Reporte final de Fisica basica usac

1. 1
Segunda Ley de Newton
Universidad de San Carlos, Facultad de Ingeniería
Departamento de Física
Laboratorio de Física Básica
201212590 Manuel Alejandro Tay Garcia
201212850 Luis Miguel Ajuchán Chiquitó
Resumen—En la práctica de laboratorio se llevo a cabo
la determinación y calculo del coeficiente de fricción estático
y dinamico, con el objetivo de demostrar en la segunda ley
de Newton, que el coeficiente estático es mayor al coeficiente
dinamico. En el laboratorio se realizó por medio de un sistema
formado por una polea en un plano inclinado, con dos diferentes
masas, introduciendo en una de ellas monedas. Cuando las masas
estaban en equilibrio se pudo predecir el coeficiente de fricción
estático, y al introducir más monedas y lograr un movimiento
constante se pudo predecir el coeficiente de fricción dinamico,
Luego se calculo la masa 2 del sistema pero esta vez en forma
contraria con la aceleracion para el lado contrario.
I.
I-A.
O BJETIVOS
Coeficiente de fricción estático:
Este coeficiente de proporcionalidad que relaciona la fuerza
necesaria para que un bloque empiece a deslizarse y la fuerza
normal.
Objetivo General
•Analizar la Segunda Ley de Newton para determinar
experimentalmente la relación que existe entre fuerza, masa
y aceleración para un cuerpo con movimiento unidireccional
bajo la acción de una fuerza neta externa.
I-B.
la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de de un
kilogramo de masa, para que adquiera una aceleración de
1m/ s2 , N = kg * m/s2 .Esta ley explica que ocurre si sobre
un cuerpo en movimiento actúa una fuerza neta: la fuerza
modificara el estado de movimiento, cambiando la velocidad
en modulo o dirección.
Coeficiente de Friccion Dinamico:
El es el coeficiente de proporcionalidad que relaciona la
fuerza de rozamiento que actúa sobre un bloque que se
desliza y la fuerza normal.
Objetivos Especificos
•Calcular los coeficientes de fricción estatico y dinamico
provocadas entre la masa del móvil y la superficie del plano
inclinado.
•Predecir la masa m2 que cuelga cuando la masa m1
acelera bajando por el plano.
•Demostrar que el coeficiente de fricción estática es
mayor al coeficiente de fricción dinamico.
II.
M ARCO T EÓRICO
Segunda Ley de Newton:
También conocida como Ley Fundamental de la Dinámica o
Ley de la Fuerza, ya que determina la relación proporcional
entre fuerza y variación de la cantidad de movimiento
lineal de un cuerpo. La segunda ley de Newton dice que
la aceleración que adquiere un objeto por efecto de una
fuerza total es directamente proporcional a la magnitud de la
fuerza total, tiene la misma dirección que la fuerza total e
inversamente proporcional a la masa del . Esta ley cuantifica
la fuerza. La constante de proporcionalidad es la masa del
cuerpo, de manera que se puede expresar: F = ma Tanto la
fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, o
sea tienen un valor, una dirección y un sentido. La fuerza
es medida en Newton, representada por N. Un Newton es
Figura 1. Calculo de Los Coeficientes de Friccion
Para Figura 1: Calculo Coeficiente de Friccion Estatico.
m2 g − m1 gsenθ
m1 gcosθ
(1)
1
Xf = X0 + V0 t + at2
2
(2)
µs =
De:
Obtenemos:
a=
2x
t2
(3)

