UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA
INFORME DE LA PRACTICA DE LABORATORIO TÍTULO DE LA PRÁCTICA: SEGUNDA LEY DE NEWTON
INTEGRANTES: ÁNGEL FERNANDO LUZÓN CAÑARTE ANA MARÍA MACÍAS CHILA ANTHONY MIGUEL MEJÍA RENGIFO MERCEDES ALEXANDRA QUIROZ VIVAS JORGE ENRIQUE SÁNCHEZ MACAS
RESPONSABLE: ING. LUIS ARTEAGA BAZURTO
DOCENTE: ING. RENET PALMA BASURTO MG.
ASIGNATURA / PARALELO: FÍSICA Y LABORATORIO I / “B”
PERÍODO ACADÉMICO: OCTUBRE 2016 - FEBRERO 2017
TEMA: SEGUNDA LEY DE NEWTON
RESUMEN: Esta práctica consistió sobre la segunda ley de newton, el Ing. Explico el sistema que se encontraba armado que consistía en simular el movimiento de una móvil con cierta aceleración variando sus masas, primero se le otorgo diferentes pesos a un segundo objeto sujeto al móvil mediante un hilo que vendría ser una tensión que presenta el sistema, la masa que se aplico fue variada con la finalidad de calcular los tiempos en que el móvil recorría la misma distancia variando sus masas en la tensión, para la segunda tabla consistía en darle una masa constante a la tensión y se le otorgo otor go diferentes masas pero en este caso a móvil directamente, anotando los tiempos en que el móvil recorre una misma distancia con diferentes masas portadas.
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: Realizar la práctica práctica asignada, asignada, usando correctamente correctamente los equipos y materiales que se se encuentran en el Laboratorio de Física, para interiorizar la Segunda Ley de Newton, a través del desplazamiento desplazamiento de una partícula aplicando aplicando diferentes masas para obtener obtener la fuerza aplicada y la aceleración.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Elaborar la respectiva tabla de valores con los datos adquiridos en la práctica para su comparación comparación y mejor estudio estudio de la Segunda Segunda Ley de de Newton.
Demostrar la información resultante de esta práctica, tanto de forma experimental, así como también de forma teórica.
INFORMACIÓN TEÓRICA SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA La segunda ley del d el movimiento de Newton dice que “el “e l cambio de movimiento es proporcional a la fuerza fuerza motriz impresa y ocurre según la línea línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime”.
Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en el momento el momento lineal de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; las fuerzas son causas que producen aceleraciones aceleraciones en los l os cuerpos. Consecuentemente, Consecuentemente, hay relación entre la causa la causa y el efecto, la efecto, la fuerza y la aceleración están relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se define simplemente en función del momento en que se aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas serán iguales si causan la misma
tasa
de
cambio
en
el
momento
del
objeto.
En términos matemáticos esta ley se expresa mediante la relación: =
Donde:
P: es el momento lineal Fneta: la fuerza total o fuerza o fuerza resultante. Suponiendo que la masa es constante y que la velocidad es muy inferior a la velocidad de la luz la ecuación anterior se puede reescribir de la siguiente manera: Sabemos que P es el momento lineal, que se puede escribir m.v donde m es la masa la masa del cuerpo y v su velocidad. su velocidad. =
Consideramos aplicando
a estas
la
masa
()
constante
modificaciones
y a
podemos la
escribir
ecuación
=
anterior:
=.
La fuerza La fuerza es el producto de la masa la masa por por la aceleración, la aceleración, que que es la ecuación fundamental fundamental de la dinámica, donde la constante de proporcionalidad, distinta para cada cuerpo, es su masa de inercia. Veamos lo siguiente, si despejamos m de la
ecuación anterior obtenemos que m es la relación que existe entre F y a. Es decir la relación que hay entre la fuerza aplicada al cuerpo y la aceleración obtenida. Cuando un cuerpo tiene una gran resistencia a cambiar su aceleración se dice que tiene mucha inercia.
Por tanto, si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, esta partícula tendrá una aceleración proporcional proporcional a la magnitud de la resultante y en dirección de ésta. La expresión anterior así establecida es válida tanto para la mecánica clásica como para la mecánica la mecánica relativista, a relativista, a pesar de que la definición de momento lineal es diferente en las dos teorías: mientras que la dinámica clásica afirma que la masa de un cuerpo es siempre la misma, con independencia de la velocidad con la que se mueve, la mecánica relativista establece que la masa de un cuerpo aumenta al crecer la velocidad con la que se mueve dicho cuerpo.
