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ESTUDIO DEL MOVIMIENTO DE UN DESLIZADOR EN UN RIEL DE AIRE BAJO LA INFLUENCIA DE UNA FUERZA CONSTANTE Universidad Industrial de Santander Laboratorio Física I

01 de noviembre de 2017 JEIDER JULIAN GARCÍA URIBE – 2143052 2143052 – INGENIERÍA INGENIERÍA ELÉCTRICA JUAN PABLO GOMEZ LEÓN – 2170434 – INGENIERÍA MÉCANICA

Cada día sabemos más y entendemos menos. Albert Einstein

RESUMEN La práctica realizada en el laboratorio consistió en determinar experimentalmente la relación existente entre la fuerza constante aplicada al cuerpo y su aceleración para esto se utilizó un riel de aire , un deslizador para el cual se variaron las distintas masas, dos fotocompuerta y una masa colgante a la cual también se le vario repetidas veces su masa, con estos elementos determinamos los distintos tiempos en los cuales recorrían cierta distancia, variando las masas tanto del deslizador como de la masa colgante, al terminar las mediciones se pudo calcular la aceleración que tuvo el deslizador durante el experimento.

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INTRODUCCIÓN. Lo que se buscó en esta práctica principalmente fue estudiar el movimiento de un cuerpo, en este caso del deslizador bajo la influencia de una fuerza contante, en este caso la masa colgante, para esto se determinó la relación entre la fuerza constante aplicada y la aceleración del cuerpo teniendo como base la segunda ley de newton donde se describe que la variación de momentum lineal con respecto al tiempo puede ser expresada como:

Se verifico esta ecuación mediante mediciones experimentales a un cuerpo en movimiento sometido a una fuerza constante, en las cuales se varió la masa tanto del deslizador como de la masa colgante Este documento se encuentra organizado en 7 componentes fundamentales: objetivos, en donde se describe lo que se busca en la práctica, marco teórico, donde se expone toda la teoría relacionada con el tema de la práctica, metodología donde se describen los procesos a realizar durante el laboratorio, el experimento , donde se expone lo que se midió y las distintas condiciones del laboratorio, tratamiento de datos en donde se tabula y se utilizan los datos para aplicarlos en la teoría, hallando errores, incertidumbres , etc,análisis de resultados , donde se da a conocer a que se llegó después de la práctica realizada, y por ultimo conclusiones , donde se llegan a ideas finales , que resumen los resultados y el aprendizaje obtenido en la práctica.

OBJETIVOS:


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OBJETIVO GENERAL Estudiar el movimiento de un deslizador en un riel de aire bajo la influencia de una fuerza constante.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Determinar la relación entre la fuerza aplicada y la aceleración del deslizador. • Determinar el cambio de la aceleración del deslizador cuando este es halado por

fuerzas de diferentes magnitudes. • Determinar experimentalmente la relación matemática entre fuerza, masa y

aceleración.

MARCO TEÓRICO: La primera ley de Newton nos da a conocer que un cuerpo puede alterar su movimiento solo si existe “algo” que provoque dicho cambio. Ese “algo” es lo que conocemos como

fuerzas, Por otra parte, la segunda ley de Newton permite cuantificar el concepto de fuerza. Dicha ley establece que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. Entonces, si la masa de un cuerpo es constante, entonces:

Cuando la maza no es contante se debe generalizar la formula utilizando el concepto de momentum lineal.


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Por último la tercera ley de newton nos expone que para que exista una fuerza debe existir una interacción entre dos sistemas, por esto, si un cuerpo b ejerce una fuerza sobre un cuerpo a, las fuerzas que cada uno experimentan son iguales y con sentido contrario

METODOLOGÍA: Para realizar la práctica descrita a continuación se utilizaron los siguientes elementos: un deslizador, un riel de aire, dos fotoceldas, una balanza, una única aleta, una cuerda, una polea, y un portamasas, junto con varias masas de distintos valores. Se comienza colocando todo en su lugar, acomodando la masa colgante, sujetándola con el deslizador y determinando la distancia entre las dos fotoceldas. Después se procede a encender el riel de aire, ajustándolo para eliminar la fricción todo lo que sea posible, y se procede a soltar el carro y medir los tiempos en las fotoceldas, repitiendo este proceso pero variando únicamente la masa del portamasas, es decir de la masa colgante. Tras tomar los datos, se procede a llenar la tabla 1. Por último se procede a repetir el proceso anterior, con la diferencia de que la masa del portamasas permanece constante, y en este caso se varía la masa del deslizador.


