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ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA CURSO BÁSICO LABORATORIO DE FÍSICA BÁSICA I FIS 100-L I/EXPERIMENTO Nº 5 DOCENTE: Ing.: Roberto Parra Zeballos AUX. DOC.: Univ.: Grover Palma Villca GRUPO: “K”5. DINÁMICAÍNDICE OBJETIVOS.......................................................................................

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA CURSO BÁSICO LABORATORIO DE FÍSICA BÁSICA I FIS 100-L I/2011

EXPERIMENTO Nº 5 DOCENTE: Ing.: Roberto Parra Zeballos AUX. DOC.: Univ.: Grover Palma Villca GRUPO: “K”

5. DINÁMICA ÍNDICE

5.1. OBJETIVOS……………………………………………………………………………..Pág. 2 de 8 5.1.1. OBJETIVO GENERA………………………………………………………...Pág. 2 de 8 5.1.2. OBJETIVO ESPECÍFICO…………………………………………………...Pág. 2 de 8 5.2. FUNDAMENTO TEÓRICO…………………………………………………………….Pág.2 de 8 5.2.1. FUERZA, MASA Y PESO..………………………………………………… Pág. 2 de 8 5.2.2. PRIMERA LEY DE NEWTON...……………………………………………. Pág. 2 de 8 5.2.3. SEGUNDA LEY DE NEWTON…………………………………………….. Pág. 3 de 8 5.2.4. TERCERA LEY DE NEWTON..……………………………………………. Pág. 3 de 8 5.3. MATERIALES Y EQUIPOS.…………………………………………………………..Pág. 3 de 8 5.4. PROCEDIMIENTO……………………………………………………………………...Pág. 4 de 8 5.4.1. FUERZA CONSTANTE………………………………………………………Pág. 4 de 8 5.4.2. MASA CONSTANTE…………………………………………………………Pág. 5 de 8 5.5. CÁLCULOS Y GRÁFICOS…………………………………………………………….Págs. 5 de 8 5.5.1. FUERZA CONSTANTE………………………………………………………Pág. 5 de 8 5.5.2. MASA CONSTANTE………………………………………………………… Pág. 7 de 8 5.6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………………………………..Pág. 8 de 8 5.7. CUESTIONARIO………………………………………………………………………..Págs.8 de 8 5.8. BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………….Pág.12 de 8 5.9. TABLA DE DATOS……………………………………………………………………..Pág. 12 de 8

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DINÁMICA 5.1. OBJETIVOS: 5.1.1. OBJETIVO GENERAL: Estudio de la segunda ley de Newton 5.1.2. OBJETIVO ESPECÍFICO: * Validar la ecuación de la segunda ley de newton a fuerza constante y masa variable * Verificar la segunda ley de Newton con masa constante y fuerza variable 5.2. FUNDAMENTO TEÓRICO: 5.2.1. FUERZA, MASA Y PESO: Fuerza es una magnitud física que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos materiales. La masa es la magnitud física que permite expresar la cantidad de materia que contiene un cuerpo. El peso de un cuerpo se define como un vector que tiene magnitud y dirección, que apunta aproximadamente hacia el centro de la Tierra 5.2.2. PRIMERA LEY DE NEWTON: Indica que para que un cuerpo altere su movimiento es necesario que exista algo que provoque dicho cambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas. Por lo general estas fuerzas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros

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5.2.3. SEGUNDA LEY DE NEWTON: Supondremos en principio que la intersección sobre un objeto es constante, es decir la fuerza que interactúa es constante en valor. De acuerdo al principio de la inercia, si sobre un objeto no obra fuerza alguna, éste debe permanecer en reposo o moviéndose con velocidad constante, esto supone que si existe la acción de alguna fuerza, este objeto debe cambiar su velocidad durante todo el tiempo que actúan la fuerza, es decir, la aceleración a que adquiere un bloque de masa “m” es directamente proporcional a la fuerza F aplicada, enunciado que corresponde a la segunda ley de Newton El cambio de velocidad producida por una fuerza determinada F, actuando un tiempo dado, depende del objeto sobre el cual actúa 5.2.4. TERCERA LEY DE NEWTON: Las fuerzas que actúan sobre un cuerpo proceden necesariamente de otro objeto que constituye su medio ambiente. La fuerza actuante es la acción que influye al cuerpo y esta ley nos indica que cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza, existe una fuerza de reacción que tiene el mismo módulo que la actúa sobre el cuerpo; pero de sentido contrario, es por eso que se indica también la ley de acción y reacción 5.3. MATERIALES Y EQUIPOS:  Deslizador  Rampa de colchón de aire  Hilo inextensible  Juego de pesas  Balanza  Polea y accesorios  Interfaz  Detector de movimiento  Computador Univ.: Flores Espinoza José Antonio