De la ecuación fundamental se deriva también la definición de la unidad de fuerza o newton
(N). Si la masa y la aceleración valen 1, la fuerza también valdrá 1; así, pues, el
newton es la fuerza que aplicada a una masa de un kilogramo kil ogramo le produce una aceleración de 1 m/s². Se entiende que la aceleración y la fuerza han de tener la misma dirección y sentido.
MATERIALES Y EQUIPO:
Cojín de aire.
Deslizador o Patín.
Barrera fotoeléctrica compacta.
Soplante.
Medidor de Display de 4 tiempos.
Pie cónico.
Polea con cuerda o piola.
Balanza Digital.
Colgante de 1gr.
Juego de 5 discos de 10gr y juego de 5 pesos.
PROCEDIMIENTO: 1. Realice el montaje respectivo con la ayuda del responsable del laboratorio. 2. Ajuste el nivel del soplante y no lo cambie durante toda la experimentación. 3. Ajuste el display de 4 tiempos en modo de funcionamiento “S” como indica la figura
.
4. Coloque las barreras fotoeléctricas a las distancias deseadas. 5. En la hoja de datos técnico registre: La masa colgante ( ) y la masa del deslizador o patín ( ).
6. Haga que el deslizador comience su recorrido a través de la pista. 7. Registre, en la hoja del punto 5, los tiempos ( ) dados por el display de 4 tiempos, para cada una de las barreras fotoeléctricas compacta; repita 5 veces este mismo proceso sin variar las ubicaciones de las barreras fotoeléctricas y variando progresivamente progresivamente la masa colgante ( ), y manteniendo constante la masa del deslizador o patín ( ).
8. Ahora, repita los pasos anteriores, haciendo variar progresivamente la masa del deslizador o patín ( ) mientras que la masa colgante ( ) debe permanecer constante.
TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS 1. Varíe la masa colgante ( mc ) aumentando progresivamente, mientras que la masa del deslizador o patín ( m p) no debe variar: determínese cada uno de los puntos establecidos en la tabla 1. Emplee las ecuaciones planteadas en dicha tabla, y registre los resultados en la misma. TABLA 1 m p = 0.2295 kg
T
( s s)
mc
(kg )
Masa total
Peso(fuerza)
(mc + m p)
W = mc g g
(kg)
·
Aceleración =
( N N )
(m/s ) 2
0.911 s 1.299 s
0.011 kg
0.2405 kg
0.1078 N
0.4482 m/s2
1.561 s
t
mc
(mc + m p)
W = mc g g
( s s)
(kg )
(kg)
( N N )
·
=
0.021 kg
0.2505 kg
(m/s ) 2
0.2058 N
0.8215 m/s2
1.177 s
t
mc
(mc + m p)
W = mc g g
( s s)
(kg )
(kg)
( N N )
·
=
0.031 kg
0.2605 kg
(m/s ) 2
0.3038 N
1.1662 m/s2
0.988 s
t
mc
(mc + m p)
W = mc g g
( s s)
(kg )
(kg)
( N N )
·
=
(m/s ) 2
0.041 kg
0.2705 kg
0.4018 N
1.4853 m/s2
0.881 s
T ( s s)
mc
(kg )
(mc + m p) (kg)
W = mc g g ·
( N N )
=
0.472 s 0.669 s 0.807 s
0.051 kg
0.2805 kg
0.4998 N
0.408 m/s
0.378 m
0.582 m/s
0.546 m
0.699 m/s
1.7818 m/s2
v(t)=
(m)
+ (m/s)
0.195 m
0.566 m/s
0.395 m
0.805 m/s
0.569 m
0.966 m/s
v(t)=
(m)
+ (m/s)
0.194 m
0.674 m/s
0.394 m
0.959 m/s
0.569 m
1.152 m/s
v(t)=
(m)
+ (m/s)
0.196 m
0.763 m/s
0.397 m
1.087 m/s
0.576 m
1.308 m/s
x(t x( t)= +
(m/s2)
+ (m/s)
0.185 m
x(t x( t)= +
0.514 s 0.732 s
+ (m)
x(t x( t)= +
0.578 s 0.823 s
·
x(t x( t)= +
0.690 s 0.981 s
Distancia en Velocidad en Fuerza función del tiempo función del tiempo acelerada F =m p a x(t x( t)= v(t)= t
(m)
v(t)=
