dinámica de la Partícula

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”
ÁREA DE CIENCIAS DE LA SALUD
PROGRAMA DE INGENIERÍA BIOMÉDICA
DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y MATEMÁTICA
COORDINACIÓN DE LABORATORIOS DE FÍSICA
LABORATORIO DE FÍSICA I
Y FÍSICA GENERAL
PRÁCTICA Nº 5
DINÁMICA DE LA PARTÍCULA: SEGUNDA LEY DE NEWTON
Punto Fijo; Agosto de 2021

2. PRACTICA Nº 5
DINÁMICA DE LA PARTÍCULA: SEGUNDA LEY DE NEWTON
OBJETIVO
Demostrar la relación que existe entre la fuerza aplicada, masa y aceleración
de una partícula para verificar la segunda ley de Newton.
PRELABORATORIO
Responde las siguientes interrogantes:
¿Qué es la dinámica?
¿Cómo se enuncia la Segunda Ley de Newton?
¿Dibuja los Diagramas de Cuerpo Libre de los cuerpos de la Figura 6.1,
mostrada en la guía?
¿Cuáles son las ecuaciones de estos diagramas y como se consigue la
aceleración del sistema?
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Dinámica
La dinámica estudia por que se mueven los cuerpos, es decir, cuales son las
causas que crean la variación de su estado de movimiento.
El movimiento fue estudiado por Galileo al ser escéptico acerca de los puntos de
vista de Aristóteles, y sobre sus cimientos Isaac Newton construyo su grandiosa
teoría que se resume en sus famosas Tres Leyes del Movimiento.
De esta manera la Primera Ley de Newton afirma que si no actúa “Fuerza Neta"
alguna sobre un cuerpo este permanece en reposo, o bien, si esta en movimiento
continua moviéndose con rapidez constante en línea recta.
Pero ¿Que sucede si una fuerza actúa sobre un cuerpo? Newton percibió que la
velocidad debe cambiar, de tal manera que si la “fuerza neta" obra sobre un lado
del objeto en movimiento, su dirección y la magnitud de su velocidad cambiarían.
Puesto que un cambio en la velocidad produce una aceleración, podemos decir

3. que una fuerza neta da lugar a una aceleración, con la particularidad de que si se
duplica la fuerza la aceleración también lo hace, sin embargo, la aceleración de un
objeto no solo depende de la fuerza que se aplique al mismo, sino que también
depende de la masa, de tal manera que para una misma fuerza neta aplicada
mientras mayor sea la masa menor será la aceleración. En resumen, esto se
conoce como la Segunda Ley de Newton y la misma permite establecer una
relación numérica entre las magnitudes “Fuerza" y “Aceleración" y se podría
enunciar como:
Reagrupando llegamos al enunciado más usado de la Segunda Ley de Newton en
la forma:
Es importante entonces tener en claro los conceptos de fuerza y masa, además de
las diferentes fuerzas que pueden actuar sobre un cuerpo.
Fuerza (F): Es todo agente externo capaz de modificar el estado de movimiento
de un cuerpo. Su unidad en el S.I es el Newton (kg*m/s2
).
Masa (m): Es una medida de la inercia de un cuerpo. Cuanto mayor es la masa de
un cuerpo tanto menor es la aceleración de ese cuerpo (cambio en su estado de
movimiento) bajo la acción de una fuerza aplicada. Su unidad en el S.I es el kg.
Peso (P): Es la fuerza con que la tierra atrae a os cuerpos hacia su centro.
Normal (N): Es la fuerza que ejerce una superficie sobre cualquier cuerpo que se
encuentra sobre ella.
Tensión (T): Es la fuerza que una cuerda no elástica ejerce sobre cualquier
cuerpo unido a ella.

4. A manera de ejemplo apliquemos las Leyes de Newton al sistema mostrado en la
Figura 5.1.
Figura 51: Diagrama de cuerpos para la experiencia práctica
El Carro dinámico será m1 y el portapesas será m2. Realizando los diagramas de
cuerpo libre se tiene:
D.C.L 1
D.C.L 2
Al despejar la tensión en función de la aceleración, podemos simplificarlas y
obtener una ecuación para obtener la aceleración del sistema.

5. EXPERIENCIAS DESARROLLADAS EN EL LABORATORIO:
Experiencia 1: Verificación de la Segunda Ley de Newton: Fuerza Neta
Constante y Masa en Aumento
1. Para la determinación de la aceleración del sistema en el Laboratorio se realiza
el montaje mostrado en la siguiente figura 5.2 y se verifica con el profesor que el
arreglo este correcto
Figura 5.2: Montaje para Experiencia para la 2 Ley de Newton
2. Durante la práctica se ingresa al programa Data Studio, el cual permite tomar
datos con el sensor de movimiento y abrir gráficos de velocidad vs Tiempo, para
determinar la pendiente de la recta, la cual representa la aceleración del sistema
3. Se agrega una masa del valor indicado por el profesor al portapesas unido al
carro. En este caso se usó 20g, más 5g del portapesas para un total de 25g.
4. Se coloca el carro a 15 cm aproximadamente del sensor de movimiento
reteniéndolo para que no se desplace y se hace clic en el botón “inicio",

