LABORATORIO N°2 SEGUNDA LEY DE NEWTON
Verificación experimental de la segunda ley de newton
Encontrar experimentalmente experimentalmente la relación rel ación entre la fuerza resultante aplicada a un cuerpo y la aceleración
1. Tablero con superficie de vidrio y conexiones para circulación de aire comprimido 2. Disco de metal(Puck) 3. Chispero eléctrico de frecuencia constante(40 Hz) 4. Un nivel de burbuja 5. Dos resortes 6. Pesas de 100,200,300,400grs 7. Papel bond tamañoA3
1
LABORATORIO N°2
LEY DE LA ATRACCION GRAVITATORIA DE NEWTON
Poco tiempo después de formular sus tres leyes de movimiento, Newton postulo una ley que rige la atracción mutua entre dos partículas. En forma matemática esta ley se expresa como.
Donde
= fuerza de atracción entre las dos partículas = constante de gravitación universal, de acuerdo con pruebas experimentales es igual a 66.73
= masa de cada una de las dos partículas = distancia entre los centros de las dos partículas En el caso de una partícula localizada en o cerca de la superficie terrestre, la única fuerza gravitatoria de magnitud considerable es la que existe entre la tierra y la partícula. Esta fuerza se denomina “peso” y para determinar el peso W de una partícula de masa m1
= m. sea m2 = M la masa de la tierra y r la distancia entre el centro de la tierra y la 2
partícula. Entonces si g= GM/r , tenemos
m(kg)
W=mg(N)
2
LABORATORIO N°2 FUERZA ELASTICA
Un cuerpo elástico es aquel que tiene la capacidad de recuperar su forma y tamaño natural cuando dejan de actuar las fuerzas que lo deforman. En general todos los cuerpos pueden ser deformados, es decir pueden ser alterados en su forma por la acción de fuerzas y pueden deformarse de varias maneras, muchas de estas se pueden notar a simple vista, en otros casos son tan pequeñas que no pueden ser advertidas sin instrumentos especiales. Las deformaciones más comunes son por estiramiento y compresión, un cuerpo esta estirado cuando su longitud es mayor que su longitud natural (longitud cuando esta sin deformar) y esta comprimido cuando su longitud es menor que su longitud natural. Existen otros tipos de deformación como la torsión o la flexión
Para un resorte de masa despreciable, colgado del techo, tal como muestra la figura, en esta situación se encuentra con su longitud natural(l0)
L0 Fe x
mg
3
LABORATORIO N°2
si en un extremo libre aplicamos una fuerza vertical hacia abajo, el resorte se estira una longitud x a la cual vamos a denominar deformación longitudinal del resote al estirar el resorte, internamente y a nivel molecular se trata de causar una mayor separación de sus moléculas, surgiendo así pequeñas fuerzas que se oponen a tal efecto y dando como resultado la manifestación de fuerzas que se oponen a la separación de las partes del resorte a la cual denominamos Fuerza Elástica(Fe). Al igual que la fuerza de tensión la fuerza elástica está presente en cualquier punto al interior del resorte y se opone a las fuerzas deformadoras (F) tal como la muestra el grafico tratando de que el resorte recupere su longitud natural (l 0). Es fácil notar que a medida que aumentamos la fuerza deformadora mayor será el módulo de la fuerza elástica. Este comportamiento fue estudiado por el inglés Robert Hooke (1653-1703) Quien llego a establecer que el módulo de la fuerza elástica es directamente proporcional a la deformación Es decir: Fe = kx Esta relación es conocida como la ley de Hooke, donde Fe: módulo de la fuerza elástica (en Newton) x: deformación del resorte k: constante de proporcionalidad conocida como constante de rigidez, su valor es característica para cada resorte y depende de las dimensiones y del material del que fue fabricado. Su unidad es el (N/m) SEGUNDA LEY DE NEWTON
La segunda ley de newton establece que cuando una fuerza desbalanceada actúa en una partícula, esta se acelerará en la dirección de la fuerza con una magnitud que es proporcional a esta. Esta ley puede verificarse experimentalmente al aplicar una fuerza F desbalanceada a una partícula y luego medir la aceleración a. Como la fuerza y la aceleración son directamente proporcionales, la constante de proporcionalidad, m, se determina a partir de la relación m= F/a. este escalar positivo m se conoce como masa de la partícula.al permanecer constante durante cualquier
4
LABORATORIO N°2
aceleración, m mide cuantitativamente la resistencia de la partícula a cualquier cambio de su velocidad, es decir de su inercia. Si la masa de la partícula es m, la segunda ley de movimiento de newton se escribe en forma matemática como.
Como m es constante también podemos escribir
Donde mv es la cantidad de movimiento lineal de la partícula. En este caso la fuerza desbalanceada que actúa en la partícula es proporcional al cambio con respecto al tiempo de la cantidad de movimiento lineal de la partícula
CALIBRACION DE LOS RESORTES
Con los resortes entregados encontrar sus constantes elásticas, para esto suspenda los resortes y un peso en un soporte universal, medir las elongaciones y hacer una tabla de fuerza y elongación y por ajuste de curvas encontrar las constantes elásticas.
OBTENCION DE LA TRAYECTORIA DEL DISCO
Fijando en puntos fijos los resortes, marcado como A y B estos puntos fijos y colocar en el disco de metal(puck) como se muestra en la figura
5
LABORATORIO N°2
Para desarrollar este experimento se cuenta con un disco de metal(Puck) que puede moverse por interacción de fuerzas elásticas, sin rozamiento sobre una superficie plana debido a que se le inyecta aire a presión a fin de elevarlo a menos de 1mm de altura, evitándose de esa manera el contacto del disco con la superficie, consiguiéndose de esta manera que se desplace prácticamente sin rozamiento. Al disponer el equipo como se muestra en la figura, las fuerzas elásticas resultante de los resortes proporcionaran aproximadamente una fuerza F sobre el disco. Debido a esta fuerza el disco se desplazara marcando puntos sobre el papel a lo largo de la trayectoria del disco.
CALIBRACION DE LOS RESORTES RESORTE A
6