FISICA – CIENCIAS FISICAS Y QUIMICAS 2
LABORATORIO 2 DINAMICA DEL PLANO INCLINADO (2DA LEY DE NEWTON)
1. INTR INTROD ODUC UCCI CION ON
Cuando un cuerpo se halla en reposo, permanecerá así a menos que se haga algo para sacarlo de dicho estado. Un agente exterior debe ejercer eje rcer una fuerza sobre él para alterar su movimiento, esto es, para acelerarlo. saac !e"ton !e"ton plante# plante# por vez primera en forma clara $ concreta concreta tres enunciados enunciados conocidos con el nombre de %e$es del &ovimiento, los cuales explicaron la relaci#n causa'efecto de las fuerzas al actuar sobre los cuerpos. %a segunda de estas tres le$es relaciona la aceleraci#n producida con la fuerza aplicada $ con la masa del sistema. 2. OBJE OBJETI TIV VO
(plicar la segunda le$ de !e"ton para el movimiento en el plano inclinado. 3. MARC MARCO O TEORI TEORICO CO
Masa
)n física, la masa *del latín massa+ es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. )s una propiedad extrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial $ de la masa gravitacional. %a unidad utilizada para medir la masa en el istema nternacional de Unidades es el -ilogramo -il ogramo *-g+. )s una magnitud escalar. escalar. Fuerza Normal
%a fuerza normal n se de/ne como la fuerza que ejerce una super/cie sobre un cuerpo apo$ado sobre la misma. 0sta es de igual magnitud $ direcci#n, pero de sentido contrario a la fuerza ejercida por el cuerpo sobre la super/cie. Cuando un cuerpo está apo$ado sobre una super/cie, ejerce una fuerza sobre los cuerpos cu$a direcci#n es perpendicular a la super/cie. Fuerza de Fricción Cinética
uerza de contacto producida por el frotamiento mutuo de las super/cies de un objeto en movimiento $ la del material sobre el cual se desliza. %a fricci#n dinámica se opone a la continuaci#n del movimiento. %a direcci#n de esta fuerza de fricci#n es paralela a las super/cies de contacto. u sentido es contrario al del movimiento. Coefcientes de Fricción
)l coe/ciente de rozamiento o coe/ciente de fricci#n expresa la oposici#n al deslizamiento que ofrecen las super/cies de dos cuerpos en contacto. )s un
coeficiente adimensional. Usualmente se representa con la letra griega 1 *miu+. )l valor del coe/ciente de rozamiento es característico de cada par de materiales en contacto2 no es una propiedad intrínseca de un material. 3epende además de muchos factores como la temperatura, el acabado de las super/cies, la velocidad relativa entre las super/cies, etc. %a naturaleza de este tipo de fuerza está ligada a las interacciones de las partículas microsc#picas de las dos super/cies implicadas. )l coe/ciente de fricci#n puede tomar valores desde casi cero hasta ma$ores que la unidad. Peso
)l peso es una medida de la fuerza gravitatoria que act4a sobre un objeto.5 )l peso equivale a la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un punto de apo$o, originada por la acci#n del campo gravitatorio local sobre la masa del cuerpo. 6or ser una fuerza, el peso se representa como un vector, de/nido por su m#dulo, direcci#n $ sentido, aplicado en el centro de gravedad del cuerpo $ dirigido aproximadamente hacia el centro de la 7ierra. %a magnitud del peso de un objeto, desde la de/nici#n operacional de peso, depende tan solo de la intensidad del campo gravitatorio local $ de la masa del cuerpo, en un sentido estricto. Fuerza de Fricción Estática
uerza entre dos objetos en reposo relativo, en virtud del contacto entre ellos, que tiende a oponerse al deslizamiento. )sto hace que, cuando se aplica una fuerza paralela al suelo sobre un cuerpo que esté en reposo, éste no se mueva. %a direcci#n de esta fuerza de fricci#n es paralela a las super/cies de contacto. u sentido es contrario al del movimiento. (l aumentar su intensidad va, pues, de fricci#n estática nula hasta fricci#n estática máxima. Componentes Rectangulares de una Fuerza
6ara determinar los componentes rectangulares de una fuerza se hace uso de la trigonometría del triángulo rectángulo simple, aplicando el conocimiento del teorema de 6itágoras. %os métodos trigonométricos pueden mejorar la precisi#n $ la rapidez para encontrar los componentes de un vector. )n la ma$oría de los casos es, es 4til utilizar ejes x $ e imaginarios cuando se trabaja con vectores en forma analítica. %os componentes de un vector en términos de magnitud $ su direcci#n θ 8
*Como a$uda, pueden ver el siguiente video8 https899""".$outube.com9"atch:v;<=n
?) (simismo pueden acceder
al siguiente simulador8 http899""".educaplus.org9pla$'<@A'3escomposici BCBDn'del'peso'en'un'plano'inclinado.html+
4. MATERIALES • •
Computador con conexi#n a nternet imulador en línea
5. PROCEDIMIENTO
ngrese a8 https899phet.colorado.edu9es9simulation9ramp'forces'and'motion
e puede usar la opci#n EdescargarF o Einiciar ahoraF, para la primera se descargara un archivo el cual lo deberán ejecutar. 6ara la segunda solo hagan clic en EpermitirF *sugerencia8 tener actualizado java para evitar contratiempos+ 3espués que ha$a abierto $a el simulador, familiarícese con él.
