Informe Segunda LEY DE Newton PDF

Preview

Summary

####### SEGUNDA LEY DE NEWTON.Informe laboratorio de mecánica.Integrantes:Marbelssa Villamizar Vega CÓD. 1127574059Juan Camilo Gómez Hernández CÓD. 1005037105Heylin Yurimar Guerrero Ayala. COD.Jose Ángel Ramírez Pabón. 1004808173####### GRUPO FR.Docente: Luis Francisco Rodriguez Wilches.30 de octubr...

Description

SEGUNDA LEY DE NEWTON.

Informe laboratorio de mecánica.

Integrantes: Marbelssa Villamizar Vega CÓD. 1127574059 Juan Camilo Gómez Hernández CÓD. 1005037105 Heylin Yurimar Guerrero Ayala. COD.1004912779 Jose Ángel Ramírez Pabón.COD. 1004808173

GRUPO FR.

Docente: Luis Francisco Rodriguez Wilches. 30 de octubre del 2020

Universidad de Pamplona extensión Villa del Rosario Ingeniería en sistemas Norte de Santander - Villa del Rosario

OBJETIVOS: 1. Estudiar y verificar la Segunda Ley de Newton, así como el comportamiento de un sistema con movimiento rectilíneo acelerado. 2. Analizar el comportamiento de la aceleración de un objeto que no varía su masa, cuando la fuerza que se le aplica aumenta.

RESUMEN:

Con el fin de realizar el trabajo de manera correcta y precisa para este informe de laboratorio, el docente realizó una previa explicación de cómo deberíamos realizarlo mediante ejemplos, dándonos las herramientas necesarias para facilitarnos aún más el taller del informe. Luego de eso, procedimos a realizar la respectiva resolución de la tabla 1, la cual el profesor nos dio una explicación muy precisa, luego de esto procedimos a sacar el tiempo, Seguidamente realizamos correctamente la tabla número 2 y luego pasamos a las preguntas control y conclusiones para así terminar de manera correcta el presente informe teniendo en cuenta los objetivos de esta práctica, y realizando todo de una manera ordenada y legible.

Esquema del laboratorio y Materiales

Esquema de laboratorio.

EQUIPO REQUERIDO

CANTIDAD

Carrito dinámico

1

Balanza.

1

Smart Timer.

1

Fotoceldas.

2

Portapesas.

1

Juego de masas.

1

Cuerda (SE-8050).

1

Súper polea con prensa.

1

Banderola.

1

Cables de conexión para fotocelda

4

OBSERVACIONES

Suministrados por el estudiante

TEORÍA: LEYES DE NEWTON Las leyes de Newton son la base teórica de la mecánica clásica; han sido comprobadas y utilizadas para describir las características del movimiento mecánico de todos los cuerpos macroscópicos con gran precisión, con ayuda de las ecuaciones del movimiento mecánico se puede predecir en cada momento de tiempo la posición, velocidad, aceleración, o el tiempo trascurrido.

SEGUNDA LEY DE NEWTON. “La aceleración de un cuerpo que está en movimiento debido a una fuerza es directamente proporcional a la fuerza aplicada e inversamente proporcional a la masa del cuerpo” Con la Segunda ley, Newton describió la relación entre la aceleración, la fuerza y la masa; relación que también se puede expresar de la siguiente manera:

F = ma

(4.1)

Ahora bien, si se considera un sistema en el que un cuerpo de masa “M” (masa del carro) se desliza sobre una superficie horizontal debido a la fuerza aplicada por medio de una cuerda que está sujeta a una masa “𝑚1” (masa que cuelga al final de la superficie plana más la masa del portapesas) a través de una polea; la fuerza neta “𝐹𝑁𝑒𝑡𝑎” que actúa sobre todo el sistema es el peso de la masa colgante multiplicada por la gravedad que equivale a 9.8 𝑚𝑠2⁄. (si se desprecia la fricción)

F

neta

= m 1g

(4.2)

De acuerdo a la Segunda Ley de Newton, esta fuerza neta debería ser igual a la fuerza de la ecuación (4.1); donde “m” es la masa total que está siendo acelerada, la cual en este caso es (𝑀 + 𝑚1). Entonces la fuerza neta despreciando la fricción equivaldría a:

F

neta

= m 1g = (M + m 1)a

(4.3)

Para determinar la aceleración, el cuerpo que se pretende deslizar se ubicará en el punto de inicio y se medirá en tiempo que tarda en recorrer una distancia “x” y bajo la relación “𝑥=12𝑎𝑡2 “se calculará el valor para la aceleración de la siguiente manera suponiendo que es constante:

a=

2x 2 t

(4.4)

CUESTIONARIO

1. Defina el concepto de fuerza, escriba como mínimo cuatro ejemplos de la vida cotidiana. RTA: La fuerza es una magnitud vectorial que se manifiesta de manera lineal y representa la intensidad de intercambio entre dos cuerpos o un cuerpo y su ambiente. También se podría decir que es como un empujón en el cual se produce interacción entre dos o más cuerpos. Ejemplos: -

Cuando varias personas empujan un automóvil. Jugar al golf. Patear una pelota. Levantar una pesa en el gimnasio.

