Practicas de Fuerza Centripeta practica IX

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN PUERTO ORDAZ CATEDRA: LABORATORIO DE FISICA

PRÁCTICA NRO.9: FUERZA CENTRÍPETA  OB!ETIVO DE LA L A PRÁCTICA. PRÁCTICA. El propósito de esta práctica es, estudiar la fuerza centrípeta como un caso especial de la segunda ley de Newton, los efectos de variar la masa de un objeto, el radio de un círculo, y la fuerza centrípeta de un objeto que rota en una trayectoria circular; de manera que se pueda entender, la relación entre los diversos parámetros que definen el movimiento circular

INTRODUCCIÓN. !a velocidad de un cuerpo, en módulo, dirección y sentido, permanece constante de acuerdo con la primera ley de Newton "ley de la inercia# si no act$a ninguna fuerza sobre el o la resultante de todas las fuerzas que act$an es cero !as circunstancias de un movimiento circular son diferentes% En este caso debe &aber una fuerza, llamada centrípeta, dirigida &acia el eje de rotación Esta fuerza en el movimiento circular, es la causante de los cambios de dirección de los móviles en su desplazamiento Esta se vislumbra en la vida cotidiana a trav's de la sirga en un lanzamiento de martillo o el rozamiento entre las ruedas de un coc&e que toma una curva y el asfalto, o bien a distancia, como la atracción gravitatoria de la (ierra sobre un sat'lite o sobre un avión que &ace un looping !o cierto es que, ella va dirigida al centro de curvatura de la trayectoria "el centro de la circunferencia en el caso más sencillo# y su naturaleza es distinta seg$n el caso "rozamientos laterales del suelo, tensiones de cuerdas o cadenas, entre otros# )or el contrario la fuerza centrifuga, obliga a un cuerpo a dar vueltas, basándose en la tercera ley de newton, cada acción produce una reacción igual y opuesta, por lo que es claro que, la fuerza centrípeta no debe ser confundida con la fuerza centrífuga

PRE LABORATORIO. Fundamento Teóricos

*evisar en la bibliografía recomendada lo siguiente% + - / 0 1 2 4

uer uerza za cen centr tríp ípet eta a .eloci locida dad d tange tangenc ncia ial l .eloci locida dad d ang angul ular ar )eriodo recuencia 3cel 3celer erac ació ión n cen centr tríp ípet etaa uerza uerza cent centríp rípeta eta en la mecá mecánic nicaa newton newtonian ianaa


PRÁCTICA NRO.9: FUERZA CENTRÍPETA

Preguntas

5onteste las siguientes )reguntas% + 67efin 67efinaa que que es la uer uerza za cent centríp rípeta eta88 - 3plicando 3plicando las las leyes newton newtonianas ianas,, consiga consiga las formulas formulas de la fuerza fuerza centrípe centrípeta ta / 65oinc 65oincide iden n siempre siempre la fuerza fuerza aplicad aplicadaa a un cuerpo cuerpo y la direcc dirección ión en que este este se mueve E9plique su respuesta8 Ejercicios

*esolver los siguientes problemas%

". :na masa de -0g está atada a una cuerda de +-1 m de largo i la masa gira con una rapidez constante en un círculo &orizontal &aciendo una revolución en +< segundos

#$ =az el diagrama b# 7etermina la velocidad de la masa c# Encuentra Encuentra la la fuerza de de tensión tensión ejercid ejercidaa por la cuerda cuerda sobre sobre la masa masa - :n automóvi automóvill de +-<< >g >g de masa toma toma una curva curva de +< +< m de radio a una una velocidad velocidad de ?< >m@& 5alcula el valor de la fuerza centrípeta / 6Au' 6Au' fuerza fuerza centrípe centrípeta ta será necesa necesario rio aplica aplicarr a un cuerpo cuerpo de - >g sujeto sujeto por una una cuerda de - m de longitud para que gire en un plano &orizontal con una velocidad de +B >m@&8 0 5alcula 5alcula el radio radio de una una vía circular circular por por la que se se mueve un un tren de juguet juguetee de -1< g que se desplaza a una velocidad de +,- m@s, si la fuerza centrípeta es de <,4 N

E%UIPOS & MATERIALES A USAR. + - / 0 1 2 4 B

5ronometro oto otoco comp mpue uert rtaa "CED "CED?0 ?0?B ?B3# 3# )ortap )ortapesa esass y it it de pesa pesass "CED? "CED?/0B /0B# # Fala Falanz nzaa "ED "EDB4 B4<4 <4# # $pe $perr )ol )olea ea "CED? "CED?01 01<# <# Fase en 3 3cceso 3ccesorio rioss para para fuerz fuerzaa centr centrípe ípeta ta )lat )lataf aform ormaa de de rot rotac ació ión n =oja =ojass mili milim metra etrada dass


PRÁCTICA NRO.9: FUERZA CENTRÍPETA CONFIGURACIÓN DEL E%UIPO.