Gbserve que tiene cuatro pestaHas en la parte superior8 ntroducci#n, ricci#n, Ira/cas de fuerzas $ 7ransportes )l Jobot. )n la primera pestaHa tenemos en la parte derecha una serie de opciones que nos permiten cambiar las características del movimiento. inalmente en la parte inferior tiene los controles de grabaci#n, el cursor para variar la fuerza aplicada $ la opci#n para cambiar de objeto *predeterminadamente esta escogida la opci#n EcajaF+, la segunda pestaHa tiene opciones similares. 6rincipalmente usaremos la primera. )l resto queda para que ustedes las prueben por su cuenta. . TRABAJOS
Primer trabajo:
5. )n la pestaHa Entroducci#nF escoja cualquiera de los A objetos disponibles. %uego en el control de la posici#n del objeto, ubique cualquier valor entre K $ ? metros, es decir sobre la rampa inclinada. <. Cambiando el ángulo de la rampa, encuentre para que valor el objeto en cuesti#n no se desliza hacia abajo. 7odo esto sin ninguna fuerza aplicada. . )xplique $ justi/que físicamente, Lpor qué ocurre esto: )l peso de la partícula puede descomponerse paralela $ perpendicular al plano inclinado en este caso, para que no exista movimiento la fuerza de fricci#n que existe debe ser igual o ma$or que la paralela a plano, $ la fuerza perpendicular debido a la inclinaci#n del plano necesariamente será ma$or a la paralela, además la fuerza de fricci#n dependerá del coe/ciente de rozamiento. )n el caso del frigorí/co que tiene una masa de <>> -g $ coe/ciente de rozamiento de μc 0.2 $ μe 0.5 los valores que pueden tomar para que el objeto no deslice sobre el plano, van desde >'
=
egundo trabajo:
5. )n la pestaHa Entroducci#nF, presione el bot#n EJeiniciar todoF $ luego en EsiF. <. 3espués escoja cualquiera de los otros objetos disponibles. )n la posici#n predeterminada, que está en el tramo horizontal, use el valor del cursor de Euerza aplicadaF para variar dicha fuerza. Mágalo paulatinamente hasta encontrar para que valor el objeto empieza a moverse. . )xplique $ justi/que físicamente, Lpor qué ocurre esto: 6ara que un objeto empiece a moverse debe existir una fuerza opuesta a la fricci#n, la misma deber ser superior, independientemente de la partícula a ser elegida, la fuerza de fricci#n dependerá del coe/ciente de rozamiento. )n el caso de la caja cu$a masa es de 5>>-g $ coe/ciente de rozamiento de μc
=
0.3
$
μe = 0.5
, debe de aplicarse una fuerza aproximadamente de
KN !. !ercer trabajo:
5. !uevamente presione EJeiniciar todoF $ luego en EsiF. <. íjese que en cada objeto, existe como informaci#n la masa, el coe/ciente de fricci#n cinético $ estático. L6or qué el coe/ciente de fricci#n cinético es menor que el estático: L6uede ser en alg4n caso ma$or: . 6ara poder calcular el coe/ciente de fricci#n estático *de forma aproximada+, escoja cualquiera de los cinco primeros objetos. 6aulatinamente va$a aumentando la fuerza aplicada hasta que se mueva el objeto, ese sería el valor de la fuerza aplicada mínima necesaria para vencer la fuerza de fricci#n. Jecuerde que la fricci#n se calcula multiplicando la uerza !ormal por el coe/ciente de rozamiento. (plicando la segunda le$ de !e"ton se tiene que la uerza !ormal es igual al peso del objeto. Jelacionando estas dos ideas se puede despejar $ obtener el coe/ciente de fricci#n estático, que debería ser aproximadamente el indicado en la pantalla. K. Con el procedimiento indicado en el paso anterior, encontrar el coe/ciente de rozamiento para el Eobjeto misteriosoF. 3etalle el proceso. @. LC#mo se podría obtener el coe/ciente de fricci#n cinético: 3escríbalo claramente. 6ara obtener el coe/ciente de rozamiento de cualquier partícula es necesario conocer la masa de la partícula con lo cual se puede calcular su peso, el peso se opone a la fuerza normal la cual será la misma en magnitud, luego se sabe que la fuerza de fricci#n es igual a el coe/ciente de rozamiento por la fuerza normal, se despeja el la variable del coe/ciente de rozamiento. 6ara que exista movimiento debe existir una fuerza ma$or que la de fricci#n, para saber un aproximado de la fuerza de fricci#n se debe saber la fuerza minina que necesita para mover el objeto, sabiendo esto podemos saber el valor de dicho coe/ciente de rozamiento cinético.
6ara el objeto misterioso que no tiene ning4n dato se procedi# a dar valores a la fuerza hasta que se mueva entonces se obtuvo el valor de A< !, este es un valor mínimo con el cual el objeto pueda moverse $ el opuesto a la de fricci#n. Como el valor de A5 ! es mínimo, este será un aproximado del de fricci#n con lo cual se obtendrá el valor del coe/ciente de rozamiento que será aproximadamente de μ 0.5 =
!. CONCLUSIONES
)scriba al menos cinco conclusiones concretas de su experiencia *en no mas de K lineas por cada una+
". REFERENCIAS
Ubique aquí en orden alfabético $ usando las normas (6( las fuentes de consulta que us# para realizar este informe de laboratorio.