Diseño y construcción de un prototipo que demuestre la primera Ley de Newton

1. FECHA ÚLTIMA REVISIÓN: 09/10/13 CÓDIGO: SGC.DI.260 VERSIÓN: 1.1
UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE SEDE LATACUNGA
DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRÍZ
TEMA :
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO QUE DEMUESTRE LA PRIMERA LEY DE
NEWTON
ESTUDIANTE:
CAMILA QUINTEROS
NRC:
8104
ING:
ING. DIEGO PROAÑO MOLINA MSC.

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OBJETIVOS
Objetivo General:
• Diseñar y construir una maqueta que describa las leyes de newton
Objetivos Específicos:
• Interpretar y describir las leyes de newton aplicando los conceptos de dinámica,
fuerza, masa y aceleración.
• Determinar el valor de la aceleración, las tensiones de la cuerda y la constante de
elasticidad.
• Realizar el cálculo de errores de aceleración para validar la siguiente practica
menor al 2%.

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EQUIPO Y MATERIALES
Tabla 1. Equipo y Materiales de la Práctica
Material Características Cantidad Código
a)
Resortes
Muelle elástico de
3,7cm; 4,1cm
2 S/N
b)
Palo de madera
Material que va ser
utilizado para que un
palo este fijo y el otro de
lado
2 S/N
c)
Base de madera
Material que va estar
como soporte
1 S/N
d)
piola
Cuerda que va estar
sujeta con los resortes
1 S/N
e)
Taladro
Objeto eléctrico que
sirve para hacer agujeros
1 S/N
f)
Argolla
Objeto que va estar fijo
en el palo
6 S/N
g)
Pernos
Material utilizado para
ajustar
1 S/N
h) Carga Peso de 1kg; 2kg 1 S/N
i)
espátula
Es un recipiente que
permite almacenar el
agua
1 S/N
j)
Masilla
Masa para pegar el
objeto
1 S/N
k) platina Barra plana de fierro 1 S/N

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MARCO TEÓRICO
1. Primera Ley o Ley de la Inercia.
• Todos los cuerpos que nos rodean están sometidos a la acción de una o varias fuerzas, algunas de
ellas a distancia y otras de contacto. Sin embargo, existen situaciones en las cuales un cuerpo se
encuentra aislado del efecto de otros cuerpos o fuerzas. Por ejemplo, las naves Voyager, enviadas al
espacio para explorar otros planetas, en determinados tramos de su trayectoria se encuentran fuera
de la influencia de cualquier otro cuerpo y, por lo tanto, se mueven con velocidad constante.
También, si en algún momento un cuerpo se encuentra en reposo, fuera de la influencia de
cualquier otro cuerpo, debe permanecer en reposo. El movimiento con velocidad constante y el
reposo se consideran estados equivalentes.

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MARCO TEÓRICO
1.1 ¿Qué es?
Es cuando un objeto en reposo permanece en reposo o, si está en movimiento, permanece en
movimiento a una velocidad constante, a menos que una fuerza externa neta actúe sobre él
• Ejemplos de la Primera Ley de Newton
La primera ley de movimiento de Newton establece que debe haber una
causa (que es una fuerza externa neta) para que haya un cambio en la
velocidad, sea en magnitud o en dirección. Un objeto deslizándose a lo largo
de una mesa o del piso pierde rapidez debido a la fuerza neta de fricción que
actúa sobre él. Pero en una mesa de hockey de aire, donde el aire mantiene
el disco separado de la mesa, el disco continúa moviéndose
aproximadamente a velocidad constante hasta que una fuerza actúa sobre él,
como cuando golpea algún lado de la mesa

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MARCO TEÓRICO
2. ¿Qué Significa Fuerza, Fuerza Externa y Fuerza Neta?
 Una fuerza es un empujón o un jalón ejercido sobre un objeto por otro objeto. Las unidades de la
fuerza F se llaman Newtons o simplemente Newtons.
 Una fuerza externa es una fuerza que se origina desde fuera de un objeto, en vez de ser una fuerza
interna de un objeto. Por ejemplo, la fuerza de gravedad que la Tierra ejerce sobre la Luna es una
fuerza externa sobre la Luna.
 La fuerza neta es la fuerza total sobre ese objeto. Si muchas fuerzas actúan sobre un objeto,
entonces la fuerza neta es la suma de todas las fuerzas.