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Tras tomar los datos se procede a llenar la tabla 2. Tras llenar ambas tablas se procede a hacer el tratamiento de datos.

EL EXPERIMENTO:

TABLA 1. Datos Registrado s Experimentalmente

TABLA 2. Datos Registrado s Experimentalmente

TRATAMIENTO DE DATOS:


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Incertidumbre en Instrumentación

PRECISIÓN DE LOS INSTRUMENTOS  ∆

0,1 [m]

▪ ▪ ▪ ▪



0,001 [m]



0,0001 [s]



0,1 [g]

∆:

Tamaño de la vela.   : Distancia horizontal.   : Tiempo. : Masa del carrito o Masa de las pesas.

TABLA 1. Datos Registrados Experimentalmente Diferente Masa Colgante

TABLA 3. Promedio de la Medida de Tiempo

TABLA 4. Desviación Estándar en la Medida de Tiempo


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TABLA 5. Porcentaje de Error en El tiempo Estim ado

TABLA 6. Aceleración Experi mental con Diferente Masa Colgante d: Longitud de la vela → 

= 0.1

GRÁFICA 1. Masa Colgante VS Aceleración Experimental


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TABLA 6. Aceleración Teóric a con Diferente Masa Colgante

TABLA 6. Porc entaje Error Aceleración Experi mental con Diferente Masa Colgante


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TABLA 2. Datos Regist rados Experimentalmente Diferente Masa del Riel

TABLA 7. Promedio de la Medida de Tiempo

TABLA 8. Desviación Estándar en la Medida de Tiempo


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TABLA 9. Porc entaje de Error en El tiempo Estim ado

TABLA 10. Aceleración Exp erimental co n Diferente Masa en el Riel d: Longitud de la vela → 

= 0.1

GRÁFICA 2. Masa del Riel VS Aceleración Experimental


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TABLA 11. Aceleración Teóric a con Diferente Masa del Riel

TABLA 12. Porcentaje Erro r Aceleració n Experimental con Diferente Masa del Riel

ANÁLISIS DE RESULTADOS:


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Tras realizar todo el tratamiento de datos se pudo observar que se llegó a un porcentaje de error muy alto, que se puede deber en parte a la incertidumbre generada a la hora de la medición experimental por las herramientas y también la inexactitud a la hora de las mediciones por parte de los que realizamos la práctica. Además, observando los resultados expresados en las gráficas, se comprobó la segunda ley de newton, debido a que si aumentábamos la masa del cuerpo colgante aumentaba la aceleración del sistema puesto que era mayor la fuerza que se le aplicaba a favor del movimiento, en cambio sí se aumentaba la masa del riel, esta disminuía.

CONCLUSIONES. •

Se pudo conseguir el objetivo principal de la práctica ya que pudimos confirmar experimentalmente la segunda ley de newton puesto que a mayor masa del objeto menor era la aceleración del cuerpo puesto que la fuerza aplicada sobre este era constante.

•

También se pudo comprobar, teniendo como fundamento la segunda ley de newton que si la masa permanece constante y le variamos las fuerzas aplicadas a este, también deberá variar su aceleración para que se cumpla la segunda ley de newton ya que la fuerza es directamente proporcional a la aceleración, cuando la masa es constante si la fuerza aplicada sobre el objeto aumenta, también aumentara su aceleración.

•

A pesar de cumplir los objetivos obtuvimos unos errores experimentales muy altos, debido un poco a la imprecisión de las herramientas pero sobre todo a nuestras mediciones durante el laboratorio.

BIBLIOGRAFÍA.


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1. Alonso, M., & Finn, E. J. (1986). Física Vol. 1 Mecánica. Wilmington, Delaware, EUA, Addison Wesley Iberoamericana, pags , 8, 183.

2. Blatt, F. J., & Pozo, V. G. (1991). Fundamentos de física (No. QC23 B5218 1991). Prentice-Hall Hispanoamericana. 3. Fishbane, P. M., & Gasiorowicz, S. (1994). FISICA. VOLUMEN 1. Editorial Prenctice-Hall.

4. McKelvey, J. P., Grotch, H., & Everest, S. F. (1980). Física para ciencias e ingeniería. 5. Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2005). Física para ciencias e ingeniería (Vol. 6). Thomson.

ANEXOS


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