Lab10 Fuerza Centrípeta PDF

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laboratorio numero 10 completo y detallado...

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Universidad del Turabo Gurabo, Puerto Rico Escuela de Ciencias y Tecnología

Laboratorio 10: Fuerza Centrípeta

PHSC: 203L

Objetivos del Laboratorio  Demostrar la existencia de la fuerza centrípeta para producir un movimiento curvilíneo.  Medir la fuerza centrípeta de un cuerpo en movimiento curvilíneo.  Encontrar la relación entre la fuerza centrípeta y la aceleración centrípeta.

Introduccion Teórica La fuerza centrípeta es la fuerza que tira de un objeto hacia el centro de un camino circular mientras que el objeto sigue ese camino circular. Un objeto sólo puede tener una trayectoria circular si se le aplica una fuerza centrípeta. En el caso de un satélite en órbita, la fuerza centrípeta es su peso y actúa hacia el objeto alrededor del cual orbite. En el caso de un objeto atado a una cuerda, la fuerza centrípeta es la tensión de la cuerda y actúa hacia el objeto al cual esté anclada. En el caso de un objeto giratorio, los esfuerzos internos proporcionan la fuerza centrípeta que mantiene al objeto unido. La fuerza centrípeta no debe confundirse con la fuerza centrífuga. En un sistema de referencia inercial (sin aceleración tangencial ni normal), la fuerza centrípeta acelera a una partícula de un modo tal que ésta se moverá siguiendo una trayectoria circular. En un sistema de referencia que gire junto con la partícula, una partícula con movimiento circular tiene velocidad cero. En este caso, la fuerza centrípeta parece anularse con una fuerza ficticia, la fuerza centrífuga. Las fuerza centrípetas son fuerzas reales que aparecen en sistemas de referencia inerciales; las fuerzas centrífugas sólo aparecen en sistemas giratorios. Los objetos con movimiento rectilíneo uniforme tienen una velocidad constante. Sin embargo, un objeto que se mueva en un arco con velocidad

constante sufre un continuo cambio en la dirección del movimiento. Dado que la velocidad es un vector con módulo, dirección y sentido, un cambio en la dirección implica una velocidad variante. La magnitud de este cambio de velocidad es la aceleración centrípeta. Diferenciando el vector de velocidad obtenemos la dirección de esta aceleración hacia el centro del círculo.

Según la segunda ley de Newton, si hay una aceleración ha de existir una fuerza en la dirección de esta aceleración. La fórmula de la fuerza centrípeta, es igual a:

(donde m es la masa, v es la velocidad, r es el radio en la curvatura del movimiento y el signo negativo denota que el vector apunta al centro del círculo, y ω = v / r es la velocidad angular). Centrípeta significa dirigida hacia el centro. 2

***

F c=mac ∴⇒ m

v =mω2 r r ***

 Fuerza centrífuga Fuerza centrífuga es la que tiende a alejar los objetos del centro de rotación, en un movimiento circular.  La fuerza centrífuga es una de las fuerzas ficticias que parecen actuar sobre un objeto cuando su movimiento se describe según un sistema de referencia en rotación.  La aceleración centrífuga es la fuerza de reacción ejercida por un objeto que describe un recorrido circular sobre el objeto que causa ese

movimiento curvo, según la tercera Ley de Newton. En realidad es sólo el efecto de la inercia en un movimiento circular. La Aceleración centrípeta es la fuerza que provoca el movimiento circular se denomina fuerza centrípeta. Un objeto sobre el cual no actúa ninguna fuerza se mueve en línea recta con velocidad constante. Para hacer que el objeto se desvíe de un camino recto a uno circular, debe ejercerse una fuerza centrípeta en ángulo recto a la velocidad del objeto, dirigida hacia el centro del círculo. Dado que esto provoca un cambio en la dirección de la velocidad del objeto, aparece una aceleración centrípeta, dirigida hacia el centro, que provoca (por la ley de Newton) una fuerza centrípeta. Posible confusión sobre el término, existe, sobre el término aceleración centrífuga a causa de estas dos definiciones diferentes. Según una de ellas, la aceleración centrífuga actúa sobre el objeto y es una aceleración ficticia, que sólo existe en sistemas de referencia giratorios. La otra fuerza que también se ha denominado fuerza centrífuga es la verdadera fuerza de reacción ejercida por el objeto. Por esta razón, los profesores de ciencia en los últimos años tienden a restar importancia a la fuerza centrífuga cuando enseñan el movimiento circular, y en su lugar dan el lugar preferente a la aceleración centrípeta, dado que es la aceleración responsable de mantener el movimiento circular y la aceleración centrípeta.

