SEGUNDA LEY DE NEWTON. MQUINA DE ATWOOD

(SISTEMA DE FOTOCOMPUERTA Y POLEA).

Physics Labs with Computers. PASCO. Actividad Prctica 10.

Teachers Guide Volumen 1. Pg. 89. Student Workbook Volumen 1. Pg. 63.

EQUIPOS REQUERIDOS: Ssitema de Fotocompuerta y Polea

Masas y Sostenedores

Cuerda

Tabla Universal

OBJETIVOS:

Al finalizar la prctica, el estudiante debe estar en la capacidad de:

* Utilizar el Sistema de Fotocompuerta y Polea para medir la velocidad de masas aceleradas.

* Determinar grficamente con el software de Data Studio la aceleracin de las masas.

* Calcular el valor terico de la aceleracin.

* Comparar el valor terico de la aceleracin con el valor experimental obtenido.

TEORA

La aceleracin de un objeto depende de la fuerza neta y de la masa del objeto. En una mquina de

Atwood, la diferencia de peso entre dos masas colgantes determina la fuerza neta que acta sobre el

sistema conformado por ambas masas. Esta fuerza neta acelera ambas masas colgantes; la masa ms

pesada es acelerada hacia abajo y la ms liviana es acelerada hacia arriba.

Basndose en el diagrama de cuerpo libre, T es la tensin en la cuerda, M2 > M1, y g es la

aceleracin de la gravedad. Considerando que hacia arriba las fuerzas son positivas y hacia abajo

negativas, las ecuaciones de fuerza neta para M1 y M2 son las siguientes:

Suponiendo que la polea es de masa despreciable, que la friccin es nula y que la cuerda es de masa

despreciable e inextensible, entonces T1 = T2. Despejando a, la aceleracin del sistema de ambas masas, la aceleracin terica es g veces la diferencia entre las masas dividida por el total de las masas.

2da. Ley de Newton (Atwood)

PARTE I: CONFIGURACIN DEL EQUIPO.

1. Conecte la interface del

ScienceWorkshop al computador,

encienda la interface y encienda el

computador.

2. Conecte el plug de la Fotocompuerta al

canal digital 1 de la interface.

3. En la pantalla principal, haga un click en Data Studio para

abrir el archivo, a continuacin aparecen cuatro opciones, escoja

Crear Experimento y realice un doble click.

Puede visualizarse en la pantalla del computador una fotografa

del Scienceworkshop. Haga un click en la lnea de los canales

para aadir el sensor.

Lnea de canales

En la pantalla se despliega una ventana

para escoger el Sensor Digital.

Para esta prctica, seleccione la opcin

Polea Inteligente y dele un click a aceptar.

Nota: La longitud de arco de la polea

est fijada en 0.015 m. Si est utilizando

una polea diferente, cambie la longitud

de arco en el sensor de ventana haciendo

doble click en el icono del sensor en la

ventana de configuracin del

experimento.

2da. Ley de Newton (Atwood)

PARTE II: CALIBRACIN DEL SENSOR Y CONFIGURACIN DEL EQUIPO.

No es necesario calibrar el sensor. 1. Monte el sujetador en el borde de una mesa.

2. Utilice la vara sostenedora de la polea para

adjuntar la polea a la lengeta de la

Fotocompuerta.

3. Coloque el Sistema de Fotocompuerta y

Polea en el sujetador para que la varilla quede

horizontal.

4. Use un pedazo de cuerda de unos 10 cm

ms largo que la distancia desde la parte

superior de la polea hasta el piso o mesa.

Coloque la cuerda en la ranura de la polea.

5. Coloque portamasas o sostenedores a cada

extremo de la cuerda.

Para atar la cuerda al sostenedor, anude y

enrolle alrededor de 5 veces.

6. Coloque unos 100 gramos de masa en un sostenedor y registre la masa total de M1 en la tabla de

datos del Post-laboratorio. (Asegrese de incluir los 5 gramos de la masa del sostenedor en la masa

total). En el otro sostenedor, coloque un poco ms de masa, unos 110 gramos, para que M2 sea

ligeramente mayor que M1. Registre el valor de M2 en la tabla de datos. (Recuerde los 5 gr de masa

del sostenedor).

7. Mueva el sostenedor de M2 hacia arriba hasta que casi toque a la polea. Sostenga a M2 para que

no se caiga. Gire la polea de modo que el haz de la Fotocompuerta no se bloquee (el diodo emisor

de luz roja (LED) en la Fotocompuerta no debe encenderse).

PARTE IIIA: TOMA DE DATOS MASA TOTAL CONSTANTE.

1. En la parte inferior, observe el men Pantallas. Al hacer click en Grfico, el programa le permite escoger el tipo de grfico que usted desea visualizar. Incluso puede nuevamente hacer click

en grfico y escoger otro de su inters. Los grficos se superponen, ruede con el mouse. La opcin

tabla del mismo men, le permite ir viendo los datos en el computador de forma tabulada, en el

mismo momento en que son tomados. Se recomienda para esta prctica desplegar los grficos de

posicin versus tiempo y de velocidad versus tiempo.