2. ¿Qué relación existe entre las variables , , que se involucran en la segunda ley de Newton (ecuación 4.1)? Justifique su respuesta con un ejemplo. RTA:

F = ma

(4.1)

La masa y la aceleración son directamente proporcionales a la fuerza. F: Representa la fuerza total que actúa sobre el cuerpo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el newton. m: Es la masa del cuerpo, supuesta constante. Su unidad de medida en el S.I. es el kilogramo (kg). a: Es la aceleración que tiene el cuerpo. Su unidad de medida en el S.I. es el metro por segundo al cuadrado (m/s2) La fuerza con la que se debe patear una pelota de fútbol para que esta modifique su velocidad podría ser un caso en el que se observa la ley en cuestión puesta en práctica.

3. Realice el análisis dimensional de la expresión mostrada en la ecuación (4.1) además, consulte las unidades de medida de la fuerza en los sistemas MKS, CGS y sus respectivas equivalencias en ambos sistemas.

RTA: La fuerza se define como la derivada de la cantidad de movimiento con respecto al tiempo (aunque también suele expresarse como el producto de la masa por la aceleración). Por ello

La unidad SI de la fuerza es el newton, que equivale a

FUERZA MKS

CGS

N

Dy

EQUIVALENCIAS EQUIVALENCIAS Unidades básicas del sistema 1 N = 1 kg.m/s 2 internacional

Equivale a 10 -5 N o la fuerza que aplicada a una masa de un gramo le comunica una aceleración de un centímetro por segundo al cuadrado

Sistema Técnico de Unidades

1 N = 1/9,80665

♥ 1 dyn = 1 g·cm/s² = 10-5 kg·m/s² = 10-5N

Sistema CGS

1 N = 105 dyn

♥ 1 N = 1 kg·m/s² = 105 g·cm/s² = 100000 dyn 3

Unidades de Planck

1 N = 1,21027×1044 N

Tradicionalmente, los dina/centímetro se ha usado para medir tensiones superficiales.

Figura 1. Diagrama del montaje de la Segunda Ley de Newton 4. Según la figura 1 aplique la segunda ley de Newton y demuestre la ecuación (4.3). RTA:

F

neta

= m 1g = (M + m 1)a

M1g - T= M1a T= M1g - M1a

T=Ma

M1g- M1a=Ma M1g= Ma+ M1a M1g= (M+ M1)a

PROCEDIMIENTO 1. Con ayuda de la balanza determine el valor de la masa del carrito dinámico junto con la banderola, el cual corresponde a “M” y registre este valor en la tabla 1. 2. Ubique y asegure la polea en el extremo de la mesa donde finaliza la línea blanca. 3. Disponga las fotoceldas separadas a 10 cm de la señalización de peligro. Tenga en cuenta que la fotocelda debe estar posicionada de modo tal que alcance a tomar medición de la banderilla del carrito dinámico y a su vez no debe interrumpir el deslizamiento del mismo. 4. Disponga la otra fotocelda a 30 cm de la primera foto celda siguiendo las mismas condiciones de la disposición de la fotocelda anterior. 5. Con una cuerda de longitud “L” entre (1m≤ L ≤ 1,2m) una el carrito dinámico y el portapesas. Luego posicione el carrito dinámico justo después de la segunda fotocelda sobre la línea blanca mientras deja caer el portapesas por la polea con la ayuda de la cuerda que une el sistema. (La cuerda que une el sistema carrito dinámico-polea-porta pesas debe estar paralela a la línea blanca de la mesa). 6. Sin soltar el carrito dinámico, coloque una masa colgante “𝒎𝒄” sobre el portapesas y regístrela en la tabla 1. 7. Libere el carrito dinámico y tome 5 mediciones del tiempo que tarda este en recorrer la distancia entre las dos fotoceldas (30 cm que equivaldrán a nuestro “x”) con ayuda del Smart Timer en la opción “Two gate” y registre los valores obtenidos en la tabla 1 como “𝑡1, 𝑡2, 𝑡3, 𝑡4, 𝑡5”. 8. Realice los pasos 6 y 7 cuatro veces más aumentando la masa “𝒎𝒄”” en cada ocasión y complete la tabla 1. Masa del deslizador M [kg]

200 gr=0.2kg

+

Masa del portapesas pesas ( m c ) [kg]

a =m/s

Tiempo

2

0.2kg

5

m/s 2

√2(0.49 m)/5 m/s2 = 0.44 s

0.2kg+0.1kg =0.3kg

6

m/s 2

√2(0.49 m)/6 m/s2 = 0.40 s

0.2kg +0,2 kg=0.4kg

6.67

m/s 2

√2(0.49 m)/6.67 m/s2 = 0.38 s

0.2kg +0.3kg=0.5 kg

7.14

m/s 2

√2(0.49 m)/7.14 m/s2 = 0.37 s

0.2kg +0.4kg=0.6kg

7.5

m/s 2

√2(0.49 m)/7.5 m/s2 = 0.36 s

Tabla 1. Datos experimentales.

