Lab Fisica 10 Junio 2010

8/6/2019 Lab Fisica 10 Junio 2010

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Tercer laboratorio

1UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniera dePetrleo, Gas Natural y Petroqumica


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Tercer laboratorio

SEGUNDA LEY DE NEWTON1. OBJETIVOS:

Verificar experimentalmente en el laboratorio larelacin que existe entre la fuerza, la masa y laaceleracin, a la que llamamos Segunda Ley deNewton.

2.FUNDAMENTO TEORICO:

El cambio de movimiento es proporcional a la fuerzamotriz impresa y ocurre segn la lnea recta a lo largode la cual aquella fuerza se imprime.

La segunda ley explica qu ocurre si sobre un cuerpoen movimiento acta una fuerza. En ese caso, la

fuerza modificar el estado de movimiento,cambiando la velocidad en mdulo o direccin. Enconcreto, los cambios experimentados en la cantidadde movimiento de un cuerpo son proporcionales a lafuerza motriz y se desarrollan en la direccin de esta;esto es, las fuerzas son causas que producenaceleraciones en los cuerpos. Consecuentemente, hayrelacin entre la causa y el efecto, esto es, la fuerza y

la aceleracin estn relacionadas.

En trminos matemticos esta ley se expresamediante la relacin:



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Donde vecp es la cantidad de movimiento y vecF lafuerza total. Bajo la hiptesis de constancia de lamasa y pequeas velocidades, puede reescribirse mssencillamente como:

Que es la ecuacin fundamental de la dinmica,donde la constante de proporcionalidad distinta paracada cuerpo es su masa de inercia, pues las fuerzasejercidas sobre un cuerpo sirven para vencer suinercia, con lo que masa e inercia se identifican. Espor esta razn por la que la masa se define como una

medida de la inercia del cuerpo.

Por tanto, si la fuerza resultante que acta sobre unapartcula no es cero, esta partcula tendr unaaceleracin proporcional a la magnitud de laresultante y en direccin de sta. La expresinanterior as establecida es vlida tanto para lamecnica clsica como para la mecnica relativista, a

pesar de que la definicin de momento lineal esdiferente en las dos teoras: mientras que la dinmicaclsica afirma que la masa de un cuerpo es siempre lamisma, con independencia de la velocidad con la quese mueve, la mecnica relativista establece que lamasa de un cuerpo aumenta al crecer la velocidad conla que se mueve dicho cuerpo.

De la ecuacin fundamental se deriva tambin ladefinicin de la unidad de fuerza o newton (N). Si lamasa y la aceleracin valen 1, la fuerza tambinvaldr 1; as, pues, el newton es la fuerza que aplicadaa una masa de un kilogramo le produce una

http://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Masa_inercialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cl%C3%A1sicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_relativistahttp://es.wikipedia.org/wiki/Newton_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Masa_inercialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cl%C3%A1sicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_relativistahttp://es.wikipedia.org/wiki/Newton_(unidad)


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aceleracin de 1 m/s. Se entiende que la aceleraciny la fuerza han de tener la misma direccin y sentido.

La importancia de esa ecuacin estriba sobre todo en

que resuelve el problema de la dinmica dedeterminar la clase de fuerza que se necesita paraproducir los diferentes tipos de movimiento: rectilneouniforme (m.r.u), circular uniforme (m.c.u) yuniformemente acelerado (m.r.u.a).

3.EQUIPO UTILIZADO:

Chispero electrnico.

Fuente del chispero.

Tablero con superficie de vidrio yconexiones para aire comprimido.

Papel elctrico tamao A3.

Un disco de 10cm de radio.



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Una regla de 1m graduada enmilmetros.

4.DIAGRAMA DE FLUJO DEL EXPERIMENTO

REALIZADO:



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5.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

A. Obtencin de una trayectoria

bidimensional del disco


SEGUNDA LEY

DE NEWTON

El objetivo esverificar

experimentalmente la segunda ley

de Newton.

Obtencin de unatrayectoria

bidimensional deldisco.

Calibracin de los

resortes.


