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Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro

ESTUDIO DEL MOVIMIENTO DE UN MÓVIL EN UN CARRIL DE FLETCHER BAJO LA INFLUENCIA DE UNA FUERZA CONSTANTE Díaz Macías Tatiana- 2194118. Ingeniería Química Lemus Moreno Laura Daniela-2194113. Ingeniería Química Mesa Ramírez Angie Valentina-2194116. Ingeniería Química

Lo bueno de la ciencia es que es cierta, creas o no en ella. Neil de Grasse Tyson. RESUMEN En la práctica se utilizaron elementos tales como el carril de Fletcher, carro de riel, cronómetro, portapesas, juego de pesas y balanza. Con el fin de entender la segunda ley de Newton. Es importante recordar que el carril de Fletcher debe nivelarse para conseguir buenos resultados en la experiencia, en un extremo se ponía el portapesas con el juego de pesas ara conseguir que el móvil se moviera y se tomaba 8 veces el tiempo, para finalmente conseguir un tiempo promedio en la distancia determinada. A partir de la experiencia se concluye que el carro aumentaba su velocidad a medida que se iba incrementando masa. Para concluir el experimento se realizan los cálculos respectivos. Finalmente, el laboratorio complemento los conocimientos previos que se tenían sobre la segunda ley de Newton, además de entender como la masa cumple un papel importante en la aceleración de un sistema. También ayudó al manejo de objetos nuevos como lo es el carril de Fletcher y hacer reflexionar como se pueden demostrar diferentes conceptos físicos por medio de experimentos sencillos.

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Reporte de investigación del subgrupo 2, grupo S2A, presentado al profesor ADRIANA GELVEZ en la asignatura de Laboratorio de Física I. Fecha:02 de febrero de 2020.

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INTRODUCCIÓN En el siguiente informe se presenta la experiencia realizada en el laboratorio la cual comprueba la segunda ley de Newton; con la segunda ley de Newton nació el concepto de “Fuerza” y dicha ley establece la relación entre fuerza y aceleración, la fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo. La masa es la constante de proporcionalidad en esta ley y juega un papel muy importante en el estudio del movimiento de los cuerpos; la aceleración es una magnitud vectorial que señala la variación de la velocidad conforme transcurre el tiempo de un objeto que se encuentra en movimiento, la aceleración es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el. Esta práctica se realizó con el fin de aprender a calcular experimentalmente la aceleración del móvil. Además, estudiar el movimiento de un cuerpo debido a una fuerza constante y, por medio de varias mediciones experimentales, verificar la validez de la segunda ley de Newton. El documento consta de 6 partes fundamentales: metodología donde se encuentran los pasos que se siguieron para la experiencia; tratamientos de los datos donde se plasmaron los resultados obtenidos, organizados en tablas; el análisis de resultados en el cuál se encuentra la aceleración del sistema para cada masa; las conclusiones obtenidas al finalizar el informe y por último se encuentra en anexos los datos obtenidos en el laboratorio.

OBJETIVOS 1. Objetivo general: Estudiar el movimiento de un de un móvil en un carril de Fletcher bajo la influencia de una fuerza constante. 2. Objetivos específicos:  Determinar la relación entre la fuerza aplicada y la aceleración del móvil.  Determinar el cambio de la aceleración del móvil cuando este es halado por fuerzas de diferentes magnitudes.  Determinar experimentalmente la relación matemática entre fuerza, masa, aceleración.