+ Estand Estando o la base base giratori giratoriaa en reposo reposo,, se enganc enganc&a &a un &ilo en la parte parte izquierd izquierdaa de la masa C "-<

PRÁCTICA NRO.9: FUERZA CENTRÍPETA - e suelta suelta el el &ilo &ilo enganc enganc&ad &ado o a la masa C para para retira retirarr la masa masa m y el portape portapesas sas "igura -# El muelle se retrae parcialmente, el marcador marcador naranja se sit$a por encima encima del visor, y el &ilo que soporta a C ya no es vertical

/ ujetando ujetando el el eje con los los dedos, dedos, se &ace &ace girar girar el sistema sistema manualme manualmente nte

PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA. Procedimiento A: Variand Variando o el Radio (Fuerza y Masa Constante) Constante)

+ !a fuerza fuerza centríp centrípeta eta y la masa masa del objeto objeto que cuelga cuelga se mantien mantienen en constan constantes tes para para esta parte del e9perimento )esar el objeto y registrar su masa en la (abla /+ 5uelgue el objeto del poste lateral y conecte la cuerda desde el resorte &asta el objeto Esta debe pasar por debajo de la polea en el poste central - ije la abrazade abrazadera ra de la polea polea E9tremo E9tremo de la pista pista 5oloque 5oloque la cuerda cuerda al portamasas portamasas y cuelgue una masa conocida 3note 3note esta masa en la (abla /+ Esto establece la fuerza centrípeta permanente / Elige Elige un radio alineand alineando o la línea en el poste poste lateral lateral con cualquier cualquier posici posición ón deseada deseada de la cinta m'trica Cientras presiona &acia abajo la parte posterior para asegurar que est' en posición vertical, apriete el tornillo de mariposa en el poste lateral para asegurar su posición *egistre este radio en la (abla (abla /+ 0 El objeto objeto en el soporte soporte lateral lateral debe colgar colgar verticalm verticalmente% ente% En el poste poste central, central, ajustar ajustar el soporte del resorte verticalmente &asta que la cadena de la que el objeto que cuelga en el poste lateral está alineado con la línea vertical en el poste lateral 1 3linee 3linee el soporte soporte del indica indicador dor en el poste poste central central con el indicad indicador or naranja naranja 2 *etire *etire la masa que cuelga, cuelga, el portamasa portamasass y la polea polea 4 =aga rotar rotar el aparato aparato e increment incrementee su velocida velocidad d &asta que que el disco indica indicador dor est' est' a nivel con el anillo del soporte Cantenga el disco en esa posición girando el eje del sistema en la parte con cremallera B 5on la ayuda ayuda de un cronomet cronometro, ro, determine determine el tiempo tiempo que que la plataform plataformaa requiere requiere para dar +< vuelta No necesita detener la plataforma para tomar los datos


PRÁCTICA NRO.9: FUERZA CENTRÍPETA

T#'(# )." M#*# C+(,#-/: R#34 T" +

T5

F0/12# C+-*#-/: P/14+3+* T) T61+7

T61+7 5

Procedimiento !: Varia Variando ndo la Fuerza (Radio y Masa Constante) Constante)

+ El radio radio de rotaci rotación ón y la masa del objeto objeto que cuelga cuelga se mantien mantienen en constan constantes tes para para esta parte del e9perimento - )esar el objeto objeto del poste poste lateral lateral y regist registrar rar su masa masa en la (abl (ablaa /- / ije la abrazade abrazadera ra de la polea polea E9tremo E9tremo de la pista pista 5oloque 5oloque la cuerda cuerda al portamasas portamasas y cuelgue una masa conocida 3note 3note esta masa en la (abla /- Esto establece la fuerza centrípeta permanente 0 Elige Elige un radio alineand alineando o la línea en el poste poste lateral lateral con cualquier cualquier posici posición ón deseada deseada de la cinta m'trica Cientras presiona &acia abajo la parte posterior para asegurar que est' en posición vertical, apriete el tornillo de mariposa en el poste lateral para asegurar su posición *egistre este radio en la (abla (abla // 1 El objeto objeto en el soporte soporte lateral lateral debe colgar colgar verticalm verticalmente% ente% En el poste poste central, central, ajustar ajustar el soporte del resorte verticalmente &asta que la cuerda, de la que el objeto se cuelga en el poste lateral está alineado con la línea vertical en el poste lateral 2 3linee 3linee el soporte soporte del indica indicador dor en el poste poste central central con el indicad indicador or naranja naranja 4 *etire *etire la masa masa que que cuelga cuelga sobre sobre la polea polea y quite quite la polea polea B Girar el aparato aparato,, el aumento aumento de la velocidad velocidad &asta &asta que que el indicador indicador naranj naranjaa se centra centra en el soporte del indicador en el poste central Esto indica que la cadena de soportar el objeto que cuelga es una vez más vertical y por lo tanto el objeto que cuelga está en el radio deseado ? 5on la ayuda ayuda de un cronomet cronometro, ro, determine determine el tiempo tiempo que que la plataform plataformaa requiere requiere para dar +< vuelta No necesita detener la plataforma para tomar los datos +< )ara variar la fuerza centrípeta, centrípeta, sujetar la polea polea a la pista de nuevo nuevo y colgar una masa masa diferente sobre la polea Cantenga constante el radio y repita el procedimiento desde el paso n$mero 0

