El documento describe un laboratorio práctico sobre la segunda ley de Newton, enfocándose en la relación entre fuerza, masa y aceleración. Se explica la aplicación de esta ley tanto para un sistema con masa constante como para uno con masa variable, incluyendo ecuaciones derivadas y un procedimiento experimental. Además, se detallan los materiales necesarios y se presentan instrucciones para recopilar y analizar datos experimentales.

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Mecánica
SEGUNDA LEY DE NEWTON
I. LOGRO
 Comprobar e interpretar la segunda ley de Newton.
II. PRINCIPIOS TEÓRICOS
La segunda ley de Newton, válida en marcos de referencia inerciales, establece que:
La aceleración de una partícula es directamente proporcional a la fuerza neta
(fuerza total o fuerza resultante) externa distinta de cero que actúa sobre él, e
inversamente proporcional a la masa que ésta posee:
𝑎⃗ ∝
𝐹⃗ 𝑛𝑒𝑡𝑎
𝑚
(1)
Si la constante de proporcionalidad toma el valor de 1, se relacionan la fuerza, masa
y aceleración a través del siguiente enunciado matemático:
𝐹⃗ 𝑛𝑒𝑡𝑎 = 𝑚𝑎⃗ (2)
La ecuación (2) es un caso particular de la segunda ley de Newton, considerándose la
masa 𝑚 de la partícula constante. Sin embargo, Newton planteó esta ley de forma
general, considerando que la masa de la partícula en estudio pueda variar con el
tiempo, expresada como:
𝐹⃗ 𝑛𝑒𝑡𝑎 =
𝑑𝑝⃗
𝑑𝑡
(3)
siendo 𝑝⃗ una cantidad física vectorial llamada cantidad de movimiento lineal o
momento lineal, y que matemáticamente se define como: 𝑝⃗ = 𝑚𝑣⃗.
LABORATORIO Nº 2

2. Laboratorio Nº 2: Segunda ley de Newton Página 2
Mecánica
La ecuación (3) nos dice que la fuerza neta externa distinta de cero que actúa sobre
una partícula, es igual a la rapidez de cambio del momento lineal de la partícula.
Notemos que de la ecuación (3), podemos llegar a la ecuación (2), si 𝑚 es constante:
𝐹⃗ 𝑛𝑒𝑡𝑎 =
𝑑𝑝⃗
𝑑𝑡
=
𝑑(𝑚𝑣⃗)
𝑑𝑡
= 𝑚
𝑑𝑣⃗
𝑑𝑡
+ 𝑣⃗
𝑑𝑚
𝑑𝑡
= 𝑚
𝑑𝑣⃗
𝑑𝑡
= 𝑚𝑎⃗
siendo éste, el caso particular de la segunda ley de Newton que planteamos
inicialmente y que es el caso que abarcaremos en la presente práctica de laboratorio.
Para ello, consideremos el sistema físico mostrado en la figura 1.a, en la cual un
móvil de masa 𝑚 está enlazado a una masa suspendida 𝑚 𝑠 (porta masas y masas)
mediante un hilo de masa despreciable, flexible e inelástico, que pasa por una polea
idealmente sin fricción. En la figura 1.b, se muestra el diagrama de cuerpo libre del
móvil y de la masa suspendida.
Figura 1. (a) Móvil enlazado a una masa suspendida. (b) Diagrama de cuerpo libre del móvil y la masa
suspendida.
La tensión 𝑇⃗⃗ del hilo que actúa sobre el móvil y sobre la masa suspendida es la
misma en magnitud, aunque de direcciones distintas.
El movimiento del carro dinámico es horizontal, por ello aplicamos la segunda ley de
Newton a lo largo del eje 𝑥, considerando +𝑥 el sentido de movimiento del móvil:
𝑇 = 𝑚𝑎 𝑥 (4)
Respecto a la masa suspendida, aplicamos la segunda ley de Newton a lo largo del
eje 𝑦, considerando +𝑦 el sentido de movimiento de la masa suspendida
𝑊𝑠 − 𝑇 = 𝑚 𝑠 𝑎 𝑦 (5)

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Al ser el hilo inelástico, las aceleraciones del móvil y de la masa suspendida son
iguales en módulo, pero de direcciones distintas. Es decir: 𝑎 𝑥 = 𝑎 𝑦 = 𝑎.
Reemplazando la ecuación (4) en la ecuación (5) y despejando adecuadamente,
tenemos:
𝑎 =
𝑚 𝑠 𝑔
(𝑚 𝑠+𝑚)
(6)
y reemplazando (6) en la ecuación (4), obtenemos la magnitud de la tensión del hilo:
𝑇 = 𝑚𝑎 = 𝑚
𝑚 𝑠 𝑔
(𝑚 𝑠+𝑚)
(7)
III. PARTE EXPERIMENTAL
a) Materiales y Equipos:
- Un (01) riel de doble vía
- Un (01) carro dinámico
- Una (01) interfaz Vernier (con fuente de poder de 6 V y cable USB)
- Una (01) Pc. (con el Software Logger Pro)
- Una (01) fotopuerta
- Una (01) polea simple
- Una (01) varilla de sujeción
- Una (01) varilla de 47,0 cm
- Un (01) pinza de mesa
- Una (01) nuez doble
- Una (01) porta masas
- Un (01) juego de masas (10 arandelas)
- Una (01) balanza de tres brazos (alcance máx.: 610,0 g / lect. mín.: 0,1 g)
b) Procedimiento:
1. Instale el sistema experimental como se muestra en la figura 2, teniendo en
cuenta que el hilo debe estar paralelo al riel.

