TITULO DE LA PRÁCTICA: Segunda Ley de Newton NOMBRE: Carlos Giovanni Lalama Ochoa
PARALELO: 41
FECHA DE LA PRÁCTICA: 22/11/10
PROFESOR: José Sacarelo
RESUMEN: Nosotros ya conocemos las leyes de newton, pero no sabemos cómo se aplican en la vida cotidiana ni como demostraras a través de procesos naturales o experimentos. En esta práctica conoceremos y comprenderemos la segunda ley de newton y por qué se dice que la fuerza que se aplique a un objeto en proporcional a su aceleración. En esta práctica haremos que un carrito se mueva una cierta distancia jalado por una cuerda en un extremo y en el otro un porta masa que lo jale en el mismo tiempo, cambiaremos la masa del carrito y de el porta masa de manera de capturar su aceleración en diferentes instantes cuando la masa de carro es mayor al del porta masa y viceversa. Esto es con el objetivo de determinar su aceleración si se varia la masa pero sobre todo para comprobar que la fuerza que se aplica es proporcional a la aceleración determinando la masa del sistema a través de un grafico F vs a. OBJETIVOS: Determinar las variables de medición directa e indirecta. Reconocer el significado de la pendiente de un grafico Fuerza-aceleración. Comprobar la segunda ley de newton. MARCO TEORICO: Se denomina Leyes de Newton tres leyes concernientes al movimiento de los cuerpos. Las leyes de newton son los pilares de la dinámica, que estudia la interacción de los objetos y la consecuencia de estas interacciones en su movimiento. Conceptos básicos para entender mejor las leyes de newton: Fuerza Fuerza es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o de producir una deformación. Aceleración Se define la aceleración como la relación entre la variación o cambio de velocidad de un móvil y el tiempo transcurrido en dicho cambio: a=v-vo/t Donde "a" es la aceleración, "v" la velocidad final, "vo" la velocidad inicial y "t" el tiempo. La primera ley, conocida como la ley de inercia establece que todo cuerpo aislado; que no interacciona con otros, su masa esta en reposo o su movimiento está en una velocidad contante. Un cuerpo permanecerá en un estado de reposo o de movimiento uniforme, a menos de que una fuerza externa actúe sobre él.
La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero). Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cuál sea el observador que describa el movimiento. La segunda ley indica, que la interacción con el medio debe ser proporcional a la aceleración que se le aplique un cuerpo. Es decir establece la relación establece entre la acción hecha sobre un objeto, que llamamos FUERZA y la respuesta del objeto a esta acción, que se traduce en el cambio de velocidad. La tercera ley nos dice, que a todo fuerza se opone otra de igual magnitud, pero de sentido opuesto. Tal como comentamos en al principio de la Segunda ley de Newton las fuerzas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros. La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario. Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba. De todos estos conceptos analizaremos y comprobaremos la segunda ley de newton. Newton describió la relación entre la aceleración, la fuerza y la masa de la siguiente manera: “la aceleración que adquiere un sistema es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada, e inversamente proporcional a su masa”. La Primera ley de Newton nos dice que para que un cuerpo altere su movimiento es necesario que exista algo que provoque dicho cambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas. Estas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros. Matemáticamente, si a es la aceleración, Fneta es la fuerza neta, y m es la masa, tenemos: a = Fneta/msist Fneta = msa La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s2, o sea, 1 N = 1 Kg · 1 m/s2 La expresión de la Segunda ley de Newton que hemos dado es válida para cuerpos cuya masa sea constante. Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va quemando
combustible, no es válida la relación F = m · a. Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para que incluya el caso de sistemas en los que pueda variar la masa.
PROCEDIMIENTO: Materiales a utilizar:
Porta masas
Pista
Computador
Pesas
Carrito 1) Primero debemos empezar anotando la masa del carrito sin las pesas. 2) Luego procedemos a pesar los 6 anillos que vendrían a ser las pesas para el experimento y pesar la masa de la porta masas.
3)
Luego colocamos la pista sobre una superficie horizontal. Nivelando la pista y el carro en la pista.
4) Atamos un extremo de la cuerda a la porta masa y el otro extremo al carro dinámico de tal manera que la cuerda salga del carro pase por la polea y llegue al extremo de la porta masa que cuelga. Vea la figura.