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MARCO TEÓRICO
3. Tensiones de las cuerdas.
La tensión (T) es la fuerza con que una cuerda o cable tenso tira de cualquier cuerpo unido a sus
extremos. Cada tensión sigue la dirección del cable y el mismo sentido de la fuerza que lo tensa en el
extremo contrario.
3.1 ¿Qué significa la tensión?
Todos los objetos físicos que están en contacto pueden
ejercer fuerzas entre ellos. A estas fuerzas de contacto se les
da diferentes nombres, basados en los diferentes tipos de
objetos en contacto. Si la fuerza es ejercida por una cuerda,
un hilo, una cadena o un cable, la llamamos tensión

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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
 Escogemos el prototipo que deseamos realizar demostrando la primera ley de newton
 Bosquejar y definir todo aquello que se pueda calcular sobre el tema
 Una vez escogida anotamos las medidas del tamaño que se lo desea realizar

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PROCEDIMIENTO DE ARMADO
 Se procedió a realizar un agujero con el taladro en la base
 Posteriormente se puso nuestro soporte que va estar fijo en el agujero
 Se toma todas las medidas ya establecidas sobre el soporte para seguir con el procedimiento de armado
 Tomamos las medidas exactas en la platina que será utilizada para nuestro brazo del siguiente palo
 Se procederá a cortar la platina una vez tomada la medida exacta, dándole la forma de un brazo
 Se debe tomar la medida de la masa que ira inclinada, una vez ya tomada se realiza a ser un agujero casi a la punta
para poner sobre ella un perno en la cual será la que va ser que se mueva de arriba hacia abajo
 Una vez teniendo bosquejado nuestro diseño ponemos las argollas en los puntos exactos de las medidas que se va ha
ser realizada nuestro prototipo
 Finalmente ponemos los resortes con la piola de un lado hacia al otro y después ponemos nuestras masas finales

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PROCEDIMIENTO DE UTILIZACIÓN
Realización del ensayo:
• Procederemos a poner las masas en cada una de las cuerdas de cada resorte
• Observamos la elasticidad de cada resorte al poner nuestra masa
• Cabe recalcar que ponemos una masa de 2kg en el resorte 1 y otra masa de 1kg en el
segundo resorte
• Posteriormente levantamos la masa de nuestro prototipo 10 veces y tomamos nota cuanto se
estira nuestros resortes

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CÁLCULOS DE ERRORES
DATOS:
Tabla 2. Parámetros físicos
CÁLCULO DE LA LONGITUD DEL RESORTE
Tabla 3. Variación de la longitud
Tabla 4. Valor promedio
𝑥 =
𝑖=1
𝑛 𝑥1 + 𝑥2 + 𝑥𝑛
𝑛
Parámetro físico Dimensión Símbolo Unidades
Masa M m Kilogramos
Fuerza N F Newton
Longitud L cm Centímetros
N° Ejecuciones Equipo de
Medición
Longitud resorte
(m)
X comprime el
resorte(m)
1
REGLA
0,038 0,075
2 0,038 0,078
3 0,038 0,077
4 0,038 0,076
5 0,038 0,077
6 0,038 0,075
7 0,038 0,076
8 0,038 0,076
9 0,038 0,075
10 0,038 0,076
N° Ejecuciones Masa (kg) Longitud resorte
(m)
X comprime el
resorte(m)
k (
N
m
)
1 2 0,038 0,075 261,52
2 2 0,038 0,078 251,4615385
3 2 0,038 0,077 254,7272727
4 2 0,038 0,076 258,0789474
5 2 0,038 0,077 254,7272727
6 2 0,038 0,075 261,52
7 2 0,038 0,076 258,0789474
8 2 0,038 0,076 258,0789474
9 2 0,038 0,075 261,52
10 2 0,038 0,076 258,0789474
Tabla 3. Variables físicas constante de elasticidad
Elasticidad 𝑥
257,779187
2577,79187/10

