Informe Segunda Ley Newton PDF

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Informe Laboratorio de Fisica de Ingenieros, revisar en que persona se escribe, siempre se escribe en tercera persona, no en primera persona....

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La Segunda Ley de Newton Echevarría Pérez Emily, Cermeno Cappa D. Alberto *Universidad de Puerto Rico Recinto de Mayagüez. Departamento de física, Laboratorio Física I. Febrero 19, 2019.

Resumen: En este laboratorio se realizaron experimentos para entender y comprobar la Segunda Ley de Newton. El laboratorio se dividió en dos partes, manteniendo siempre una constante. La primera constante era mantener la masa fija y la segunda constante era la fuerza. Este proceso se elaboró para comprender la relación entre los conceptos de fuerza, masa y aceleración que son explicados en la segunda ley de Newton. En la primera parte se utilizó el carrito y a este se había atado una cuerda donde al otro extremo de la cuerda se le aplicaban distintas masas para aumentar el peso de este extremo. Este peso haría que el carrito acelerara y luego se tomaban los datos para comprobar la relación entre fuerza y aceleración. Con los parámetro de Data Studio se calculó la aceleración y conociendo la tensión en la cuerda se graficaron los datos en base a fuerza vs. aceleración para comprobar la pendiente de la gráfica (masa experimental) con la masa medida. Para la segunda parte se usó un ventilador, colocado en el carrito, que proporcionó la fuerza constante que aceleraría al carrito. Aumentamos la carga en el carrito con cada prueba y graficamos los datos que se obtuvieron de aceleración (calculados con parámetro A) y el inverso de la masa. Palabras claves: Fuerza, aceleración, masa, peso.

1. Introducción Durante el laboratorio: La Segunda Ley de Newton, se estudiaron los factores de aceleración, fuerza, gravedad y masa. La Segunda Ley de Newton, también conocida como la Ley Fundamental de la Dinámica, explica la relación proporcional de la fuerza y la medida de la actividad de un cuerpo. Los objetos solo pueden acelerar si hay fuerzas actuando sobre ellos; entonces, esta ley dice exactamente cuánto puede acelerar un objeto para una fuerza neta dada. También, explica que la aceleración es proporcional a la fuerza neta y es inversamente proporcional a la masa. La ecuación algebraica es:

F=Ma (1) Sin embargo, al aplicar la ley a dos cuerpos en movimiento, se obtienen dos ecuaciones:

T =Ma T −mg=−ma

(2) (3)

y si se solucionan simultáneamente se puede encontrar la tensión utilizada,

g ( mmM +M )

T=

(4)

donde g es la constante de gravedad (9.8 m/s2). Es importante destacar que la tensión que se calculó con esta ecuación es la aceleración del carrito. Es por ello, la tensión proviene de la polea. La misma se considera como un instrumento mecánico compuesto de una rueda y una cuerda que se mantienen fija para alterar la dirección y el sentido de la fuerza. En la parte de la fuerza constante, se tuvo que dividir entre la masa para obtener la

aceleración con la siguiente fórmula

1 a=F M

(5)

Esto se debe a que se cambió la masa del carrito. Durante este experimento, se utilizaron las ecuaciones para poder lograr los objetivos. 2.Procedimiento Experimental En el experimento se comenzó a buscar los materiales que se usarían. Se comenzó por nivelar la balanza para luego medir la masa del carrito y el gancho. Una vez anotadas las medidas se procedió a amarrar un hilo, de aproximadamente un metro de largo, a un extremo de carrito y el otro extremo al gancho. Se colocó el carrito en una pista y se confirmó que dicha pista estuviera nivelada poniendo el carrito en cada extrema de la pista y el medio para confirmar que este no se desplazara. Se aseguró que el hilo quedara dentro de la polea que se encontraba en el extremo libre de la pista y que el hilo, en el tramo de la polea al carrito estuviera lo más horizontal posible ajustando la altura de la polea.

que utilizamos. Anotamos la medida y puse el ventilador en el carrito de manera que al encender este moviera el carrito alejándose de la polea. En el gancho colocamos pesas hasta que el peso en el gancho hasta que el carrito dejara de moverse para calcular la fuerza del motor del ventilador. Una vez calculado quitamos el hilo del carrito y se invertió la posición del ventilador para que desplazara el carrito en la otra dirección. El carrito fue colocado a 10 cm del sensor de movimiento y en Data Studio, recogiendo datos a 100 Hz de frecuencia, se le dio Start y se encendió el ventilador. El carrito se detuvo antes de chocar con la polea y al mismo tiempo se para la recolección de datos. El proceso se repitió 3 veces más colocando pesas de 20 gramos en el carrito acumulativas para cada repetición. Como en el caso anterior calculamos la aceleración con la data obtenida y realizamos una gráfica del inverso de la masa vs aceleración para comprobar la fuerza que había calculado con la pendiente de la gráfica levantada. 3. Tabla de Datos

En Data Studio se programó para recoger datos a 100 Hz y se presionó Start para comenzar a recoger datos; al mismo tiempo se soltó el carrito y antes de que este hiciera contacto con la polea se detuvo el carrito y se paró la recolección de datos. Este proceso se repitió 4 veces más, pero para cada repetición en el gancho se le añadían 10 gramos acumulativos para cada repetición. De los datos recolectados se sacó la información necesaria para calcular la aceleración y utilizando esta y la fuerza se procedió a crear una gráfica de aceleración vs fuerza para comparar la masa experimental con la medida. Al finalizar la primera parte se comenzó por medir la masa del ventilador

