06 laboratorio 3 2da ley de newton (1)

Tecsup – P.F.R. Ciencias Básicas y Aplicadas
PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 03PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 03
SEGUNDA LEY DE NEWTON.
1. OBJETIVOS
1) Verificar que cuando la fuerza resultante sobre un cuerpo no es nula, éste se
mueve con un movimiento acelerado.
2) Comprobar que la aceleración para una fuerza dada, depende de una
propiedad del cuerpo llamada masa.
3) Verificar que la aceleración de un cuerpo bajo la acción de una fuerza neta
constante, es inversamente proporcional a su masa.
2. MATERIALES
o Computador con programa PASCO Capstone instalado
o USB Bluetooth 4.0 Adapter
o Riel para carritos
o Bases de riel (2)
o Sensor carrito (rojo o azul)
o Sensor de fuerza
o Polea fija ajustable
o Juego de masas y portamasas
o Balanza de 2200 g (uno para todas las estaciones de trabajo)
o Cinta Adhesiva
o Pabilo
o Tijera
3. FUNDAMENTO TEÓRICO
43

Ciencias Básicas y Aplicadas Tecsup – P.F.R.
Se denomina dinámica a la parte de la Física que estudia conjuntamente el
movimiento y las fuerzas que lo originan. En su sentido más amplio, la dinámica
abarca casi toda la mecánica.
Sabemos por experiencia que un objeto en reposo jamás comenzará a moverse
por sí mismo, sino que será necesario que otro cuerpo ejerza sobre él una tracción
o un empuje; es también familiar el hecho que para retardar el movimiento de un
cuerpo o para detenerlo es necesaria una fuerza y que cuando la trayectoria es
rectilínea, es preciso que esta fuerza sea lateral para desviarla. Todos los
procesos anteriores (aceleración, retardo o cambio de dirección) implican un
cambio de valor o en la dirección de la velocidad del cuerpo, en otras palabras, en
todos los casos el cuerpo es acelerado y ha de actuar una fuerza exterior para
producir esta aceleración. Considerando esto se realizaron diversos experimentos
a lo largo del tiempo cuyos resultados fueron:
• La dirección de la aceleración es la misma que la de la fuerza neta; esto es
cierto, bien se encuentre el cuerpo inicialmente en reposo o bien
moviéndose en cualquier dirección y con cualquier velocidad.
• Para un cuerpo dado, la razón del valor de la fuerza al de la aceleración es
siempre la misma, es decir, es constante.
F / a = constante (para un cuerpo dado) (1)
A esta razón constante de la fuerza a la aceleración puede considerarse como
una propiedad del cuerpo denominada masa y denotada con la letra (m),
donde:
a
F
m = (2)
La masa de un cuerpo es la magnitud escalar, numéricamente igual a la fuerza
necesaria para comunicarle la unidad de aceleración.
En conclusión, diremos que la segunda Ley de Newton, expresada por la
ecuación (2), es la más importante en cuanto nos permite establecer una
relación numérica entre las magnitudes fuerza y aceleración, se podría
enunciar como:
44

“La aceleración que toma un cuerpo es proporcional a la fuerza neta
externa que se le aplica, pero inversamente proporcional a su masa”.
m
F
a = (3)
Donde: a, es la aceleración
F, es la fuerza neta externa,
m, masa del cuerpo.
La consecuencia de (3) es que el resultado que produce una fuerza o una
combinación de ellas sobre un cuerpo es que se acelera en la misma dirección
y sentido que la fuerza resultante (suma de fuerzas) o la fuerza neta.
4. PROCEDIMIENTO
4.1 Masa del móvil constante.
Ingrese al programa PASCO Capston
TM
, haga clic sobre el ícono crear
experimento y seguidamente reconocerá el sensor carrito, previamente
encendido su señal Bluetooht.
Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemos
doble clic sobre el ícono respectivo, ya seleccionado e instalado, y lo
configuramos para que registre 50 lecturas por segundo.
Una vez calibrado el sensor arrastramos el ícono Gráfico y seleccionamos la
gráfica velocidad - aceleración vs tiempo, luego hacemos el montaje de la
figura 1.
45