T#'(# ).5 M#*# P+*/ L#/1#(: M#*# F0/12#

R#34+ C+-*#-/: P/14+3+*


PRÁCTICA NRO.9: FUERZA CENTRÍPETA C+(,#- /

C/-186/ #

T"

T5

T)

T61+7

"T61+7 5

POST LABORATORIO. An"lisis Procedimiento Procedimiento A

+ El peso de de la masa que cuelga cuelga sobre sobre la polea polea es igual igual a la fuerza fuerza centrípeta centrípeta aplicad aplicadaa por el resorte 5alcular la fuerza f uerza multiplicando la masa colgante, sobre la polea con la gravedad HgH y registre esta fuerza en la parte superior de la (abla (abla /+ - 5alcula 5alcula el valor valor del periodo periodo promedi promedio o de cada ensayo ensayo y registrar registrar en la la (abla (abla /+ /+ / 5alcul 5alculaa el valor valor del period periodo o promedi promedio o al cuadr cuadrado ado de cada cada ensayo ensayo y regist registrar rar en la (abla /+ 0 Grafiqu' Grafiqu' el radio radio contra contra el periodo periodo al cuadrado cuadrado Esto le dará dará una línea línea recta tal tal que%

(

r=

F 2

4 π m

)

2

T

1 :tilice :tilice el m'todo m'todo de mínimos mínimos cuadrado cuadradoss y obtenga obtenga la ecuación ecuación de la recta recta que mejor mejor se ajuste 7el valor de la pendiente pendiente despeje el valor valor de la fuerza centrípeta y calcule calcule el porcentaje de error tomando como valor teórico El de la fuerza constante de la tabla /+ 2 5uando 5uando el radio radio se se increment incrementa, a, el period periodo o aumenta aumenta o dismi disminuye8 nuye8 4 5umpl 5umplee lo que se &a mostr mostrad ado o en el labo laborat rator orio io con lo que que prop propon onee la teorí teoría8 a8 Iustifique su respuesta An"lisis Procedimiento Procedimiento !

+ El peso de de la masa que cuelga cuelga sobre sobre la polea polea es igual igual a la fuerza fuerza centrípeta centrípeta aplicad aplicadaa por el resorte 5alcular la fuerza f uerza multiplicando la masa colgante, sobre la polea con la gravedad HgH y registre esta fuerza en la parte superior de la (abla (abla /- - 5alcula 5alcula el valor valor del periodo periodo promedi promedio o de cada ensayo ensayo y registrar registrar en la la (abla (abla /- /-


PRÁCTICA NRO.9: FUERZA CENTRÍPETA / 5alcul 5alculaa el invers inverso o del valor valor del periodo periodo promedi promedio o al cuadr cuadrado ado de cada ensayo ensayo y registrar en la (abla /- 0 Grafiqu' Grafiqu' fuerza fuerza centrípet centrípetaa contra la inversa inversa del del periodo periodo al cuadrado cuadrado Esto Esto le dará una línea recta tal que% 2

F =

4 π mr 2

T

1 5alcule 5alcule la ecuación ecuación de de la recta recta de mejor mejor ajuste ajuste 7el valor valor de la pendi pendiente ente despeje despeje el el valor del radio y calcule el porcentaje de error tomando como valor teórico el del radio de la tabla /2 Aue Aue suce sucede de con con el peri period odo o cuan cuando do el radi radio o y la masa masa colg colgan ante te se mant mantie iene nen n constantes8 4 5umpl 5umplee lo que se &a mostr mostrad ado o en el labo laborat rator orio io con lo que que prop propon onee la teorí teoría8 a8 Iustifique su respuesta

BIBLIOGRAFIA. • • • • • • • • • •

ísica para ciencia e ingeniería .o .ol J% is&baneD)aul Edit )rentice =all ísica principio con aplicaciones% GiancoliD7ouglas Edit )rentice =all 0 ta edición ísica para ciencia e ingeniería% CcelveyDIo&n Edit =arla ísica JJ% )inzonD3lvaro Edit Cc Graw =ill ísica )arte JJ% *esnic>D*obert Edit 5ontinental / ra edición ísica :niversitaria .ol J% earsDKemans>y Edit 3ddison Lesley ++ va edición ísica tomo JJ% earsD*aymond Edit Cc Graw =ill 1 ta edición ísica para la ciencia tomo JJ% earsD*aymond Edit Cc Graw =ill B va edición undamentos de ísica .J% .J% earsD*aymond Edit Cc Graw =ill B va edición 5onceptos de ísica Coderna% FeiserD3rt&ur FeiserD3rt&ur Edit Cc Graw =ill

Practicas de Fuerza Centripeta practica IX

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