METODOLOGÍA Cabe señalar que el carril de Fletcher ya se encontraba nivelado, sin embargo, se comprueba que esté nivelado por medio de un nivel. En primer lugar, se pesa el carro de riel en la balanza, luego se procede a tomar una distancia la cual fue de 0,9 [m], luego se utiliza el portapesas como principal masa para que el móvil se deslice por el carril, hecho lo anterior se deja el móvil en movimiento y se toma el tiempo que tarda en chocar. Se realiza el mismo procedimiento 7 veces más y se calcula el tiempo promedio que tarda cuando este es halado por una masa de 6 g. Posteriormente, se aplican 3 fuerzas más y se realiza el mismo procedimiento. Finalmente, se establecieron relaciones entre las variables involucradas en el experimento. 2

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Figura 2: Móvil Figura 1: Cronómetro

Figura 3: Carril de Fletcher

Figura 4: Balanza

Figura 5: Portapesas y juego de pesas

Figura 6: Nivel

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TRATAMIENTO DE DATOS Masa del carro deslizante [kg]= 0.4973 [kg] Posición inicial y final [m]= x0= 0.9 [m] Distancia [m]= 0.9 [m]

xf=0

Tabla 1: Registro datos recolectados en el laboratorio.

Tiempo que tarda en recorrer la distancia determinada [s] Masa colgante [Kg] 0,006 0,01 0,012 0,022

t1

t2

t3

t4

t5

t6

t7

t8

tprom

5,21 3,52 3,22 2,26

5,23 3,59 3,27 2,27

5,22 3,61 3,29 2,46

5,22 3,71 3,03 2,42

5,28 3,48 3,11 2,46

5,3 3,51 2,97 2,47

5,26 3,54 3,02 2,4

5,31 3,56 3,14 2,64

5,25 3,57 3,13 2,42

Fuente: Tatiana Díaz Macías, Laura Daniela Lemus, Angie Valentina Mesa (2020).

ANÁLISIS DE RESULTADOS Cálculo de la aceleración experimental Tabla 2: Aceleración experimental

Aexp=

2(∆𝑋) 𝑡𝑝𝑟𝑜𝑚^2

tprom

aexp

5,25375

0,065

3,565

0,14

3,13125

0,18

2,4225

0,31

Fuente: Tatiana Díaz Macías, Laura Daniela Lemus, Angie Valentina Mesa (2020).

𝑚2𝑔 Ateo= 𝑚1+𝑚2

Tabla 3: Aceleración teórico

m1 0.4973 0.4973 0.4973 0.4973

m2 0,006 0,01 0,012 0,022

ateo 0,12 0,2 0,23 0,43

Fuente: Tatiana Díaz Macías, Laura Daniela Lemus, Angie Valentina Mesa (2020).

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Figura 7: Gráfica de aceleración experimental vs aceleración teórica

Aceleración exp vs Aceleración teo 0,35

a experimental

0,3 0,25 0,2

y = 0,7721x - 0,0154 R² = 0,9838

0,15 0,1 0,05

0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

a teórica

%error= Teórico – Práctico * 100 Teórico %error=

0.12– 0.065 * 100 =45%

Aceleración 1

0.12 %error=

0.2– 0.14 * 100 =30%

Aceleración 2

0.2 %error=

0.23– 0.18 * 100 =21%

Aceleración 3

0.23 %error=

0.43– 0.31 * 100 =27%

Aceleración 4

0.43

CONCLUSIONES  De acuerdo a la práctica realizada en el laboratorio se aprendió a utilizar el carril de Fletcher.  Con respecto a los cálculos realizados de manera teórica se encuentra que la masa es directamente proporcional a la velocidad del móvil, pues entre más masa lo hale el carro se desplazará con mayor velocidad.  A través del experimento se puede determinar la segunda ley de Newton, por medio de los conceptos aprendidos en clase. 5

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REFERENCIAS  De la Cruz, E. (2013). Segunda Ley de Newton. Recuperado a partir de https://es.scribd.com/doc/145342430/2da-Ley-de-Newton.  Muñoz,J. (1999). Experimento de la segunda ley de Newton. Recuperado a partir de http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/applets/Fendt/physesp/n2ley .htm.  Concepto.de. (s.f.). Aceleración. Recuperado a partir de https://concepto.de/aceleracion/.

ANEXOS

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