Análisis de datos. 1. Calcular los respectivos tiempos promedios y respectivas incertidumbres. Completar la tabla 1. 2. Utilizando los datos de la tabla 1, emplee la ecuación (4.4) para determinar las aceleraciones para cada caso y regístrese en la tabla 2. 3. Para cada caso, calcular el producto de la masa total por la aceleración y completar la segunda columna de la tabla 2. (tenga en cuenta que “𝒎𝟏” equivale a la suma de la pesa colocada en cada caso y la masa del portapesas). 4. Calcule el producto entre la gravedad y “𝒎𝟏” y registre estos datos en la tercera columna de la tabla 2 5. Finalmente determine el error porcentual entre las fuerzas registradas en las columnas 2 y 3 de la tabla 2. Recuerde que:

|V E =| |

exp −

V

V

teo

teo

| | * 100% |

En donde 𝑉𝑒𝑥𝑝 es el valor experimental y corresponde a la fuerza calculada mediante (M+𝒎𝟏)a y 𝑉𝑡𝑒𝑜 es el valor teórico calculada mediante 𝒎𝟏𝒈 .

6. Realice una gráfica de la fuerza neta en función de la aceleración. Aceleración (m/s 2 )

(M + m 1 )a

5 m/s 2

(0.2 kg+0.2 kg) 5 m/s 2 =2N

F=0,2 kg x 9.8m/s2=1.96N

E = 2-1.96/1.96= 0.020x100%=0.02

6 m/s 2

(0.2 kg+0.3kg)6 m/s 2 =3N

F=0.3kg x 9.8m/s2=2.94N

E = 3-2.94/2.94= 0.020x100%=0.02

(0.2 kg+0.4kg)6.67 m/s 2

F=0.4x 9.8m/s2=3.92N

E = 4.00-3.92/3.92= 0.020x100%=0.02

(0.2 kg+0.5kg)7.14 m/s 2

F=0.5x 9.8m/s2=4.9N

E = 4.99-4.9/4.9= 0.018x100%=0.018

F=0.6x 9.8m/s2=5.88N

E = 6-5.88/5.88= 0.020x100%=0.02

6,7 m/s 2 7,14 m/s 2 7,5 m/s 2

=4.00 N =4.99 N

(0.2 kg+0.6kg)7.5 m/s 2 =6 N

F

neta

= m 1g

Tabla 2. Datos calculados de la fuerza.

%Error

Preguntas de control. 1. ¿Cuáles podrían ser las posibles fuentes de error? Justifique su respuesta. Las posibles fuentes de error sería que cómo le añadimos más peso, hace que varíe la aceleración y al variar la aceleración hace que cambien los demás datos diferenciándose unas entre otras como el caso en el que 0.2kg de peso da 5 m/s y al añadirle 0.1kg de peso al portapesas da 6 m/s de aceleración

2. ¿Verifican los resultados de esta práctica la Segunda Ley de Newton? Justifique su respuesta. RTA: Si,

3. Utilizando la regresión lineal encuentre la pendiente de la gráfica Fuerza vs Aceleración y ¿qué significado tiene esta?

la pendiente de esta gráfica es el valor que acompaña a la X , podemos notar que la pendiente se encuentra de una manera exponencial.

4. Con el valor de la pendiente calculada anteriormente, encuentre la ecuación que describe al movimiento y explique qué significado tiene esta ecuación. RTA: la ecuación obtenida es: Y=2.2175e0.4362x  s ignifica que la línea de tendencia de

nuestra gráfica es exponencial

5. ¿Son comparables los resultados de la masa obtenida a partir de la gráfica y la medida con la balanza? Además, calcule el error porcentual utilizando la ecuación (4.5), donde el valor teórico es el medido por la balanza y el valor experimental el obtenido con la pendiente de la gráfica. RTA:

6. ¿Explique qué ocurría si el experimento se hace en la luna? Recuerde que esta es aproximadamente 1/6 de la gravedad en la tierra. RTA: El peso del automóvil vendría siendo el mismo , si el auto pesa 0.2 kg seguira pesando lo mismo o sea 0.2 kg , en la luna , lo que cambiaria seria su fuerza o su peso ya que la gravedad de la luna es

Conclusiones.

De los resultados de la práctica de laboratorio podemos concluir

-Los datos tienen un porcentaje de error menor a 0.5%, por lo tanto es bastante exacto -También se puede llegar a concluir que entre mayor masa tenga la aceleración va ser superior -...