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CÁLCULOS DE ERRORES
Tabla 4. Calculo del Error Absoluto
𝑎𝑏𝑠 =
𝑖=1
𝑛 𝐸𝑎𝑏𝑠1 + 𝐸𝑎𝑏𝑠2+𝐸𝑎𝑏𝑠𝑛
𝑛
Tabla 4. Promedio de Error absoluto
𝐸𝑎𝑏𝑠𝑖 = 𝑥 − 𝑥𝑖
Valor
Valor
Promedio
Error Absoluto
261,52 257,779187 3,740813
251,461539 257,779187 6,3176485
254,727273 257,779187 3,0519143
258,078947 257,779187 0,2997604
254,727273 257,779187 3,0519143
261,52 257,779187 3,740813
258,078947 257,779187 0,2997604
258,078947 257,779187 0,2997604
261,52 257,779187 3,740813
258,078947 257,779187 0,2997604
𝐸𝑎𝑏𝑠𝑖 (Tiempo) 𝐸𝑎𝑏𝑠
24,8429577/10
2,48429577

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Tabla 5. Calculo del Error Relativo Tabla 6. Calculo del Error Porcentual Tabla 7. Calculo Rango de Valores
CÁLCULOS DE ERRORES
Tiempo
𝐸𝑟 =
𝐸𝑎𝑏𝑠
𝑥
𝐸𝑟 =
2,48429577
257,779187
𝐸𝑟 = 0,009637302
Tiempo
𝑬% = 𝑬𝒓 ∗ 𝟏𝟎𝟎%
𝐸% = 0,009637302 ∗ 100%
𝐸% = 0,963%
Tiempo
(𝒙 ± 𝑬𝒂𝒃𝒔)
𝑉𝑚𝑖𝑛 = 𝒙 − 𝑬𝒂𝒃𝒔)
𝑉𝑚𝑖𝑛
= (257,779187 − 2,48429577)
𝑉𝑚𝑖𝑛 = 255,2948916
𝑉𝑚á𝑥 = (𝑥 + 𝐸𝑎𝑏𝑠))
𝑉𝑚á𝑥
= (257,779187 + 2,48429577)
𝑉𝑚á𝑥 = 260,2634831

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CALCULOS RESPECTIVOS
a)Las tensiones de las cuerdas
b)El torque total en cada cuerda en relación al empotramiento con la pared
c)Las reacciones en la pared
𝑇1 𝑇2 R
𝑇1 = 29,12 𝑁 1 0 6,845 ∗ 10−4
16,19
𝑇2 = 38,56 𝑁 0 1 7,605 ∗ 10−4
30,98
𝑅 = 15,32
𝑁
𝑚
1 1 0 46,11

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CONCLUSIONES:
• Se logro el diseño y construcción de una maqueta que valide las tres leyes de Newton donde una masa de 3 kg atrae a una
masa de I kg dándonos así una sumatoria de fuerzas en y donde
• F = 0 validando así la primera ley de Newton, en el cálculo de sumatoria de fuerzas en x se observa) Fx = m * a, así
validando la segunda ley de Newton y finalmente se observó en rada cuerpo unas acciones y reacción lo que valida la
tercera ley de Newton.
• Se logro interpretar y describir las leyes de Newton partiendo desde la historia fundamental de las leyes de Newton,
analizando la dinámica de Newton ya que los sistemas se mueven a una velocidad constante, se aplicó los respectivos
conceptos de dinámica es la parte de la fisica que estudia las relaciones entre los movimientos de los cuerpos y las causas
que los provocan, el concepto de las fuerzas que actúan sobre ellos, así como, los conceptos de fuerza, masa y aceleración
debido a que cada cuerpo necesita de una fuerza para producir dicho movimiento así como la masa lo que produce la
acción del cuerpo.
• Se logro determinar el valor de la aceleración realizando primero un diagrama de cuerpo libre de cada masa y
reconociendo las respectivas fuerzas que actúan en dichos cuerpos, utilizando