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5.4. PROCEDIMIENTO: 5.4.1. FUERZA CONSTANTE: 1. Disponga el carril de manera horizontal igual que en la práctica de cinemática 2. Instale un gancho en el extremo del deslizador y pesar el conjunto incluido el deflector m1 3. Instale la polea al extremo del carril 4. Empleando hilo inextensible, una el deslizador con la porta pesas 5. El juego de masas que se empleará, contiene pesas de 1g; 50g; 100g 6. Mediante una balanza mida la masa de la porta pesas junto con 6 pesas de 1g 7. Ponga a cero el detector de movimiento con el móvil acomodado aproximadamente en 75 cm. 8. Accione la bomba de aire y acomode el deslizador en 35 cm. aproximadamente. 9. Presione la opción adquirir y soltar el móvil. Los datos se tomarán a partir de la posición cero registrada en el detector de movimiento. 10. Los datos registrados posición tiempo deben ajustarse en el programa LoggerPro. 11. Antes de realizar el ajuste se deben seleccionar los puntos que no se analizarán, es muy probable que los últimos puntos no correspondan al MRUV. Seleccionarlos en color gris oscuro en el ratón. 12. En la barra de opciones seleccionar Ajuste de curvas, a continuación probar ajuste y aceptar 13. Aparecerá sobre el gráfico posición-tiempo un cuadro con el ajuste respectivo, el parámetro “a” es igual a la mitad de la aceleración, el parámetro “b” es la velocidad inicial y “c” es la posición inicial que debe estar muy próximo a cero.

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14. Después de registrar los datos, cargar al deslizador dos masas de 50g y repetir todo el procedimiento anterior. Repetir cargando el deslizador con 200g, 400g, y 500g 5.4.2. MASA CONSTANTE: 1. Acomode el deslizador con la polea y el portapesas cargado con 10 masas de 1g, proceda a medir la aceleración para este caso. 2. Mida la masa m2 que es el conjunto portapesas más 10 pesas de 1g 3. Retire dos masas de 1g del portapesas y mida la aceleración 4. Continúe hasta que sólo quede el portapesas 5.5. CÁLCULOS Y GRÁFICOS: 5.5.1. FUERZA CONSTANTE:

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 prom

FUERZA CONSTANTE m1 m2 M1 A 179,6 1,3 180,9 0,070245992 179,6 2,3 181,9 0,123598131 179,6 3,4 183 0,181612022 179,6 4,5 184,1 0,238932645 179,6 5,6 185,2 0,295572354 179,6 6,8 186,4 0,356598712 179,6 7,8 187,4 0,40685699 179,6 9 188,6 0,466463415 179,6 10,1 189,7 0,520440169 179,6 23,3 202,9 1,122511089 179,6 7,41 187,01 0,378283152

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n 1 2

M*=Log M 2,257438567 2,259832699

a*=loga M2*=Log (m2g) -1,153378448 1,104060118 -0,907988097 1,351844602

3

2,26245109

-0,740855407

1,521595683

4 5

2,265053789 2,267640982

-0,621724509 -0,529336189

1,64332928 1,738304793

6

2,270445908

-0,447820229

1,822625679

7 8 9

2,272769587 2,275541688 2,278067331

-0,390558218 -0,331182413 -0,283629191

1,882211369 1,944359276 1,99443814

10 2,307282047 0,05019064 prom 2,271652369 -0,535628206

2,357472687 1,736024163

r=

0,999304313

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5.5.2. MASA CONSTANTE: n 1 2 3 4 5 6 pro m

n 1 2 3 4 5 6 prom

m1 179,6 179,6 179,6 179,6 179,6 179,6

MASA CONSTANTE m2 M2 12,2 0,063607925 10,1 0,053241961 7,8 0,041622199 5,6 0,030237581 3,4 0,018579235 1,3 0,007186291

179,6 6,733

0,035745865

a 0,621767466 0,520440169 0,40685699 0,295572354 0,181612022 0,070245992 0,349415832

m2* M2*=Log M2 A*=Log a 2,076 -1,196488772 -0,206372006 1,994 -1,273745957 -0,283629191 1,882 -1,380674984 -0,390558218 1,738 -1,519452955 -0,529336189 1,522 -1,730972173 -0,740855407 1,104 -2,143495215 -1,153378448 1,72 -1,540805009 -0,550688243

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5.6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: Podemos concluir en esta practica que primero que nada el hilo inextensible se lo desprecia en masa; pero este es muy importante para esta practica; además indicamos que para el experimento el usar el programa lagger labpro no funcionaba correctamente entonces para saber el módulo de aceleración; usamos el programa de MRU y MRUV ; los cuales nos dieron como dato la velocidad; el desplazamiento y el tiempo; claro que los dos primeros tenían resultados negativos y para tomar como base de cálculos usamos hallando la pendiente de la gráfica de V vs. T y hallamos así la aceleración para tal práctica. 5.7. CUESTIONARIO: 1. Expresa matemáticamente la segunda ley de Newton y describe su significado físico R.- Esta ley enuncia; que la fuerza ejercida en un cuerpo, es directamente proporcional a la aceleración de la misma; y su expresión matemática, es:

