UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica Informe de Laboratorio de Física N⁰3 y 4
Informe 3 y 4:2° ley de Newton, Teorema del Trabajo y Energía
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1.ÍNDICE: 1. Índice………………………………………………………………..2 2. Introducción……………………………………………………....3 3. Descripción de los materiales………………………………….4 4. Descripción del procedimiento experimental seguido………………………………………………………………..8 5. Datos de laboratorio……………………………………..………9 A. SEGUNDA LEY DE NEWTON 6. a. Gráficas…………………………………………………………10 7. a. Cálculos………………………………………………………..11 8. a. Resultados……………………………………………………..12 9. a. Observaciones………………………………………………...13 10. a. Discusiones y conclusiones………………………………14 11. a. Recomendaciones…………………………………………..15 B. TEOREMA DEL TRABAJO Y ENERGÍA 6. b. Gráficas…………………………………………………………16 7. b. Cálculos…………………………………………………………17 8. b. Resultados……………………………………………………...19 9. b. Observaciones…………………………………………………20 10. b. Discusiones y Conclusiones……………………………....21 11. b. Recomendaciones…………………………………………...22 12. Bibliografía……………………………………………………….23
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2. Introducción Una parte muy importante para que el estudiante universitario de ingeniería, son los laboratorios. En esta oportunidad se desarrollaran las experiencias de títulos: ¨2° Ley de Newton¨ y ¨Trabajo y Energía¨.
Primero se abordará todo acerca de la 2° Ley de Newton; para luego pasar al Teorema de Trabajo y Energía; comprobando de esta manera de forma experimental lo expuesto en la teoría.
Los objetivos son:
2° Ley de Newton:
Aprender a calibrar un resorte. Obtener la fuerza de rozamiento cinético a partir de la aplicación de la Segunda ley de Newton. Hallar el coeficiente de rozamiento cinético.
Teorema del Trabajo y la Energía:
Hallar la energía mecánica de manera experimental. A partir del Teorema del Trabajo y la Energía hallar la fuerza de rozamiento de manera experimental.
Con este informe se tratara de comprender más los fenómenos y leyes físicas del universo; y así afianzar nuestros conocimientos teóricos con la experiencia en los laboratorios.
Los autores.
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3. Descripción de los materiales
Tablero con chispero y colchón de aire.
Disco con punta
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2 resortes
1 regla milimetrada
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Transportador
Balanza
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1 pliego de papel bon A2
Chispero de 20 y 40 Hz
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4. Descripción del procedimiento experimental seguido Para estos dos informes se siguen los mismos pasos que en el informe N°2; solo que esta vez se le agregara otros pasos para la calibración de los resortes.
Se toma el resorte ¨A¨ y se mide su longitud inicial.
Con unas pesas y combinaciones de masas, se cuelgan en el resorte, para luego poder medirlas.
Lo mismo se realiza en el resorte ¨B¨.
Se apuntan los datos obtenidos en un papel y listo.
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5. Datos de Laboratorio
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A. Segunda Ley de Newton 6. a. Gráficas
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7. a. Cálculos
A partir de los datos peso VS deformación; hallar la constante de elasticidad de cada resorte con un ajuste en MS Excel.
Hallar la fuerza del resorte en cada punto a partir de la siguiente expresión. ⃗
⃗⃗
( )
Aplicando las Segunda ley de Newton: ⃗
⃗
Hallar la fuerza de rozamiento y su módulo.
Hallar la magnitud de coeficiente de rozamiento cinético partir de la expresión:
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8. a. Resultados
La constante de elasticidad de cada resorte es:
Los demás resultados serán mostrados en el cuadro expuestos en la siguiente página.
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9. a. Observaciones
Se observó que la aceleración experimental es mayor que la ajustada.
La masa del disco es de 875.5 g.
El colchón de aire no elimina la fuerza de rozamiento, solo la hace que afecte menos a nuestra experiencia.
Se observó en el cuadro de resultados que la fuerza de fricción es variable.
Se observa que la trayectoria del disco es en forma de ¨L¨, hecho que ocurre porque los resortes siempre están deformados.
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10. a. Discusiones y Conclusiones
La aceleración experimental es mayor a la aceleración ajustada debido a que la fuerza de fricción actuó en esta experiencia.
De la calibración de los resortes se obtuvo:
En la gráfica de calibración de los resortes se observa que la recta no comienza del origen; esto se debe a varias razones una de ellas es que el resorte también tiene masa, otra es que no se consideraron las incertidumbres.
A partir de la gráfica fk VS t, se puede concluir que la fuerza de rozamiento no es constante porque la constantes de rozamientos que actúan son diferentes en cada momento por el tipo de material heterogéneo usado.
