UNIVERCIDAD UNIVER CIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO LABORATORIO DE FÍSICA FÍSICA A A Profesor: Valerio Tunque Suyo
Título de la pr!t"!a: “Segunda Ley de Newton”
Realizado por: Vilca Mamani Zenon
Feca de ela!oraci"n: Lune#$ %& de 'unio de (%)&
Feca de entrega: Lune#$ )* de 'unio de (%)& 115 A
+rupo: (%)& . Seme#tre: 2016
,-o:
R/S0M/N 1urante el e2perimento de la Segunda Ley de Newton$ #e !u#ca demo#trar que la aceleraci"n e# directamente proporcional a la 3uerza neta aplicada a un #i#tema e in4er#amente a la ma#a del mi#mo5 /#to #e logra con#iderando do# m6todo#$ el primero donde la ma#a permanece con#tante y el #egundo donde la 3uerza e# la con#tante$ utilizando el equipo y la tecnolog7a nece#ario#5 ,dem8# mediante gr83ica# podremo# compro!ar la ma#a y la 3uerza compar8ndola# con la# pendiente# re#pecti4a#5
FIGURA 1 Esto es lo que Sir Isaac Newton indicaba, considerando F como la fuerza neta o la sumatoria de las fuerzas aplicadas sobre un sistema específico.
OB9/TIVOS:
Comprobar la Segunda Le de Newton.
Las Lees del !o"imiento de Newton son los pilares de la din#mica, que estudia la interacci$n de los ob%etos la consecuencia de estas interacciones en su mo"imiento.
Primera Ley o de Inercia: &ambi'n conocida como Le de la Inercia. Establece que si la fuerza neta sobre un ob%eto es cero si el ob%eto est# en reposo, permanecer# en reposo si est# en mo"imiento permanecer# en mo"imiento en línea recta con "elocidad constante. (n e%emplo de esto puede encontrarse en el mo"imiento de los meteoritos asteroides, que "agan por el espacio en línea recta a "elocidad constante, siempre que no se encuentren cercanos a un cuerpo celeste que los des"íe de su traectoria rectilínea.
Segunda Ley o de Fuerza: Indica que la interacci$n con el medio debe ser proporcional a la aceleraci$n, es decir, establece la relaci$n entre la acci$n )ec)a sobre un ob%eto, que llamamos Fuerza la respuesta del ob%eto a esta acci$n, que se traduce en el cambio de "elocidad.
Ec. * Es un a+ioma que pone una frontera a lo que se considera el ob%eto de estudio, el medio ambiente mide la interacci$n entre ambos. La cantidad que mide la relaci$n entre la fuerza que se e%erce sobre el la aceleraci$n adquirida por el cuerpo, es la masa inercial.
m= F / a Ec. En consecuencia la segunda le puede ser escrita como-
F= ma Ec.
Tercera Ley o de Acci ón-Reacci ón: E+pone que por cada fuerza que act/a sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de
igual intensidad direcci$n, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produ%o. 0ic)o de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud opuestas en direcci$n. Es importante obser"ar que este principio de acci$n reacci$n relaciona dos fuerzas que no est#n aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, seg/n sean sus masas. 1or lo dem#s, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda le.
MARCO TEORICO DE LA PRÁCTICA Como a conocemos, Newton describi$ la relaci$n entre la aceleraci$n, la fuerza la masa de la siguiente manera“La aceleración que adquiere un sistema es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada, e inversamente proporcional a su masa” !atem#ticamente, si a es la aceleraci$n, Fneta es la fuerza neta, m es la masa, tenemosEc. 2 3plicando la Segunda Le de Newton al arreglo est#tico usado en esta acti"idad para un ob%eto acelerado por el peso de una masa colgante, despreciando la fricci$n, la aceleraci$n del ob%eto la masa colgante puede ser escrita comoEc. 4
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Materiales:
A!"R# $plorer GL$ A!"R# !ensor de movimiento %arril de 1&'m %arrito din(mico
olea con pinza con)unto de masas en*anc+ados alanza %uerda trenzada
Diagrama:
Selecci $n de 0atos *. 5aga clic arrastre el cursor para dibu%ar un rect#ngulo alrededor de la regi$n en el gr#fico 6 "s t que muestra la aceleraci$n positi"a. El #rea se resaltar#. . 1ulse el bot$n 7Fit8, seleccione el a%uste lineal de la cur"a. La pendiente de la 6 "s t es la aceleraci$n media del carro. . 9egistre la pendiente de la recta :aceleraci$n;.