+ (m/s)
0.198 m
0.841 m/s
0.397 m
1.192 m/s
0.580 m
1.437 m/s
( N N )
0,102 N
t
F =m p a ·
( N N ) 0.188 N
t
F =m p a ·
( N N ) 0.267 N
t
F =m p a ·
( N N ) 0.340 N
t
F =m p a ·
( N N ) 0.408 N
2. Repita los pasos anteriores, haciendo variar progresivamente la masa del deslizador o patín ( m p) mientras que la masa colgante ( mc ) debe permanecer constante; emplee las ecuaciones indicadas en la tabla 2 y registre los resultados en dicha tabla. TABLA 2 mc = 0.011 kg
T ( s s)
m p
(kg )
(mc + m p) (kg)
W = mc g ·
x(t x( t)=
( N N )
1.032 s 1.454 s
0.2794 kg
0.2904 kg
0.1078 N
1.747 s
T ( s s)
m p
(kg )
(mc + m p) (kg)
W = mc g ·
x(t x( t)=
( N N )
1.125 s 1.584 s
0.3296 kg
0.3406 kg
0.1078 N
1.902 s
T ( s s)
m p
(kg )
(mc + m p) (kg)
W = mc g ·
x(t x( t)=
( N N )
1.211 s 1.704 s
0.3797 kg
0.3907 kg
0.1078 N
2.047 s
T ( s s)
m p
(kg )
(mc + m p) (kg)
W = mc g ·
x(t x( t)=
( N N )
1.307 s 1.835 s
0.4296 kg
0.4406 kg
0.1078 N
2.201 s
T ( s s)
m p
(kg )
(mc + m p) (kg)
W = mc g ·
( N N )
1.396 s 1.957 s 2.347 s
0.4799 kg
0.4909 kg
0.1078 N
x(t x( t)=
+ (m)
v(t)=
+ (m/s)
0.198 m
0.383 m/s
0.392 m
0.540 m/s
0.566 m
0.649 m/s
+ (m)
v(t)=
+ (m/s)
0.200 m
0.356 m/s
0.397 m
0.501 m/s
0.572 m
0.602 m/s
+ (m)
v(t)=
+ (m/s)
0.202 m
0.334 m/s
0.401 m
0.470 m/s
0.578 m
0.565 m/s
+ (m)
v(t)=
+ (m/s)
0.209 m
0.320 m/s
0.412 m
0.449 m/s
0.593 m
0.539 m/s
+ (m)
v(t)=
+ (m/s)
0.214 m
0.307 m/s
0.421 m
0.430 m/s
0.605 m
0.515 m/s
t
=
(m/s2) 0.371 m/s2
t
=
(m/s2) 0.317 m/s2
t
=
(m/s2)
0.276 m/s2
t
=
(m/s2) 0.245 m/s2
t
=
(m/s2) 0.220 m/s2
GRÁFICAS
Para comprobar el cumplimiento de la segunda ley de Newton, realizar la gráfica de fuerza vs aceleración ( F vs a) empleando los datos obtenidos en la tabla 1. ACELERACIÓN 0,4482 0,8215 1,1662
FUERZA (N) 0,102 0,188 0,267
1,4853
0,34
1,7818
0,408
FUERZA VS ACELERACIÓN 0.5 0.4 N = 0.3 A Z R E 0.2 U F
0.1 0 0
0.5
1
1.5
2
ACELERACIÓN= M/S2
Para comprobar el cumplimiento de la segunda ley de Newton, realiza la gráfica de masa vs aceleración ( m vs a) empleando los datos obtenidos en la tabla t abla 2. ACELERACIÓN 0,371 0,317 0,276
MASA (Kg) 0,2904 0,3406 0,3907
0,245
0,4406
0,220
0,4909
MASA VS ACELERACIÓN 0.6 0.5 G0.4 K = A 0.3 S A 0.2 M
0.1 0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
ACELERACIÓN = M/S2
0.3
0.35
0.4
RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS PLANTEADAS 1.- Compare los valores de aceleración obtenidos en la tabla 1 ¿a qué debe su variación? Las variaciones de aceleración se deben a la fuerza aplicada ya que la fuerza para la la aceleración es directamente proporcional proporcional y entre mayor se a la fuerza mayor será la aceleración. Por lo tanto, debido al peso a que la masa colgante iba aumentando, la aceleración también iba aumentando.
2.- Compare los valores de aceleración obtenidos en la tabla 2 ¿a qué se debe su variación? La variación de la aceleración de la tabla 2 se debe a que sus masas varían y como indica en la 2 ley de newton la masa es inversamente proporcional a la aceleración, en conclusión entre mayor sea la masa menor será la aceleración y viceversa entre menor sea la masa mayor será la aceleración. aceleración.