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a) Fijamos los dos resortes al los costados deltablero con el disco. Colocamos el papel bondA3 sobre el papel elctrico.

b)Marcamos los puntos fijos de cada resorte A yB.

c) Abrimos la llave del aire comprimidomoderadamente para que a la hora derealizar el experimento no haya problemascon los puntos.



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d) El disco se coloca en un extremo del tablero.Se prende el chispero, inmediatamentedespus se suelta el disco. Cuando la

trayectoria del disco se cruza por primeravez, se apagar primero el chispero y luegose cerrar la llave de aire.

e)

Luego de obtener el registro de la trayectoria,se proceder a determinar la aceleracin deldisco y la fuerza sobre l en cada instante.



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B. Calibracin de los resortes

a) Con centro en A y con radio igual a la longitudnatural del resorte fijo en ese punto trace una

semicircunferencia en el papel donde esta registradala trayectoria. Repetir lo mismo con el resorte fijo enB.

b) Mida la elongacin mxima que ha tenido cadaresorte durante este experimento.

c) Usando el mtodo descrito en el experimento N 2

halle la curva de calibracin de cada resorte. Usepesos de 10g, 20g, 50g, 100g, 500g, hasta queobtenga la misma elongacin mxima que en elregistro de la trayectoria.

Pesa de 195,5 g

Pesa de 72,55 g



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Pesa de100 g Pesa de

51,5 g

Balanza pesando cadauna de las pesas

Nota: La partcula cuyomovimiento vamos a estudiar es el centro del disco.

ANALISIS DE LOS RESULTADOS

NOTA: Es necesario que el tratamiento de los datosexperimentales y el anlisis correspondientes sehaga dentro de las tres horas que dure la sesin delaboratorio, de esta manera el estudiante tendr la

oportunidad de descubrir probables errores quecometi durante la adquisicin de datos y podrcorregirlos. Adems, podr contar con la accesoria desu profesor.

1. Presente la curva de calibracin de cada resorte.

Para hallar la curva de calibracin de cada resorteque es una curva de x vs. F (fuerza) hallamos lafuerza y la variacin del resorte:



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Resorte A tiene una longitud de 10.7 cm Pesa N 1 : masa = 0.1955 kg ; F = 0.1955

x 9.81 = 1.918 Nx = 13.4 10.7 = 2.7 cm

Pesa N 2 : masa = 0.100 kg ; F = 0.1 x9.81 = 0.981 N

x = 11.6 10.7 = 0.9 cm

Pesa N 3 : masa = 0.07255 kg ; F =0.07255 x 9.81 = 0.7117 N

x = 11.2 10.7 = 0.5 cm Pesa N 4 : masa = 0.0515 kg ; F = 0.0515

x 9.81 = 0.5052 Nx = 10.9 10.7 = 0.2 cm



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Resorte B tiene una longitud de 11.0 cm Pesa N 1 : masa = 0.1955 kg ; F = 0.1955

x 9.81 = 1.918 Nx = 13.8 11 = 2.8 cm

Pesa N 2 : masa = 0.100 kg ; F = 0.100 x9.81 = 0.981 N

x = 12.0 11 = 1.0 cm Pesa N 3 : masa = 0.07255 kg ; F =

0.07255 x 9.81 = 0.7117 Nx = 11.6 11 = 0.6 cm

Pesa N 4 : masa = 0.0515 kg ; F = 0.0515x 9.81 = 0.5052 N

x = 11.4 11 = 0.4 cm



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2. Determine en Newton el modulo de la fuerzaresultante que los resortes ejercieron sobre el disco

en los puntos 8, 13 y 18 de la trayectoria. Oaquellos puntos indicados por su profesor.F (8) = 0.09176 N F (13) = 0.1628 N F (18) =0.1794 N

3.Dibuje a escala, sobre los puntos indicados de latrayectoria, el respectivo vector fuerza resultante.