5) Luego colocamos los 6 anillos en el carro, dejando el porta masa solo. 6) Jalamos una cierta distancia el carro para recorra la misma, y así la computadora tomo ese movimiento con un sensor de movimiento, para que puede determinar la aceleración del sistema de este primer movimiento con la pendiente de la grafica a vs t. 7) Luego repetimos este mismo proceso pero dando la siguiente variación: sacando un anillo del carro y colocándosela al porta masa, quedando el carro con 5 anillos y el porta masa con uno, luego así mismo sacamos un segundo anillo del carro y se lo colocamos al porta masa, quedando el carro con 4 anillos y el porta masas con 2 anillos, hacemos esta repetición hasta que el carro quede sin un ningún anillo y el porta masas este con los 6 anillos, sin olvidar que tenemos que sacar la aceleración de cada variación con la computadora como en el paso 6. 8) Luego de obtener todos los datos de cada aceleración procedemos a sacar la fuerza de cada uno con la formula: (mp+a) g, donde mp es la masa del porta masa que debe estar el kilogramos, a es la aceleración que debe estar en metros por segundos al cuadrado y g la gravedad que debe estar en metros por segundos al cuadrado. 9) Luego hacemos el grafico F vs a con los datos obtenidos, hacemos los cálculos correspondientes para sacar la pendiente de la misma que representaría la masa del sistema. RESULTADOS: Observación 1
carro masa del carro + 6 anillos
porta masas 907 g masa del porta masas
7.8 g
a (m/s2)
F (N)
0.0544
0.076
2
masa del carro + 5 anillos
901.5 g
3
masa del carro + 4 anillos
895.9 g
4
masa del carro + 3 anillos
891 g
5
masa del carro + 2 anillos
887.5 g
6
masa del carro + 1 anillo
882 g
7
masa del carro
875.2 g
masa del porta masas + 1 anillo masa del porta masas + 2 anillos masa del porta masas + 3 anillos masa del porta masas + 4 anillos masa del porta masas + 5 anillos masa del porta masas + 6 anillos
13.3 g
0.131
0.13
18.1 g
0.195
0.18
23.1 g
0.21
0.23
27.3 g
0.27
0.27
32.8 g
0.336
0.32
39.6 g
0.385
0.39
¿La pendiente es igual a la masa del sistema? Si la pendiente del grafico F vs a representa la masa del sistema experimental. ¿Qué representa la intersección con el eje Y? La intersección es la fuerza de inercia o fricción que está siempre presente antes de comenzar a moverse un cuerpo. ¿Qué ocurre con la aceleración de un objeto si la fuerza aplicada disminuye pero la masa permanece constante? Lo que sucede es que la aceleración también va a disminuir a media que la fuerza vaya disminuyendo. Por eso se estable en la segunda ley de newton que fuerza es proporcional a su aceleración lo cual lo hemos comprobado con este experimento. Calcule la incertidumbre absoluta obtenida en la determinación de la pendiente del grafico: Es de +0.25 ¿Cuál es el porcentaje de error del experimento? 4.90% de error del experimento Los cálculos y la grafica véalos en las hojas cuadriculadas y en hoja milimetrada. CONCLUSIONES:
Pudimos obtener cuales son las mediciones directas e indirectas de la segunda ley de newton que vendrían a ser las directas tales como la aceleración las masas de los anillos y del carro, y las indirectas vendría a ser la fuerza. Pudimos deducir que es la pendiente del grafica fuerza-aceleración, que determinamos que se trataba de la masa del sistema. Comprobamos la segunda ley de newton que decía que la fuerza es proporcional a la aceleración y en inversamente proporcional a su masa, esto quiere decir que entre más se aumente la fuerza la aceleración va a ser mayor y se si disminuye igualmente lo hace la fuerza, y que si la se aumenta la fuerza disminuye y viceversa. REFERENCIAS: http://www.monografias.com/trabajos30/leyes-newton/leyesnewton.shtml#segun http://intercentres.cult.gva.es/iesleonardodavinci/fisica/Fuerza/Mikel1/fuerza-movimiento.htm