3.-Subraye la respuesta correcta: correcta: La masa total que fue acelerada corresponde corresponde a:
La masa del deslizador o patín La masa de la pista y deslizador (patín) La masa colgante y de la cuerda
4.- ¿Cuál es la fuerza que provoca el desplazamiento del deslizador o patín? Explique. La fuerza que provoco el desplazamiento desplazamiento del patín fue la fuerza provocada por la masa colgante, es decir la masa de la cuerda (m c). ∑ = .
5.- Dibuje los diagramas de cuerpo libre (D.C.L.) para el cuerpo m p y mc. DCL: mc
⃗
T
Wc
DCL: mp
n
⃖
T
f k k
Wp
6.- ¿Hubo un porcentaje de error al comprobar la segunda ley de newton? Demuestre mediante la siguiente ecuación:
%=
ó ó − ∗ ó
Fuerza vs Aceleración 0.45 0.4 0.35 N 0.3 = A0.25 Z R 0.2 E U0.15 F 0.1 0.05 0
mF m.a
0
0.5
1 ACELERACIÓN= m/s2
1.5
2
ó = 0.2295
=
4 − 3 = 4 − 3
(0.34 0.340 0 − 0.26 0.267 7) / 0.073 / = = = 0.2288 0.2288 (1.48 1.4853 53 − 1.16 1.1662 62)) / 0.3191 /
%=
ó ó − ∗ ó
%=
(0.2295 (0.2295 − 0.2288) kg ∗ 100 0.2295
% = 0,31%
Por lo tanto: Si existió un mínimo error al comprobar la Segunda Ley de Newton, ya que mediante la ecuación planteada planteada y el diagrama, se logró evidenciar evidenciar que existió un 0,31% de error.
CONCLUSIONES
Mediante la Mediante la práctica en la cual se aplicó diferentes masas se pudo determinar que la aceleración que se obtuvo, es proporcional a la fuerza aplicada inversamente proporcional proporcional a la masa del mismo.
Se pudo observar como ambas fuerzas: masa y aceleración son directamente proporcionales, proporcionale s, e inversas al tiempo. tiempo.
Que el uso de los implementos del laboratorio de física son de gran ayuda, además, son aportaciones que se encuentran destinadas a brindar nuevos conocimientos, principalmente experimentales y prácticos, lo cual es una gran motivación para quienes nos encontramos en pleno proceso de formación.
Con gran satisfacción pudimos comprobar la segunda ley de Newton estudiada al contrastar los resultados de la práctica de laboratorio y los resultados a partir de definiciones teóricas.
BIBLIOGRAFÍAS
C, Rosa. (2012). Leyes de Newton. Recuperado el 20 de febrero de 2017 de http://rubira-fisica-leyesnewton-1bgu.blogspot.c http://rubira-fisica-leyesnewto n-1bgu.blogspot.com/p/segunda-ley-deom/p/segunda-ley-denewton.html
T, José. (2008). La dinámica global. Recuperado el 20 de febrero de 2017 de http://www.molwick.com/es/movimiento/102-seg http://www.molwick.com/es /movimiento/102-segunda-ley-newton-fuerza. unda-ley-newton-fuerza.html html
Hoja de datos técnicos GRÁFICAS
Para comprobar el cumplimiento de la segunda ley de Newton, realizar la gráfica de fuerza vs aceleración ( F vs a) empleando los datos obtenidos en la tabla 1.
Para comprobar el cumplimiento de la segunda ley de Newton, realiza la gráfica de masa vs aceleración ( m vs a) empleando los datos obtenidos en la tabla t abla 2.
Realizando la práctica de laboratorio laboratorio N° 4 de la Segunda Ley de Newton
3
1
2
5 4
1 2
4
5
3
PARTICIPANTES: 1. Ángel Fernando Luzón Cañarte 2. Ana María Macías Chila 3. Anthony Miguel Mejía Rengifo
4. Mercedes Alexandra Quiroz Vivas Vivas 5. Jorge Enrique Enrique Sánchez Sánchez Macas Macas
Elaborando el informe de practica No. 4
2
3
5
1 4
2
5 4
3
1
PARTICIPANTES: 1. Ángel Fernando Luzón Cañarte 2. Ana María Macías Chila 3. Anthony Miguel Mejía Rengifo
4. Mercedes Alexandra Quiroz Vivas Vivas 5. Jorge Enrique Enrique Sánchez Sánchez Macas Macas