2. (sando los "alores de masa medidos, calcule registre la fuerza e%ercida sobre el sistema. 4. 9epita el proceso anterior 4 "eces, trasladando los anillos del carro al porta masas uno por uno. <. =rafique la fuerza aplicada "s la aceleraci$n. La linealidad de los datos sustentar#n la Segunda Le de Newton.
Fer !a Con"#an#e El computador a est# preparado para la segunda parte de nuestra pr#ctica. En cuanto a los tres aspectos a considerar para el e+perimento "an a "ariar algunos pasos. 3rreglo del Equipo *. 6erificar que la pista est' correctamente ni"elada con la superficie )orizontal. *. Coloque los 4 anillos en el carro uno en el porta masas. . 1onga el carro en la pista de modo que el ganc)o del sensor de fuerza est' en direcci$n opuesta al sensor de mo"imiento :*4 o 2>cm;. . 3te el porta masas al otro e+tremo de la cuerda col$quela en la ranura de la polea. 3%uste la altura de la polea para que el cord $n sea paralelo a la pista. &oma de 0atos *. 5ale el carro sobre la pista )acia el sensor de mo"imiento pero mant'ngalo ale%ado por lo menos la distancia mínima del sensor de mo"imiento. No permita el c)oque del porta masas con la polea. . 3ntes de cada corrida de datos, seleccionar el !en/ 7E+periment8 dar clic en 79emo"e 3LL data8, fí%ese que las aplicaciones 9un ?* 9un ? est'n acti"as para generar las gr#ficas de 6 "s t F "s & autom#ticamente. . Empiece a grabar los datos al momento en que suelte el carro, dando clic en el bot$n 7Start8, )asta los @> cm a marcados con una barrera met#lica. 2. 0etenga la grabaci$n de datos antes de que el carro alcance la barrera. Selecci $n de 0atos *. 5aga clic arrastre el cursor para dibu%ar un rect#ngulo alrededor de la regi$n en el gr#fico 6 "s t que muestra la aceleraci$n positi"a. El #rea se resaltar#.
R/S0LT,1S: Ta!la# de 1ato# /2perimentale#: #a-la 1&. /ediciones 0irectas Re*istradas 1ortamasas :1m; A.24 9un ?* !asa total de la masa colgante :porta masas; 9un ?* !asa total del carro 9un? !asa total del carro, m#s >.>>g 9un? !asa total del carro, m#s >.2>>g 9un ?2 !asa total del carro, m#s >.<>>g
EDEC(CIN 9un ?* 9un ? 9un ? 9un ?2
>.>44 >.2B< >.A* >.B4> >.A4<
3CELE93CIN :ms; >.4@ >.22 >.2 >.@
OBSERVACIONES EXPERIMENTALES )5; regi#tre #u# re#ultado# y re#ponda en la #ecci"n in3orme de la!oratorio5 <=u6 4a pa#ar a un o!'eto cuando #e le aplica una 3uerza neta a ella > (5;<=u6 4a a pa#ar con el mo4imiento de un cuerpo con ma#a 4aria!le al mantener la magnitud de la 3uerza con#tante>
ANALISIS DE DATOS EXPERIMENTALES ?alculara la aceleraci"n te"rica para la# cuatro corrida# de acuerdo a la ecuaci"n
Mportamasas . g a= Mcarro + Mportamasas
Para Run #1
a1=
0.055 x 9.8 0.496 + 0.055
=
0.539 0.551
2
= 0.978 m / s
Para Run #2
a2=
Para Run #3
a3 =
Para Run #4
a 4=
0.055 x 9.8 0.721 + 0.055
0.055 x 9.8 0.950 + 0.055
0.055 x 9.8 0.756 + 0.055
=
=
=
0.539 0.776
0.539 1.005
0.539 0.811
= 0.694 m / s
2
= 0.536 m / s
2
=0.665 m / s
2
(@ 1etermina el error porcentual entre el 4alor teorico y e2perimental de la aceleraci"n5 Regi#tre #u# re#ultado# en la ta!la de dato#5
e
|
=
ateorica− a
experimental
ateorica
|
x 100
e
Aara Run B ) Aara Run B ( Aara Run B * Aara Run B )
|
1=
e
0.44 −0.694
|
0.34 − 0.536
3=
e
0.58
|
2=
e
0.58 − 0.978
0.44
|
4=
0.34
0.28−0.665 0.28
|
x 100 =
0.398 0.58
|
0.254
|
0.196
x 100 =
x 100 =
|
x
100=
0.44
0.34
0.385 0.28
= 0.686
0.577
=
= 0.576
1.375
=