6. comenzará a correr el tiempo de ensayo, luego suelte el carro para registrar el
movimiento.
5. Se hace clic en el botón detener una vez que analice el movimiento.
6. Con el botón “Habilitar Zoom" seleccione el rango de datos que mejor describan
el movimiento, y con la herramienta “Ajuste" realice un ajuste lineal y determine la
pendiente. Estos pasos se repiten hasta obtener 3 valores para la pendiente.
7. Se coloca el carro a 15 cm aproximadamente del sensor de movimiento y se
añade al mismo una masa igual al doble de la añadida inicialmente, y se repiten
los pasos hasta obtener nuevamente 3 valores para la pendiente.
8. Se coloca nuevamente el carro a 15 cm aproximadamente del sensor de
movimiento pero esta vez se añade otra masa igual al doble de la masa inicial
para un incremento total del cuádruple en la masa original. Se repite la toma de
datos hasta obtener 3 valores para la pendiente.
A continuación se presenta la tabla de valores experimentales obtenidos durante
la experiencia en el laboratorio, empleando en el portapesas inicialmente una
masa de 20g, más 5g del portapesas para un total de 25g que representa la
mnasa ma que se observa en la Tabla 5.1, luego se duplica este valor para
colocarlo sobre el carro dinámico, para una masa mb de 50g y finalmente se
agrega también la masa mc de 50g.
Además se tiene modelo de cálculo para obtener el valor de la aceleración teórica
en cada caso, recordando que para esto se empleará la ecuación obtenida de
aplicar la Segunda Ley de Newton y los Diagramas de Cuerpo Libre al Sistema.
Deben calcular la aceleración teórica cada vez que se agregan las masas mb y mc.
Ecuación para la aceleración teórica:

7. Tabla 5.1: Aceleración del Sistema Experiencia 1
Masa del Portapesas + ma(g): 25g
Masa Carro (g): 500g
Ensayo No. Aceleración Experimental (m/s2
)
1 0,454 m/s2
2 0,466 m/s2
3 0,471 m/s2
Promedio:
Aceleración Teórica(m/s2
) 25g*980,6cm/s2
(500g+25g)
a = 46,695cm/s2
a = 0,46695m/s2
Masa Carro + mb(g): 550g
Ensayo No. Aceleración Experimental (m/s2
)
1 0,438
2 0,441
3 0,446
Promedio
Aceleración Teórica(m/s2
)
Masa Carro + mb+mc(g): 600g
Ensayo No. Aceleración Experimental (m/s2
)
1 0,404
2 0,405
3 0,406
Promedio
Aceleración Teórica(m/s2
)
Determine los promedios de las aceleraciones dadas y la aceleración teórica para
cada caso. Recuerde que para usar las masa en gramos debe utilizar
a =

8. g=980,6cm/s2
, su resultado de aceleración llévelo a m/s2
y determine el error
porcentual de cada aceleración teórica con estas aceleraciones experimentales
promedio. Recuerde
ateórica-aexperim.
ateórica
1. ¿Cómo varía la aceleración del sistema en la experiencia 1? Explique desde el
punto de vista de la física.
Experiencia 2: Verificación de la Segunda Ley de Newton: Masa Total
Constante y Fuerza en Aumento
1. Para la determinación de la Aceleración del sistema se utiliza el mismo arreglo
o montaje de la experiencia 1
2. Se coloca el carro a 15 cm aproximadamente del sensor de movimiento y se
agregan al mismo dos masas iguales reteniéndolo para que no se desplace,
además se agrega una masa en el portapesas según indique el profesor.
3. Se hace clic en el botón “inicio", comenzará a correr el tiempo de ensayo y se
suelta el carro para registrar el movimiento.
4. Se hace clic en el botón detener una vez que analice el movimiento.
5. Con el botón “Habilitar Zoom" seleccione el rango de datos que mejor describan
el movimiento. Con la herramienta “Ajuste” realice un ajuste lineal y determine la
pendiente. Estos pasos se repiten hasta obtener 3 valores para la pendiente.
6. Se coloca el carro a 15 cm aproximadamente del sensor de movimiento
pasando una de las masas del carro al portapesas. Se repiten los pasos de toma
de datos obtener nuevamente 3 valores para la pendiente.
7. Se coloca nuevamente el carro a 15 cm aproximadamente del sensor de
movimiento pasando la masa que queda en el carro al portapesas. Se repite el
ensayo hasta obtener 3 valores para la pendiente.
A continuación se presenta la tabla de valores experimentales obtenidos durante
la experiencia en el laboratorio.
E% = * 100%

9. Tabla 5.2: Aceleración del Sistema Experiencia 2
Masa del Portapesas + ma(g): 25g
Masa Carro +mb+mc(g): 500g + 25g +25g
Ensayo No. Aceleración Experimental (m/s2
)
1 0,424 m/s2
2 0,425 m/s2
3 0,423 m/s2
Promedio:
Aceleración Teórica(m/s2
) 25g*980,6cm/s2
(550g+25g)
a = 42,635cm/s2
a = 0,42635m/s2
Masa del Portapesas + ma+mb(g): 25g+25g
Masa Carro + mc(g): 500g + 25g
Ensayo No. Aceleración Experimental (m/s2
)
1 0,849
2 0,850
3 0,851
Promedio
Aceleración Teórica(m/s2
)
Masa del Portapesas + ma+mb+mc(g): 25g+25g+25g
Masa Carro (g): 500g
Ensayo No. Aceleración Experimental (m/s2
)
1 1,273
2 1,281
3 1,278
Promedio
Aceleración Teórica(m/s2
)
a =

10. Determine los promedios de las aceleraciones dadas y la aceleración teórica para
cada caso. Recuerde que para usar las masa en gramos debe utilizar
g=980,6cm/s2
, su resultado de aceleración llévelo a m/s2
y determine el error
porcentual de cada aceleración teórica con estas aceleraciones experimentales
promedio.
2. ¿Cómo varía la aceleración del sistema en la experiencia 2? Explique desde el
punto de vista de la física.
El informe solo contendrá, tal como se estableció en el plan de evaluación inicial:
La portada, los objetivos, el prelaboratorio desarrollado y los cálculos indicados
para las experiencias 5.1 y 5.2, las respuestas a las preguntas formuladas , la
Discusión de Resultados y las Conclusiones.