2da. Ley de Newton (Atwood)

INICIO

GRAFICO

TABLA

2. Inicie el registro de datos dndole un click al botn de Inicio que est en la parte superior de la pantalla.

3. Suelte el sostenedor de M2 y deje caer. Detenga la grabacin justo antes de que el sostenedor de

M1 llegue hasta la polea. No deje que la masa en movimiento golpee a la polea.

El botn Detener est en el mismo lugar donde antes deca Inicio.

Para observar mejor la(s) grfica(s), seleccione el cono Optimizar Escala (en la parte superior del grfico) y automticamente el programa adeca los ejes a los datos del experimento.

4. Determine la aceleracin experimental.

En el grfico de Velocidad vs. Tiempo, utilice el cursor para hacer click y dibujar un rectngulo en

torno a una regin que sea relativamente recta.

Haga un click en el cono Ajustar (en la parte superior del grfico) y seleccione ajuste lineal, el programa muestra la recta de ajuste, cuya pendiente representa la aceleracin experimental de las

masas para la corrida nro. 1. Anote este valor en la tabla de datos.

Optimizar escala Herramienta de Ajuste

2da. Ley de Newton (Atwood)

5. Repetir los pasos anteriores, para crear cuatro combinaciones ms de masas. Es decir, se

obtendrn las corridas 2, 3, 4 y 5. Para cada caso, la idea es que la fuerza neta vare, pero la masa

total del sistema permanecer constante.

Por ejemplo, para la Corrida nro. 2, mueva una masa del sostenedor de M2 y psela a M1. Este

proceso cambia la fuerza neta, sin cambiar la masa total del sistema. Registre la nueva masa de cada

sostenedor en la tabla de datos. Determine la aceleracin experimental para este caso.

Para la Corrida nro. 3, mueva otra masa del sostenedor de M2 y psela a M1 y as sucesivamente

hasta completar las 5 corridas.

Recuerde que para cada caso debe registrar en la tabla las masas de los sostenedores (M1 y M2), as

como la aceleracin experimental.

PARTE IIIB: TOMA DE DATOS FUERZA NETA CONSTANTE.

1. Colocar las masas tal y como estaban en la Corrida nro. 1. (Recuerde que M2 era ligeramente

mayor que M1). Ahora, lo que se pretende es cambiar la masa total del sistema, pero manteniendo la

misma fuerza neta. Para ello, hay que aadir exactamente la misma cantidad de masa a los dos

sujetadores.

2. Aadir 10 g de masa a cada sujetador. Registre la nueva masa total de cada sostenedor en la tabla

de datos. (Corrida nro. 6). Suelte el sujetador M2 y djelo caer. Comience a tomar los datos.

Detenga la grabacin justo antes de que el sujetador M1 toque la polea. Determine la aceleracin

experimental.

3. Repita el paso anterior (aada siempre 10 g ms de masa a cada sujetador) para crear cuatro

corridas ms. Para cada corrida, la fuerza neta permanece constante, pero la masa total del sistema

cambia.

Recuerde que para cada caso debe registrar en la tabla las masas de los sostenedores (M1 y M2), as

como la aceleracin experimental.

ANALIZANDO LOS DATOS

1. Para cada una de las corridas, utilizando los valores de las masas, calcule y registre la fuerza neta

en la tabla de datos.

Fnet = (M2 M1 ) g

2. Utilizando la masa total y la fuerza neta, calcule la aceleracin terica, a travs de la ecuacin:

a = Fnet / (M1 +M2)

3. Para cada corrida, calcule y registre la diferencia porcentual entre la aceleracin experimental y la

aceleracin terica.

POST-LABORATORIO

Cmo se aplica en la vida real la mquina de Atwood?

2da. Ley de Newton (Atwood)

Tabla de Datos: Masa Total Constante

Corrida M1

(kg)

M2

(kg)

a exp

(m/s2)

F neta

(N) M1 + M2

(kg)

a teor

(m/s2)

Diferencia

Porcentual

1

2

3

4

5

Tabla de Datos: Fuerza Neta Constante

Corrida M1

(kg)

M2

(kg)

a exp

(m/s2)

F neta

(N) M1 + M2

(kg)

a teor

(m/s2)

Diferencia

Porcentual

6

7

8

9

10

Preguntas:

1. Compare la aceleracin experimental con la aceleracin terica, determinando la diferencia

porcentual. Qu causas podran considerarse para esta diferencia porcentual?.

2. Para los datos de masa total constante, realice un grfico de Fuerza neta vs. aceleracin

experimental. Nota: Incluya un signo negativo para la aceleracin cuando M1 es mayor que M2.

Anexe el grfico al post-laboratorio.

3. Dibuje la mejor lnea de ajuste en el grfico. Qu representa la pendiente de sta lnea?.

4. Cmo el grfico de Fuerza vs. aceleracin se relaciona con la Segunda Ley de Newton?.