UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA EL ECTRÓNICA ESPECIALIDAD: INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES TELECOMUNICACIONES
INFORME DE LABORATORIO DE FÍSICA
CURSO
: FÍSICA
GRUPO
: N° : N° 3
ALUMNOS
: DÍAZ : DÍAZ TUNJAR, LITA HUAMACCTO MENDOZA, AGUSTIN TITO RODAS LÓPEZ, MELANIE ELENA
PROFESOR
: SANDRO RODRIGUEZ
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INTRODUCCIÓN El tratamiento que se empleara a este informe informe de laboratorio es netamente netamente experimental, estableciendo como unidad de tiempo alternativo y arbitrario el segundo (s), que será parámetro que nos permitirá obtener datos en cuanto a velocidad y aceleración. Nuestra motivación como alumnos de ingeniería, tiene como fin el de comprender de manera científica lo teórico en forma experimental, en este caso, algunas leyes del movimiento.
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EXPERIMENTO N°1: SEGUNDA LEY DE NEWTON I.OBJETIVOS Verificar experimentalmente la segunda ley de Newton. II.FUNDAMENTO TEORICO: SEGUNDA LEY DE NEWTON : La segunda ley de Newton del movimiento es una exposición más completa sobre el efecto de una fuerza (o más) aplicada al movimiento de un cuerpo. Planteada en términos de la aceleración, establece que: La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza neta aplicada e inversamente proporcional a su masa. La aceleración tiene la misma dirección que la fuerza neta aplicada.
Este planteamiento se capta mejor en forma simbólica. Al elegir unidades de fuerza apropiadas se establece la proporcionalidad de la segunda ley de Newton como la ecuación: ⃗ ⃗ Donde: a es la aceleración, F neta es la fuerza neta o total que actúa sobre el cuerpo y m es la masa del cuerpo. Como la aceleración es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada, si duplicamos la Fuerza neta que se ejerce sobre el cuerpo, duplicamos también su aceleración. Sin embargo, la misma fuerza ejercida sobre un cuerpo con una masa más grande producirá una aceleración menor. La aceleración está directamente relacionada con la fuerza aplicada, no con la velocidad. Aristóteles no distinguió con claridad entre aceleración y velocidad. Muchos de nosotros tampoco podemos hacer tal distinción cuando pensamos de manera informal en el movimiento. En la teoría de Newton N ewton esta diferenciación es fundamental. La segunda ley de Newton es la idea central de su teoría del movimiento. De acuerdo con esa ley, la aceleración de un cuerpo está determinada por dos cantidades: su masa y la fuerza neta que actúa sobre él. Los conceptos de masa y fuerza están, en parte, definidos por la segunda ley. La fuerza neta ejercida sobre el cuerpo es la causa de su aceleración, y
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la magnitud de la fuerza queda definida por el tamaño de la aceleración que produce. La tercera ley de Newton completa la definición de fuerza al establecer que las fuerzas son resultado de la interacción que hay entre los cuerpos. La masa de masa de un cuerpo es una cantidad que indica cuanta resistencia tiene a cambiar su movimiento, como establece la segunda ley. Llamamos inercia a tal resistencia al cambio en el movimiento. Podemos definir la masa como sigue: Masa es una medida de la inercia de un cuerpo, la propiedad que hace se resista al cambio en su movimiento. La unidad para la masa es el kilogramo (kg). Las unidades de fuerza también pueden derivarse de la segunda ley de newton. Si despejamos Fneta multiplicando ambos miembros de la ecuación de la l a segunda ley por la masa, podemos expresarla como:
⃗ ⃗
La unidad apropiada para la fuerza, por consiguiente, debe ser el producto de una unidad de masa por una unidad de aceleración. En el sistema internacional de unidades, se usa: kilogramo por metros sobre segundo al cuadrado. Esta unidad se llama newton (N).
SISTEMA DE REFERENCIA INERCIAL Existen dos definiciones de sistemas inerciales de uso cotidiano que son aceptadas en forma recurrente. La primera de ellas (históricamente) es la que establece que cualquier sistema de referencia que esté en reposo respecto de las estrellas fijas es un sistema inercial . La segunda postula que un sistema inercial es aquel en el que las leyes de la física adoptan la forma más simple posible . Ambas definiciones adolecen de inconsistencias y/o
falta de rigor científico. Una definición más precisa es la siguiente: sistema de referencia inercial es todo sistema que esté en reposo o con movimiento rectilíneo uniforme respecto de un objeto material sobre el cual no actúa fuerza alguna, cualquiera sea su posición en el espacio.