Tabla 1: Masa del carrito y del gancho

m g (kg)

M (kg)

0.005

0.255

Tabla 2: Recopilación de Datos parte 1

Caso

m(kg)

mM m+M

a(m /s

T(N)

(kg)

mg

0.005kg

0.00490

0.0654

0.0481

4. Gráficas

m g +10 0.015kg

0.0141

0.252

0.138

m g +20 0.025kg

0.0228

0.432

0.224

Primera Parte

m g +30 0.035kg

0.0308

0.582

0.302

Gráfica 1: Posición vs Tiempo

m g + 40 0.045kg

0.0346

0.746

0.339

Tabla 3: Datos Gráfica lineal parte 1

Pendiente Gráfica (kg)

M(kg)

%Dif.

0.0451

0.505

91%

Tabla 4: Recopilación de Datos parte 2

M T (kg )

1 (k g MT

a(m /s2 )

M

0.255

1 0.255

0.258

M+20gr

0.275

1 0.275

0.248

M+40gr

0.295

1 0.295

0.244

M+60gr

0.315

1 0.315

0.230

Caso

Gráfica 2: Aceleración vs Tensión

Segunda Parte Gráfica 3: Posición vs Tiempo

Tabla 5: Datos Gráfica lineal parte 2

Pendiente Gráfica (N)

F(N)

%Dif.

0.0350

0.147

76%

Gráfica 4: Aceleración vs Tensión

5. Cálculos y Resultados Para calcular la aceleración se multiplicó el valor de A obtenido por Data Studio por 2: Caso 1: 2*(0.0327)= 0.0654

m/s 2

En el caso para obtener el dato para calcular la tensión con la primera siguiente fórmula;

mM m+M Caso 1:

(0.005 kg)(0.255 kg ) =¿ 0.00490kg (0.005 kg+ 0.255 kg) Para calcular la tensión se utilizó la siguiente ecuación:

( m+mMM g)

T=

Caso 1: 2 T=(0.00490kg)*(9.81 m /s )=0.0481N 6. Análisis de Resultados y Discusión Para la primera parte del experimento se utilizó un carrito al cual se le añadió una masa de 250g y luego se colocó a 10cm del sensor, conectado a DataStudio®. Al carrito se le adjuntó un hilo desde el cual colgaba un gancho, que contaba con una masa de 5g que posteriormente sería alterada. El hilo corría sobre una polea y luego colgaba de la superficie donde se encontraba la pista del carrito. Al soltar el carrito, la tensión creada por el hilo y el gancho actuaba como la fuerza aplicada a la masa para lograr una aceleración. En esta parte comenzamos con una masa de carrito de .505kg mientras que la del gancho comenzó siendo de .005kg. La masa del gancho fue alterada en cuatro ocasiones para lograr masas de .015, . 025, .035 y .045 kg respectivamente. A medida que la masa del gancho

aumentaba, se observaba que la aceleración progresaba proporcionalmente. En la segunda parte del experimento, se canceló la aceleración del carrito provista por un ventilador que fue añadido al carrito para de esta forma lograr calcular la fuerza aplicada. De la gráfica que se realizó se obtuvo que la pendiente que era la fuerza que se mantuvo constante y dio a .035 N. Se canceló las fuerzas cuando obtuvimos 0.015kg. Pudimos determinar que la fuerza iba disminuyendo a medida que aumentaba la masa del carrito y, al disminuir la fuerza, también disminuye la aceleración. 7. Conclusión El objetivo de este laboratorio era determinar experimentalmente la relación que existe entre la aceleración de un cuerpo y las diferentes fuerzas que actúan sobre el mismo. El planteamiento en que se basa el laboratorio es en la segunda ley de Newton que establece que, la fuerza aplicada a un objeto es directamente proporcional a su aceleración. Partiendo de esta ley y los resultados obtenidos, se concluye que, para la primera parte, se logró un acuerdo con la segunda ley de Newton. En esta sección del experimento, la masa del carrito se mantenía igual pero se aumentaba la masa del gancho lo que provocaba un aumento en la tensión (fuerza aplicada), y por ende, aceleración. Se observó, al igual que establece la ley, que la aceleración es directamente proporcional fuerza aplicada a un objeto. Se obtuvo un nivel alto de diferencia debido a diferencias en los equipos de laboratorios. Por otro lado en la segunda parte del laboratorio se estudió también la segunda Ley de Newton, como la primera parte solo que se añadió un ventilador sobre el carrito. Concluimos que si la masa es mayor que la fuerza que ejerce el carrito no se verá ningún tipo de

movimiento. Además la masa del carrito, la aceleración y la fuerza afecta el movimiento del mismo. A mayor masa del objeto menor es su aceleración. Al igual que en la primera parte, se obtuvo un porcentaje alto de diferencia por igual manera en diferencias en equipo de el laboratorio. Referencias:

R.A. Serway and J.W. Jewett, Physics for Scientists and Engineers, 9th Ed. (Brooks/Cole, Boston, MA, 2014), pp. 115

D.C. Giancoli, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 4th Ed. (Pearson Education, Upper Saddle River, NJ, 2007), pp. 86 J.R López, P.J. Marrero and E.A. Roura, Manual de Experimentos de Física I, (John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2008), pp. 49...