Se concluye satisfactoriamente lo expuesto en nuestros objetivos: Se aprendió a calibrar los resortes, se desmoto experimentalmente la segunda ley de Newton; hallando la fuerza de rozamiento en cada punto y sus respectivas constantes de rozamiento, concluyendo que la fuerza resultante es directamente proporcional a la aceleración.
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11. a. Recomendaciones
Tener una buena sincronización al momento de prender y apagar el chispero junto al momento de soltar el disco.
Es preferible tener más datos al momento de calibrar los resortes; ya que así tendríamos mayor exactitud experimental.
No lanzar el disco, solo soltarlo al inicio de la experiencia.
Evitar aproximaciones ya que los resultados que manden son los que salieron experimentalmente y hacer lo contrario provocaría un mayor error.
Realizar la experiencia con el chispero a frecuencia de 40Hz ya que así se obtienen más puntos y estos es más favorable al momento de dar resultados si se trata de exactitud.
Realizar una buena experiencia en el laboratorio N°2; ya que de eso parten todos nuestros datos.
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B. Teorema del Trabajo y Energía 6. b. Gráficas
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7. b. Cálculos
A partir de la velocidad hallada en coordenadas cartesianas en el informe N°2, se puede hallar la energía cinética mediante esta expresión:
La energía potencial elástica se puede hallar gracias a la ecuación de calibración de los resortes; mediante la siguiente expresión:
∫
Hallar la energía mecánica total:
El trabajo por la
( )
en cada punto es:
. . .
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Se halla
a partir de:
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8. b. Resultados
Gracias a la ecuación de cada resorte se puede integrar la expresión y de esa manera hallar la energía potencial.
Para el resorte A:
∫ (
)
∫ (
)
Para el resorte B:
Los resultados obtenidos de verán en la tabla propuesta en la siguiente página.
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9. b. Observaciones
Hay variación en la energía en tanto potencial como la cinética.
La energía mecánica disminuye y luego se eleva relativamente poco; para luego seguir disminuyendo.
Hay puntos en que las energías son iguales (cinética y potencial elástica).
Las longitudes de las curvas son casi rectilíneas en los puntos intermedios.
La energía potencial se halló mediante la integración ya que esta estaba en función al .
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10. b. Discusiones y Conclusiones
Del gráfico Ec VS t se concluye que la energía cinética al inicio es menor lo que quiere decir que la energía potencial es mayor; ya que, la energía mecánica se conserva.
A medida que la Ec aumenta, o la Epe disminuye esto se debe a que parte de esta se trasforma en trabajo de la fuerza de rozamiento y otra en calor debido a la fricción.
Para tiempo igual a 0 la curva de la Epe es mayor debido a que el disco se encuentra más alejado y por lo tanto los resortes con una mayor deformación.
Se cumplieron los objetivos principales los cuales fueron; hallar la energía mecánica inicial en cada punto, encontrar las fuerza de rozamiento y sobre todo confirmar el teorema del trabajo y la energía en el cual se ve que energía cinética y energía mecánica trabajan en forma opuesta.
Gracias a la gráfica se puede ver que la energía potencial elástica es mayor a la energía cinética ello se debe a que los resortes se encuentran bastante deformados en todo el recorrido.
El colchón de aire que actúa sobre el disco no es constante; es decir en algún momento es mayor que en otros; por ende el coeficiente de rozamiento no es el mismo en todo los puntos de la trayectoria.
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11. b. Recomendaciones
Realizar un buen laboratorio N°2 ya que de ahí partirán todos nuestros datos para el nuestro informe.
Al momento de la experiencia (en el laboratorio), las recomendaciones son iguales.
Observar muy bien las unidades del experimento y lograr que estén en el SI.
Para poder hallar la elongación o deformación de los resortes es preferible que sea por diferencia de longitudes que por medida a simple inspección.
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12. Bibliografía Fuentes de internet:
Informes de ayuda: http://es.scribd.com/doc/16681383/Segunda-Ley-deNewton-experimento-en-Laboratorio
Informes
de
ayuda:
http://es.scribd.com/doc/54493478/INFORME-
ayuda:
http://es.scribd.com/doc/113741580/Informe-4-
FISICA-3-Y-4
Informes
de
Trabajo-y-Energia-Cinetica Fuentes Bibliográficas:
José Martin Casado Márquez.Física I para Estudiantes de Ciencias e Ingeniería.Editorial Universitaria de la UniversidadNacional de Ingeniería (EDUNI), Lima, Perú, 2008.
James. L. Meriam, L. Glenn Kraige. Mecánica para Ingenieros Dinámica (TomoII). Tercera edición. Editorial Reverté S.A.Barcelona, España. 1998.
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