Figura 1. Primer montaje.
Ahora coloque el móvil en la posición inicial (a 1 m de la polea), empiece las
mediciones con la masa de 20 gramos suspendida del hilo.
Inicie la toma de datos soltando el móvil y oprimiendo el botón INICIO en la
barra de configuración principal de PASCO Capston
TM
. Utilice las
herramientas de análisis del programa para determinar la velocidad media y
aceleración media.
 No permita que el móvil golpee la polea.
Repita el proceso hasta completar 10 mediciones, luego trabaje con masas de
40 y 70 gramos. Borre las mediciones incorrectas, no almacene datos
innecesarios.
Llene las tablas 1, 2 y 3, calculando el error absoluto, el error porcentual, la
desviación media y la desviación estándar.
Para hacer el cálculo de la fuerza experimental, calcule la masa con la balanza
y con el valor de g hallado en la práctica anterior calcule el valor de masa
experimental.
TABLA 1 Con la masa de 20 gr.
Masa del móvil (kg): 1 2 3 4 5 Promedio
Aceleración exp. (m/s2
)
Fuerza exp (N)
Análisis Valor Teórico Valor Experimental Error Porcentual
Fuerza promedio (N)
46

Aceleración promedio (m/s2
)
Masa del portamasas: ________ kg.
)
Fuerza exp (N)
Fuerza promedio (N)
)
)
Fuerza exp (N)
Fuerza promedio (N)
)
4.2 Masa del móvil variable.
Conserve el montaje anterior solo que ahora mantenga la masa suspendido del
hilo con un valor de 50 gr y varíe ahora el valor de la masa del móvil (ver figura 2),
empiece con una masa añadida de 100 gr y luego cambie la masa a 300 y 600
gramos y complete las tablas 4, 5 y 6.
Figura 2. Segundo montaje.
47

TABLA 4 Móvil con carga de 100 gr.
Masa del móvil (kg): 1 2 3 4 5 Prom. total
)
Fuerza exp (N)
Fuerza promedio (N)
)
Masa del móvil (kg): 1 2 3 4 5 Prom. total
)
Fuerza exp (N)
Fuerza promedio (N)
)
Masa del móvil (kg) 1 2 3 4 5 Prom. total
)
Fuerza exp (N)
Fuerza promedio (N)
)
1. CUESTIONARIO
5.1 Con respecto al proceso Masa del móvil constante responda:
5.1.1 Proponga las fuerzas localizadas en modelo experimental, cuyos
efectos se han despreciado con fines de simplificar los cálculos.
5.1.2 Evaluar el error porcentual en las tablas 1, 2 y 3. Proponga una
justificación sobre el porqué difiere el valor de la fuerza experimental
respecto a la fuerza teórica.
48

5.1.3 Suponiendo que el error porcentual se debe exclusivamente a fuerzas
de fricción, calcule un valor de una fuerza equivalente y su coeficiente
de fricción para cada caso. Asuma los valores conocidos del modelo
experimental.
5.1.4 Según los resultados obtenidos, exprese y justifique el tipo de
proporcionalidad entre la fuerza resultante y la aceleración del sistema.
5.2 Con respecto al proceso Masa del móvil variable responda:
5.2.1 Según el modelo, se agrega sucesivamente masas al móvil
¿Cómo afecta a la aceleración del sistema? ¿Qué tipo de
proporcionalidad existe entre la masa y la aceleración? Justifique con
ayuda de los datos medidos.
5.2.2 Según los datos medidos ¿Cuál es la diferencia entre la aceleración
teórica y la aceleración experimental? Exprese para cada caso en
términos del error porcentual.
5.2.3 Con los datos del montaje, realice un DCL para cada caso suponiendo la
presencia de una fuerza de fricción. ¿Es ésta relevante?
5.2.4 ¿De qué depende la fuerza de fricción? ¿Cuál es la evidencia de que la
fuerza de fricción es relevante en el modelo? Justifique con los datos del
montaje.
5.2.5 Represente y analice dos situaciones aplicadas a su especialidad sobre
cualquiera de los casos de este laboratorio
5.2.6 Utilizando los valores obtenidos exprese las ecuaciones utilizadas en esta
experiencia (utilice las ecuaciones cinemáticas)
2. Aplicación a la especialidad.
49

Se presentarán un mínimo de 2 aplicaciones del tema del laboratorio referido a su
especialidad.
3. OBSERVACIONES
a. ____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
__________________________________________________
b. ____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
__________________________________________________
c. ____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
__________________________________________________
4. CONCLUSIONES
8.1 ____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
__________________________________________________
50

8.2 ____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
__________________________________________________
8.3 ____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
__________________________________________________
5. BIBLIOGRAFIA (según formato de la APA)
51

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