4.Determine aproximadamente el vector velocidadinstantnea en los instantes

t = 7.5 ticks y t = 8.5 ticks. Para ello efectu lasiguiente operacin vectorial.V (7.5) = ( r8 r7 ) / 1 tick y V (8.5) = ( r9 r8 ) /

1 tick

r(7)= 26.2i + 22.6j

r(8)= 28.6i + 25.0j

r(9)= 32.2i + 27.2j

V(7.5)= r(8) - r(7) / 1 Tick V(8.5)=r(9) r(8) / 1 Tick

V(7.5)= 28.6i + 25j ( 26.2i + 22.6j) V(8.5) =32.2i + 27.2j (28.6i + 25j) 1/401/40



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V(7.5) = 96i + 96j cm/s V(8.5) =144i +88j cm/s

5. Determine geomtricamente la aceleracininstantnea en el instante t = 8 ticks.

a (8) = ( V(8.5) V(7.5) ) / 1 tick.

a(8) = V(8.5) V(7.5

1 tick

a(8) = 144i + 88j ( 96i + 96j )

1/40

a(8) = 1920i 320j cm/s2

6. Usando el mismo criterio que en los pasos 4 y 5,determine la aceleracin en los instantes t = 13ticks y t = 18 ticks.

r(12)= 40.6i + 31.2j

r(13)= 42.8i + 30.8jr(14)= 45.0i + 31.0j

r(17)= 47.0i + 26.4j

r(18)= 46.6i + 24.6j



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r(19)= 47.3i + 22.7j

V(12.5)= V(13) - V(12) V(17.5)=V(18) V(17)

1 tick 1tick

V(12.5)= 88i 16jV(17.5)= - 16i 72j

V(13.5)= V(14) V(13)

V(13.5)= 88i + 8jV(18.5)=28i 76j

7. Compare la direccin de los vectores aceleracinobtenidos con los vectores fuerza obtenidos en losmismos puntos.

8. Determine la relacin entre los mdulos del vectorfuerza y el vector aceleracin en cada instanteconsiderado.

9. Definiendo como el ngulo entre los vectores F ya en cada instante, llene la siguiente tabla:

En la siguiente tabla se expone la pregunta 7, 8 y 9.



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Instante

(tick)

Modulo

de a

(m/s2)

Modulo

de F (N)

Angulo

( grados

sexagesim

ales)

F/a (kg)

8 19.464 0.09176 1.52 4.7 X

10-3

13 0.24 0.1628 2.95 0.678

18 0.4418 0.1794 178.48 0.406

10. Escriba sus conclusiones y/o comentarios.

Al realizar el siguiente experimento podemosconcluir que mediante este podemos demostrarla forma de hallar la constante K de laecuacin F = K. x.

Tambin podemos demostrar como hallar la

fuerza resultante y la aceleracin en cadainstante de movimiento.

Entonces generalizando decimos q mediante elexperimento logramos demostrar la segunda leyde Newton tanto experimentalmente comopractico terico calculando y realizando los

clculos respectivos para cada anlisis quehacemos.

Comentando el experimento realizado podemosdecir que con este se puede demostrarclaramente como es que demostramos la



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segunda ley de newton aplicando nuestrosconocimientos sobre el tema a tratar.

INDICE

Caratula pg. 1

Objetivospg. 2

Fundamento Tericopg. 2

Equipo utilizadopg. 4

Diagrama de flujo..pg. 5



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Procedimientoexperimental pg. 6

Anlisis de los resultados

pg. 9

Conclusiones y/o comentariospg. 15

ndice..pg. 16

Bibliografa.pg. 17



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BIBLIOGRAFIA

Fsica, Serway, Raymond A, edit. InterAmericana, Mxico (1985). Fsica, Resnick, Robert; Halliday, David;Krane, Kenneth S, edit. CECSA (1993)

Fsica, Tipler, Paul A., edit. Revert, Barcelona(1978).

Physics, McCliment, Edward R., edit: HarcourtBrace Jovanovich, Publishers, San Diego (1984)

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Fsica I, Mecnica, Alonso, M y Finn E. J., Edit.Fondo Educativo Interamericano,Bogot (1976)

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