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RECOMENDACIONES:
• Es recomendable utilizar un prototipo donde se pueda aplicar las acciones y reacciones mínimo de dos
cuerpos donde se pueda observar lo que sucede cuando el resorte se estira y cuando vuelve a su forma
normal, facilitando así las leyes de Newton.
• Se recomiendo interpretar correctamente los conceptos de las leyes de Newton analizando
primeramente los componentes que interactúan en la maqueta para así lograr un análisis correctamente.
• Se recomienda que siempre antes de realizar los respectivos cálculos analizar el grafico y realizar un
diagrama de cuerpo libre de casa masa reconociendo las respectivas fuerzas que interactúan y sobre
todo a que lado parte el movimiento, una vez realizado los diagramas se podrá realizar los cálculos.
• Se recomienda realizar correctamente el cálculo de los tiempos y para de esta manera obtener las
respectivas aceleraciones y realizar el cálculo de errores que nos de menor al 2 %.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Cobo, A., Cipitria, C., Isaac Newton y la revolución de la Física.
https://personales.unican.es/mierja/docencia/educacion/master/fps/presentaciones/Isaac%20Newton%20y%20la%20revolucion%20de%20la%20Fisica.pdf. [Consulta: 6 de
Enero del 2022]
[2] Córdova, G. Aplicaciones de la Segunda Ley de Newton. http://revistas.unam.mx/index.php/rmbd/article/view/46998. [Consulta: 6 de Enero del 2022]
[3] Garde, E. & López, S. (1992). La estructura de las leyes de Newton. file:///C:/Users/INTEL/Downloads/Dialnet-LaEstructuraDeLasLeyesDeNewton-2281996.pdf. [Consulta:
6 de Enero del 2022]
[4] González, S. (2015). Las Leyes de Newton. https://www.lareferencia.info/vufind/Record/CR_def08e3e752b78129b4014b06ae21648. [Consulta: 6 de Enero del 2022]
[5] González, F. (1970). Las Leyes de Newton. https://revistas.ucr.ac.cr/index.php/ucr/article/view/2222. [Consulta: 6 de Enero del 2022]
[6] Hernández, L., & De Melo, O. (2005). El laberinto de las leyes de Newton. http://www.revistacubanadefisica.org/RCFextradata/OldFiles/2005/FIS%2022105/FIS%2022105-
111.pdf. http://contenidosdigitales.uned.es/fez/view/intecca:VideoCMAV-5a6f482cb1111f510e8b4c68. [Consulta: 6 de Enero del 2022]
[7] Hernández, V. (2015). Las fuerzas y las leyes de Newton. https://core.ac.uk/download/pdf/211098298.pdf. [Consulta: 6 de Enero del 2022]
[8] Irizarry, A. (2002). El caso de la fuerza de fricción y la tercera Ley de Newton. https://www.proquest.com/openview/f3a7fe8d447d759f9200d4b6c2a280d1/1?pq-
origsite=gscholar&cbl=18750&diss=y. [Consulta: 6 de Enero del 2022]
[9] Medina, Y. (2012). La segunda ley de Newton. https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/10185. [Consulta: 6 de Enero del 2022]
[10] Miguel, O. (1986). Analisis comportamental de las leyes de Newton. file:///C:/Users/INTEL/Downloads/50860-Texto%20del%20art%C3%ADculo-93141-1-10-
20071029.pdf. [Consulta: 6 de Enero del 2022]