = V1-V2t3
Aceleración = 1,22 m/s2
Para la segunda parte del experimento mantenemos constate la distancia entre las fotoceldas y variamos el peso de la masa colgante, con cada peso se hicieron 3 pruebas y se registraron los datos obtenidos en la siguiente tabla.
ma
Masa colgante
V1
(m/s)
V2
(m/s)
t3
(s)
25
0,88
0,88
0,88
1,21
1,21
1,21
0,32
0,32
0,32
30
0,94
0,94
0,94
1,29
1,29
1,30
0,30
0,30
0,30
40
1,04
1,03
1,04
1,43
1,41
1,42
0,27
0,27
0,27
45
1,06
1,07
1,07
1,47
1,48
1,48
0,26
0,26
0,26
Realizamos los cálculos para encontrar la aceleración, de esta manera nos damos cuenta que cuando el peso de las masas colgantes aumenta también lo hace la aceleración. Pues es mayor la fuerza a la que es sometida.
Aceleración = V1-V2t3
F1= 25 x 9,8 = 245 N V1= 0,88 m/s V2= 1,21 m/s t3= 0,32 s = A1= 1,03 m/s2
F2= 30 x 9,8 = 294 N V1= 0,94 m/s V2= 1,29 m/s t3= 0,30 s = A2= 1,16 m/s2
F3= 40 x 9,8 = 392 N V1= 1,03 m/s V2= 1,42 m/s t3= 0,27 s = A3= 1,44 m/s2
F4= 45 x 9,8 = 441 N V1= 1,06 m/s V2= 1,47 m/s t3= 0,26 s = A4= 1,57 m/s2
Ya calculada la aceleración y la fuerza a la que está sometida el sistema podemos hacer una gráfica que relaciona la fuerza con la aceleración.
Aceleración = V2-V1t3 F=ma
Para la tercera parte del experimento añadimos peso al carro y dejamos la masa colgante con un peso constante para poder ver la influencia que tiene el peso de carro en la aceleración.
Masa del carro sin peso extra: 178.5g
Masa colgante constante: 50g
mcar
Masa (g)
V1
(m/s)
V2
(m/s)
t3
(s)
198,8
0,96
0,98
0,97
1,33
1,35
1,34
0,29
0,28
0,28
203,8
0,95
0,92
0,94
1,30
1,28
1,31
0,29
0,30
0,29
208,8
0,90
0,89
0,86
1,25
1,21
1,25
0,30
0,31
0,31
218,8
0,88
0,85
0,81
1,20
1,14
1,10
0,34
0,33
0,34
F1= 262,4 V1= 0,97 V2= 1.34 t3= 0,28 = A1= 1,32
F2= 266,9 V1= 0,93 V2= 1,31 t3= 0,29 = A2= 1,31
F3= 242,2 V1= 0,88 V2= 1,23 t3= 0,30 = A3= 1,16
F4= 63,4 V1= 0,84 V2= 1,14 t3= 0.33 = A4= 0,29
Se realizan los mismos cálculos realizados en la tabla 2, y notamos que entre mayor es el peso del carro, la aceleración del carro es cada vez menor.
F= ma Aceleración = V1-V2t3
CONCLUSIONES
En conclusión, se pudo concretar el objetivo principal del experimento el cual era comprobar la segunda ley del Newton ya que se demostró que a medida que se aumentaba la masa colgante la fuerza que este experimentaba creció debido a que esta es el producto entre la masa y la aceleración.
También se pudo comprobar, teniendo como fundamento la segunda ley de newton que, si la masa permanece constante y le variamos las fuerzas aplicadas a este, también deberá variar su aceleración para que se cumpla la segunda ley de newton ya que la fuerza es directamente proporcional a la aceleración, cuando la masa es constante si la fuerza aplicada sobre el objeto aumenta, también aumentara su aceleración.
REFERENCIAS
1. Alonso, M., & Finn, E. J. (1986). Física Vol. 1 Mecánica. Wilmington, Delaware, EUA, Addison Wesley Iberoamericana, pags, 8, 183.
2. Blatt, F. J., & Pozo, V. G. (1991). Fundamentos de física (No. QC23 B5218 1991). Prentice-Hall Hispanoamericana.
ANEXOS
1
Formación para la Investigación
Escuela de Física, Facultad de Ciencias
Universidad Industrial de Santander
Construimos Futuro
Aceleración vs Masa
Aceleración vs Fuerza