*@ la 3uerza neta Ccolgante ma#i4a 2D5E VGg@ %5HH2D5EI H5*D J@ ?ompleta la ta!la *
/'ecuci"n
Ma#a$ carito CGg@
Ma#a Total CGg@
,celeraci"n te"rica C
m/s Run B) Run B( Run B* Run BJ
%5JD& %5() %5DH% %5H&
2
,celeraci"n e2p5C m / s
@ %5HE %5JJ %5*J %5(E
K
2
@
Comentario ! u"erenia Si re"isamos a consciencia el e+perimento realizado nos daremos cuenta que*. No se limpi$ constantemente la superficie com/n entre la pista las ruedas del carro para minimizar el rozamiento que se produce. . Se coloc$ bien la cuerda en la polea se procur$ que esta no toque la barrera met#lica. . Se intent$ tener la m#+ima precisi$n posible dentro de los par#metros )umanos en cuanto al mane%o del cron$metro. 2. Se pes$ correctamente cada anillo, el porta masas el carro din#mico. 4. No se control$ a los compaGeros que estaban mo"i'ndose en frente del sensor respecti"o. <. 3l momento de escoger los datos que usaríamos para el a%uste tratamos de elegir los que presentaban maor tendencia lineal así tener pendientes :aceleraciones; m#s precisas. 1or estos factores mencionados anteriormente, al momento de realizar los gr#ficos para demostrar la Segunda Le de Newton no se present$ incon"eniente alguno porque el error para cada pendiente fue mínimo se mantu"o en el margen del 4H *>H aceptable para esta pr#ctica. Esto se debi$ a que de los seis aspectos considerados se cumplieron a cabalidad ob"iamente se redu%o el error en la pr#ctica. 3l inicio los "alores e+perimentales de las pendientes para estas gr#ficas salían distantes de los "alores te$ricos, es decir, que el error en la pr#ctica era maor al *>H, )aciendo la re"isi$n minuciosa en busca de errores nos dimos cuenta que el a%uste lineal al momento de graficar 7F "s a8 7a "s *m8 no era el correcto a que el intercepto debe ser en el origen a nosotros nos quedaba en otro punto. Felizmente fue un simple error de graficaci$n de datos, esto sucedi$ porque al e+pandir las gr#ficas el origen por lo regular desaparece del rango aparente de nuestra )o%a. Siendo específicos para lograr el me%or a%uste lineal en el caso de la primera gr#fica 7F "s a8 es preciso notar que los datos * son aberrantes por lo tanto los descartamos a que seguramente se deber#n a alguno de los tres factores que no consideramos en la pr#ctica. En la segunda gr#fica 7a "s *m8 así mismo para considerar la me%or recta se tu"o que descartar dos datos aberrantes, el * el <, probablemente por los mismos factores que la anterior gr#fica. Nos atre"eríamos a decir que tu"o muc)o que "er el )ec)o de la selecci$n de datos para establecer las distintas aceleraciones quiz#s para esos cuatro datos no fueron escogidos los datos que proporcionaban maor e+actitud.
?N?L0?.N Se logr$ demostrar la Le de Newton a que mediante el e+perimento de masa constante, la toma selecci$n de datos arro%$ distintas fuerzas aceleraciones pero mediante la gr#fica 7F "s a8 claramente se obser"a que la fuerza aumenta mientras aumenta la aceleraci$n, mientras que la masa :pendiente; es constante para todos los puntos de la recta. Esta linealidad en los datos es lo que permite comprobar la Segunda Le. 1ara el e+perimento de fuerza constante :pendiente del gr#fico;, los datos de aceleraciones los recíprocos de las masas mediante la gr#fica 7a "s *m8 se "e que a medida que aumenta la aceleraci$n aumentan los recíprocos de las masas es decir que las masas disminuen, lo cual termina de demostrar la Segunda Le de Newton.