F=ma 2. ¿Cómo explica la segunda ley de Newton el hecho de que objetos con masas distintas, en consecuencia distintos pesos, tarden lo mismo en caer desde una altura “h”? R.- Explicando matemáticamente:

∑ F Neta =ma→mg =ma ∴ a=g 3. El peso de un cuerpo es: a) La cantidad de materia que lo contiene b) La fuerza con la cual es atraída por la tierra c) Básicamente lo mismo que su masa, pero actúan en direcciones opuestas d) Es una medida medida de su inercia e) Algo que tiene el mismo valor en cualquier planeta 4. ¿Qué es fuerza? Univ.: Flores Espinoza José Antonio

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R.- Es una magnitud vectorial y es capaz de cambiar la cantidad de movimiento de un cuerpo

5. Escribe lo que entiendes por inercia R.- Es el momento inicial de un cuerpo; es decir que se encuentra en reposo y si a este nadie le aplica ninguna fuerza o alteración este no cambiará, es decir que todo cuerpo cumple ley de inercia si a este no se lo incentiva para moverse 6. Un bloque de 4 kg descansa sobre un plano inclinado 30º con la horizontal. Está unido a través de una cuerda con otro cuerpo de 15 kg que cuelga por el lado vertical del plano inclinado, por medio de una polea de masa despreciable. El coeficiente

de rozamiento

dinámico es de 0,3. Calcule la aceleración del sistema y la tensión de la cuerda cuando se dejan libres ambos cuerpos.

R.-

Daros: m=4kg M=15kg μ=0,3 a=? T=?

Solución: D.C.L: “m”

N

T

∑ F X=ma μN

T −μN = ma ∑ F y =0 N=mgcos 30

T−μmgcos 30=ma .. .. . .. .. . .1

mg

D.C.L: “M” T

∑ F y =Mg Mg−T =mg .. . .. .. . 2

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Mg

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Resolviendo 1y 2

T −μ mg cos30=ma Mg−T = Ma ¿ Mg−μmgcos 30=a (m+M ) ¿ Despejando aceleración:

a=

9 ,775 ( 15 −0,3∗4 cos 30 ⇒∴ a=7 ,18 [m/ s2 ] 19

De la ecuación 2

T =M (g−a )⇒ ∴ T =38 , 92 [ N ] 7. Un automóvil de 800 kg ejerce una fuerza de tracción de 120 kp y arrastra un remolque de 1000 kg con una cuerda. Despreciando el rozamiento, calcule la aceleración del movimiento, la tensión de la cuerda, y la velocidad del conjunto cuando haya avanzado 20 metros R.- Solución Aplicación de fuerza neta para 800 kg

∑ F Neta =ma→ F −T =800 a .. . .. .. . .. .. 1 Aplicación de fuerza neta para 1000 kg

∑ F Neta =ma→T =1000 a .. .. . .. .. . .. .2 Sumando 1 con 2

F=1800 a→a=

120 kp 9 ,81 N ∗ ⇒ ∴a=0 , 654 [m/s 2 ] 1800 kg 1 kp

8. ¿Cómo puede aplicarse una única fuerza a un cuerpo que está en movimiento de manera que no altere el módulo de la velocidad de dicho cuerpo?, ¿cómo puede aplicarse una única fuerza a un cuerpo que está en movimiento de manera que no altere ni la dirección ni el sentido de la velocidad de dicho cuerpo?, ¿ cómo puede aplicarse una única fuerza a un cuerpo que está en movimiento de manera que no altere ni el módulo, ni la dirección, ni el sentido de la velocidad de dicho cuerpo? Univ.: Flores Espinoza José Antonio

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R.9. Calcular la fuerza con la que debes impulsar un cuerpo de masa de m=2 kg para que suba por un plano liso inclinado 30º con respecto a la horizontal con una aceleración de 2 [m/s 2] R.- Solución:

∑ F Neta =ma→ F −mgsen 30=ma → F =m(a+gsen 30)= F=2(2+9 , 775 sen 30 )⇒ ∴ F=13 , 775[ N ] 10. Calcule la aceleración de m1 y elabore un gráfico en escalas métricas de la aceleración

vs.

M 2=

m2 m1 + m2 m1 (g)

150

150

150

150

m2 (g)

20

30

40

50

a (m/s2)

1,150

1,635

2,065

2,453

M2 (g)

0,118

0,167

0,211

0,25

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11. Calcule la aceleración de m 1 y labore un gráfico en escalas métricas y logarítmicas de la aceleración vs. M1=m1+m2

m1 (g)

150

250

350

450

m2 (g)

10

10

10

10

a (m/s2)

0,613

0,376

0,272

0,212

M2 (g)

160

260

360

460

5.8. BIBLIOGRAFÍA: 

Medidas y errores, “Ing.: Álvarez Ing.: Huayta”,2008; 166; 167



Física Mecánica 2º edición; “Ing.: Álvarez Ing.: Huayta”, 1997; 265-367



Prácticas de Física I “Ing.: Álvarez Ing.: Huayta” 2007: 45-50

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