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Mecánica
Figura 2. Sistema experimental
2. Conecte la fuente de poder de 6 V en la entrada de voltaje de la interfaz.
Luego conecte la interfaz a la PC mediante el cable USB.
3. Una la fotopuerta a la polea, enroscando la varilla de sujeción. Conecte la
fotopuerta al canal digital DIG/SONIC1 de la interfaz Vernier.
4. Ingrese al programa Logger Pro instalado en la PC. Verá automáticamente
en pantalla 3 sistemas de coordenadas cartesianas: distancia-tiempo,
velocidad-tiempo y aceleración-tiempo, además de una tabla donde se
registrarán los parámetros correspondientes al movimiento.
5. Seleccione Configurar sensores del menú Experimento, y luego Mostrar
todas las interfaces. Otra forma directa es hacer clic en la botón
Configurar sensores.
6. En la ventana emergente, aparecerá en forma digital la interfaz Vernier.
Haga clic en la fotopuerta que aparece en el canal digital DIG/SONIC1 y
seleccione Establecer distancia o longitud, y en la nueva ventana cambie
la opción Máscara de barras por Polea ultra (Radio10) Borde exterior.
Luego, presione Aceptar y posteriormente en Identificar.
Parte 1: Masa del móvil 𝒎 constante y tensión 𝑻 variable
7. Obtenga el valor de la masa del móvil 𝑚.
8. Agregue dos arandelas a la porta masa, y obtenga el valor de la masa
suspendida 𝑚 𝑠, registrándolo en la tabla 1.

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9. Posicione el móvil al extremo del riel y manténgalo fijo, de tal manera que
la masa suspendida esté muy cerca a la polea.
10. Presione el botón tomar datos ( ) y posteriormente suelte el móvil.
11. Antes que el móvil impacte con el otro extremo del riel, detenga el
movimiento del móvil y presione el botón parar ( ).
12. Sombree la gráfica distancia-tiempo, y presione el icono ajuste de curva
( ). Seleccione la opción ecuación general cuadrática y haga clic en
probar ajuste para obtener los valores de los coeficientes de ajuste (𝐴, 𝐵 y
𝐶) de la ecuación cuadrática.
13. Obtenga el valor de la aceleración experimental 𝑎 𝑒𝑥𝑝 dada por: 𝑎 𝑒𝑥𝑝 = 2𝐴.
Observación:
Recordando la ecuación cinemática con aceleración constante:
𝑦 =
1
2
𝑎𝑡2
+ 𝑣0 𝑡 + 𝑦0
la cual puede expresarse matemáticamente en forma de la siguiente
ecuación cuadrática:
𝑦 = 𝐴𝑡2
+ 𝐵𝑡 + 𝐶
y comparando los coeficientes cuadráticos de ambas ecuaciones, notamos
que:
𝑎 = 2𝐴
14. Repita los procedimientos de (8) a (13) para 4 ensayos adicionales,
agregando en cada ensayo 2 arandelas más en la porta masa.
Parte 2: Masa del móvil 𝒎 variable y tensión 𝑻 constante
15. Sitúe en la porta masa 2 arandelas y obtenga su masa, la cual permanecerá
constante.
16. Obtenga el valor de la masa del móvil 𝑚 y regístrelo en la tabla 2.

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17. Realice 5 ensayos tomando en cuenta los procedimientos de (9) a (13),
agregando en cada ensayo 2 arandelas en el móvil, y registrando los valores
correspondientes en la tabla 2.
c) Actividad:
1. Para cada ensayo realizado, registre en la tabla 1 y tabla 2 según
corresponda:
1.1 El módulo de la aceleración referencial 𝑎 𝑟𝑒𝑓 usando la ecuación (6).
1.2 El error relativo porcentual 𝐸𝑟𝑒𝑙 %.
2. Usando la ecuación (7), calcule el valor de la tensión 𝑇 actuante del hilo en
cada ensayo de la tabla 1, y regístrela en la misma tabla.
3. Grafique 𝑇 - 𝑎 𝑒𝑥𝑝 según los datos de la tabla 1, y en base a ello analice la
relación que existe entre ellas.
4. Grafique 𝑎 𝑒𝑥𝑝 - 1/𝑚 según los datos de la tabla 2, y analice la relación
existente.
IV. RESULTADOS
Los datos obtenidos, regístrelos en la tabla 1.
Tabla 1. Datos experimentales manteniendo la masa del móvil constante y tensión variable.
(𝑚 =__________ kg)
Ensayo
N°
𝑚 𝑠
(kg)
𝑎 𝑒𝑥𝑝
(m/s2
)
𝑎 𝑟𝑒𝑓
(m/s2
)
𝑇
(N)
𝐸𝑟𝑒𝑙 %
1
2
3
4
5

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Tabla 2. Datos experimentales manteniendo la masa del móvil variable y tensión constante.
Ensayo
N°
𝑚
(kg)
𝑎 𝑒𝑥𝑝
(m/s2
)
𝑎 𝑟𝑒𝑓
(m/s2
)
𝐸𝑟𝑒𝑙 %
1
2
3
4
5
Autor: Fís. Oscar Félix Vivanco Valerio.