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III.EQUIPO Y MATERIALES A UTILIZAR: Chispero electrónico Fuente del Chispero Tablero con superficie de vidrio y conexiones para aire comprimido Papel eléctrico tamaño A3 Papel bond tamaño A3 Un disco de 10 cm de diámetro Un nivel de burbuja Dos resortes Una regla de 1m graduada en milímetros IV.-PROCEDIMIENTO A.-Calibración de los resortes a) Primero medimos las longitudes de los dos resortes sin deformar, los cuales llamaremos A y B. Luego anotamos sus respectivas longitudes naturales en la hoja de datos. b) Pesamos las cinco pesas en la balanza analítica para saber con mayor exactitud sus masas y anotamos sus respectivos pesos. También pesamos el puck y anotamos su peso en la hoja de datos. c) Ponemos el resorte A en el soporte universal, después le colocamos diferentes diferentes pesos pesos y anotamos las deformaciones que sufre el resorte según la masa que coloquemos, después procedemos a hacer lo mismo con el resorte B. d) Con los datos obtenidos hacemos una tabulación Peso vs. Elongación, inmediatamente hacemos un ajuste de curva, además también podemos utilizar la hoja de cálculo de Excel para que nos ayude en la operación.2. B.-Obtención de una trayectoria bidimensional del disco
a) Se fijó un extremo del resorte a un lado del tablero y el otro otro extremo al eje eje del disco; se repitió este procedimiento con el otro resorte, pero fijo al lado opuesto. b) Se colocó una hoja de papel bond sobre el papel eléctrico (del mismo tamaño). c) Se marcaron en la hoja bond los puntos fijos de cada resorte A y B. d) En seguida se abrió la llave del aire comprimido moderadamente.
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e) Un compañero mantuvo fijo el disco aproximadamente entre el centro del tablero y una esquina de este. Otro estudiante prendió el chispero y un instante después el primer estudiante soltó el disco. Cuando el disco describió una trayectoria en forma de “l”, se
apagó el chispero. f) Una vez obtenido el registro de la trayectoria se procedió a determinar la aceleración del disco y la fuerza sobre él en cada instante. V.-CÁLCULOS Y RESULTADOS RESULTADOS 1. Presente la curva de calibración de cada resorte: Para hallar la curva de calibración de cada resorte se utilizara el método de la recta mínimos cuadrados, de esta manera se podrá hallar una recta aproximada para cada resorte A y B, luego podremos obtener la magnitud de la fuerza en función de la variación de la longitud de determinado resorte. TABLA DEL RESORTE A : Fuerza (N) : Elongación (cm) i 1 2 3 4 5
3.8 4.6 5.7 9.7 15.2 1 5.2
N=5
1.4749 1.6954 1.9796 2.9645 4.4443
m= = 0.2586
5.60 7.80 11.28 28.76 67.55
2 14.44 21.16 32.49 94.09 231.04
393.22
2 2.18 2.87 3.92 8.79 19.75
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b=
=0.5026
5 4.5
y = 0.2588x + 0.4931
4 3.5 ) N 3 ( a z 2.5 r e u 2 F
1.5 1 0.5 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
Elongación(cm)
TABLA DEL RESORTE B i 1 2 3 4 5 N=5
1.4 1.9 2.7 5.2 9.1
1.4749 1.6954 1.9796 2.9645 4.4443
m=
b=
66.48
= 0.38
2.06 3.22 5.34 15.42 40.44
=0.9736
2 1.96 3.61 7.29 27.04 82.81 122.71
2 2.18 2.87 3.92 8.79 19.75
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5 4.5
y = 0.3847x + 0.9498
4 3.5 ) N ( a z r e u F
3
2.5 2
1.5 1 0.5 0 0
2
4
6
8
10
Elongación(cm)
2.-Determine en newton el módulo de la fuerza resultante que los resortes ejercieron sobre el disco en los puntos 8, 13 y 18 de la trayectoria. PUNTO ELONGACIÓN ELONGACIÓN FUERZA DE A DE B DE A 8 13 18
FUERZA DE B
ÁNGULO ENTRE FUERZA FUERZAS RESULTANTE
3.-Dibuje a escala, sobre los puntos indicados de la trayectoria, el respectivo vector fuerza resultante. (EL VECTOR FUERZARESULTANTE ESTA DE NEGRITA). 4.-Determine aproximadamente el vector velocidad instantánea en los instantes t=7,5 ticks y t=8,5 ticks. Para ello efectúe la siguiente operación vectorial. () )
() )
5.-Determine geométricamente la aceleración instantánea en el instante t=8 tick.
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( )
() ) ( ())
6.-Usando el mismo criterio que en los pasos 4 y 5, determine la aceleración en los
instantes t=13 ticks y t=18 ticks. 7.-Compare la dirección de los vectores aceleración obtenidos con los vectores fuerza obtenidos en los mismos puntos. 8.-Determine la relación entre módulos del vector fuerza y el vector aceleración en cada instante considerado. 9.-Deteniendo como el ángulo entre los vectores ⃑ ⃑ en cada instante, llene la siguiente tabla. VI. CONCLUSIONES. C ONCLUSIONES. VII. BIBLIOGRAFIA: BIBLIOGRAFIA: Colegio de Ciencias y Humanidades Sur de la UNAM http://www.cch-sur.unam.mx/guias/experi http://www.cch-sur.unam.mx/guias/experimentales/fisi mentales/fisicaI.pdf caI.pdf http://www.fisica-relatividad.com.ar/sis http://www.fisica-relatividad.com.ar/sistemas-inerciales/sis temas-inerciales/sistemas-inerciales temas-inerciales