2. 2
De Figura 1: Calculo de Coeficiente de Friccion Dinamico.
µk =
a(m2 − m1 ) + m2 g − m1 gsenθ
m1 gcosθ
(4)
Figura 2. Calculo de la masa2
De Figura 2: Calculo de la masa 2.
m2 =
m1 + gsenθ − µk (m1 gcosθ − m1 a)
a+g
III.
(5)
D ISEÑO E XPERIMENTAL
Equipo a Utilizar:
•Plano Inclinado, con su masa y polea.
•Cronometro.
•Cinta métrica.
•Un recipiente como segunda masa variable.
•Monedas de a centavo.
•Hilo de cáñamo
•Una balanza
•Dos masas.
Magnitudes Fisicas a medir:
Para Figura 1.
•Distancia que corre la m1 luego de aplicar mas peso a m2
(m).
•Tiempo que tarda la m1 en recorrer la distancia de 0.8m (s).
•Peso de la m1 y m2 al estar en reposo y en movimiento (kg).
Para Figura 2.
•La m2 que se obtiene al deslizar la m1 en sentido contrario.
encima de la tabla unir la primera y segunda masa por medio
del hilo de cáñamo haciéndole pasar por la polea, comenzar
a introducir centavos en la primera masa, jalar un poco el
hilo solo para ver si el sistema se mueve de no ser así seguir
añadiendo mas centavos.
3. Verificar si la cantidad añadida en m2 logre que la masa
m1 este a punto de moverse, mover la masa m1 sobre el
plano, poco a poco verificando que apenas resbale, y realizar
las mediciones necesarias para calcular el coeficiente de
friccion estático.
4. Seguir introduciendo más monedas al mismo contenido
anterior de monedas, hasta que la masa m1 se deslice en el
plano de tal manera que sea un movimiento uniforme.
5. Para medir la aceleración del sistema, colocar la masa m1
al principio del plano, se hará el supuesto que el sistema se
acelera de manera uniforme, que parte desde la parte más
baja del plano y el movimiento cesa cuando la masa m1 llega
a una distancia de 0.8m.
6. Medir 4 veces el tiempo que tarda la masa m1 en llegar al
final de los 0.8m.
7. Recabar toda la información de la distancia “x” y el de los
4 tiempos, con estas medidas calcular su valor medio como
su incerteza, para luego calcular la aceleración.
8. Proceder a medir indirectamente el coeficiente de fricción
cinética .
9. Con el mismo plano inclinado pero diferentes masas
proceder a deslizar la m1 en sentido contrario ahora
acelerando hacia la izquierda.
10. Tomar 4 veces el tiempo que tarda m1 en llegar al final
de la pista ahora partiendo desde 0.4m.
11. Proceder a calcular la aceleracion de la masa m1.
12. Con los datos obtenidos proceder a calcular la m2 y
comparar el dato teorico con el dato experimental.
IV.
R ESULTADOS
Para El Coeficiente de Friccion Estatico (µs )(Figura 1)
+
(0.0784 − 0.0001)kg
+
(0.0551 − 0.0001)kg
+
25o − 1o
9.8 m/s2
Masa 1
Masa 2
Angulo
Gravedad
Para El Coeficiente de Friccion Dinamico (µk )(Figura 1)
Masa 1
Masa 2
Angulo
Aceleracion
Gravedad
+
(0.0784 − 0.0001)kg
+
(0.0547 − 0.0001)kg
+
25o − 1o
2 +
(0.31 m/s − 0.071)
9.8 m/s2
Tiempo promedio para la aceleracion (Figura 1).
Procedimiento:
t
1. Armar el equipo de manera que se forme un plano
inclinado, escoger y fijar un ángulo de inclinación entre 24 y
26 grados.
2. Colocar la primera masa en el plano inclinado sobre
(2.28
+
−
0.26)s
Coeficientes De Friccion.

3. 3
µ
µs
µk
(µ
(0.31
(0.29
+
−
+
−
+
−
∆µ)
0.0024)
0.0019)
VIII.
A NEXOS
Tabla Posicion Vs Tiempo. (Figura 1)
Xn
t1
t1
t1
t1
t
(0.8)m 2.26 2.25 2.31 2.28 2.28
∆t
0.26s
Tabla Posicion Vs Tiempo. (Figura 2)
Xn
t1
t1
t1
t1
t
(0.4)m 1.69 1.72 1.78 1.72 1.73
∆t
0.26s
Para calcular la m2.(Figura 2)
m1
m2
Aceleracion
Gravedad
Angulo
+
−
+
−
0.0001)kg
(0.0778
(0.005
0.0001)kg
+
(0.27 − 0.083)m/s2
9.8 m/s2
+
25o − 1o
Tiempo promedio para aceleracion (Figura 2).
t
(1.73
+
−
0.26)s
Masa 2.
Masa 2
(0.0078
V.
+
−
0.003)kg
D ISCUSIÓN DE R ESULTADOS
•El error de los instrumentos de laboratorio influye mucho
en el resultado ya que este no es exacto y por lo tanto debido
a su margen de error no se obtuvo un resultado exacto.
•El mal uso de los instrumentos de laboratorio asi como el
tiempo de reaccion de la persona que tomo los tiempos influyen en el resultado ya que este se vuelve menos satisfactorio.
VI.
C ONCLUSIONES
•La practica que tuvo como objetivo el demostrar que existe
relación entre fuerza, masa y aceleracion. Esto relacionando el
movimiento efectuado entre ellos demostrando asi la segunda
ley de newton.
•Se predijo la masa 2 por medio de la ecuacion derivada de
el DCL (Figura 2) La cual nos da un resultado de 0.008kg, la
cual al compararla con la masa teorica de 0.005kg haciendo
una comparacion con su rango de incerteza.
•Se comprobo por medio de ecuaciones derivadas del DCL
(Figura 1) que el coeficiente de friccion estatico es mayor al
coeficiente de friccion dinamico.
•Se demostro que el coeficiente de friccion estatico es mayor
al coeficiente de friccion dinamico. Lo cual hace referencia al
hecho de que el coeficiente de fricción estático llega a su punto
de estabilidad y empieza el movimiento. Al igual que para
el coeficiente de friccion dinamico con un comportamiento
constante.
VII.
Figura 3. Materiales y equipo armado
F UENTES DE CONSULTA
•Resnick, Halliday, Física,Parte I, Decimosegunda edición.
Páginas de la 133-135. (Marco teórico).
•Paul E. Tippens, Física conceptos y aplicaciones, Séptima
edición. Paginas de 137-143. (Marco teórico).
Figura 4. Incerteza en la medida experimental y la medida teorica