Materiales y Equipos

Equipo

Cantidad

Materiales

Cantidad

Sistema de Rotación Accesorios de Fuerza Centrípeta4 Sensor óptico

1 1

Cuerda Balanza Digital

1 1

1

Fuente de Voltaje DC

1

Set de Masas y sujetador de 1 masas Cables (Banana – banana) 2

C- Clamp

1

Nivel circular

1

Procedimiento En esta parte se dejara constante la fuerza centrípeta y la masa de la plomada midiéndose el periodo de rotación. Medir la masa de la plomada y anotar los valores. Colgar el objeto en el poste y conectar la cuerda del resorte del objeto a través de la polea. Alinear el poste lateral con línea de referencia para la primera posición a un radio de 10cm. Sujetar y asegurar con el tornillo vertical mente el poste lateral. Reajustar la calibración en el poste central hasta lograr que la plomada cuelgue verticalmente. Conectar la polea con la agarradera en el extremo de la barca cerca del objeto colgante. Atar una cuerda en el extremo colgante de la plomada y sobre la polea cuelgue una cantidad de 50g. Alinear indicador de referencia en el poste central con del disco indicador anaranjado. Remover la masa que esta colgando sobre la polea y también la polea. Comenzar a rotar el sistema poco a poco aumentando lentamente en pequeñas cantidades de 1V. La fuente de voltaje. Cuando el disco indicador llega al punto de referencia deja estable el voltaje y espere a que logre estabilidad en velocidad del sistema. Medir los periodos de rotación utilizando el programa y registrar todos los valores en las tablas y repetir el procedimiento del paso 2 en adelante con cambios de radios de cada 1cm de aumento hasta llegar a 14cm máximo radio.

Determinar la fuerza centrípeta y calcular el promedio del periodo para cada dos medidas del periodo tomados por el radio. Calcular el cuadrado del periodo promedio para cada muestra y anotar valores. Construir la grafica del radio en función del cuadrado del periodo usando la tabla de radio vs. Periodo al cuadrado. Trazar la línea en la grafico para encontrar la pendiente media. Calcular la fuerza centrípeta usando el valor de la pendiente y calcular el por ciento de diferencia entre ambos valores de fuerza centrípeta y anotar los resultados.

Datos y Resultados Tabla 1. Variación del radio (fuerza y masa constante)

Datos Generales Masa del objeto (Plomada)

.2079 kg

Masa colgante sobre la polea

.055 kg

Pendiente de la gráfica (r vs. T²)

0.730

Datos Experimentales Radio r (m) 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14

Periodo T Promedio T (S) (S) 1.304 1.306 1.308 1.383 1.386 1.389 1.424 1.435 1.445 1.513 1.502 1.490 1.634 1.574 1,514

T² (S²) 1.706 1.921 2.058 2.255 2.477

Resultados Fuerza Centrípeta = mg

0.5379

Fuerza Centrípeta de la pendiente 8

0.59

% de Diferencia

7%

Formula para determiner la fuerza centripetal: Slope = Fc/(4 π 2 m) (m--> masa de la plomada)

A. Grafica mostrando periodo en segundos.

B. Grafica de radio vs tiempo al cuadrado

Conclusiones

En el laboratorio realizado se presentó la fuerza centrípeta. Primero nos introducimos en un sistema de movimiento circular uniforme donde se nos explico teóricamente que en un cuerpo se mueve por una trayectoria circular de radio r con velocidad constante experimentara una aceleración, llamada aceleración centrípeta, que va dirigida hacia el centro del circulo. Causando ésta un cambio en la dirección del vector velocidad. En este laboratorio se desarrollo un sistema circular uniforme. Para esto se utilizó un experimento sencillo, el cual consistía en un objeto que se encontraba en una plataforma giratoria aguantado de varios hilos. Para la primera parte se mantenía la fuerza y la masa colgante constante, se variaba el radio para poder calcular la fuerza centrípeta. Para la segunda parte del experimento se vario la fuerza centrípeta y se mantuvieron constantes la masa y el radio de esta manera pudimos calcular la masa de la plomada. Se pudo observar que al aumentar el radio, el periódo también aumentaba; por consiguiente Fuerza Centrípeta.

Referencias  Manual de Fisica Experimental, José Ducogé - Carlos F.Neira – Francisco J. Díaz  Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, Eighth Edition Raymond A. Serway and John W. Jewett, Jr....