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Universidad Autónoma de Nuevo León FIME – Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Laboratorio de Física I

Práctica # 7 Análisis de la Dinámica del Movimiento

Semestre AGOSTO – DICIEMRE 2017

Instructor: M.A. Emmanuel Meléndez

Brigada: 418

Matricula 1799371 1806994 1200257 1753717

Nombre Valeria Elizabeth Arizpe Garza Angelica Janeth Vargas Pérez Adrián Urbano Jimenez Cortes Isai Alejandro de la Rosa Rangel

26 de Octubre del 2017

Programa Educativo IAS IAS IMA IAS

Práctica # 7: Análisis de la Dinámica del Movimiento Marco Teórico La dinámica es la parte de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con las causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación. El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos, pero también en la termodinámica y electrodinámica. En este artículo se describen los aspectos principales de la dinámica en sistemas mecánicos, y se reserva para otros artículos el estudio de la dinámica en sistemas no mecánicos. El estudio de la dinámica fue iniciada por Aristóteles en torno a 384 a.C. Aristóteles desarrolló una teoría en un intento de explicar los movimientos de los cuerpos. Esta teoría sigue siendo válida hasta la Edad Media, más precisamente en la época del Renacimiento. Isaac Newton estableció las tres leyes fundamentales de la dinámica: 1. El principio de inercia, que indica que cuando un cuerpo está en reposo, o describe un movimiento de las características de MRU, las fuerzas que se aplican sobre él tiene una resultante nula. 2. 2. La fuerza es igual a la masa por la aceleración. Esta es la fórmula fundamental de la dinámica, y llega a partir de suponer un cuerpo en reposo sobre una superficie horizontal, que es sujeto a una fuerza paralela a esa superficie, pudiéndose prescindir del rozamiento. 3. 3. Ley de acción y reacción. Siempre que un cuerpo ejerza una fuerza sobre otro, este segundo ejerce una contraria de igual intensidad y dirección, pero sentido contrario sobre el primero. Estas leyes son las fundamentales de la dinámica, que aplican fundamentalmente sobre el movimiento rectilíneo uniforme. Sin embargo, también existe una dinámica del movimiento circular, que sucede cuando se puede mantener la fuerza que se aplica sobre un cuerpo constantemente en módulo, perpendicular a la dirección del movimiento. Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton, son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos.

1. Primera ley de Newton o Ley de la inercia

La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que: “Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.” 2. Segunda ley de Newton o Ley de fuerza

La segunda ley del movimiento de Newton dice que: “El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.” 3. Tercera ley de Newton o Ley de acción y reacción “Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.” En las Leyes de Newton y en la Dinámica toda existen otros conceptos, no menos importantes que los mencionados como son: 

Masa La masa, en física, es la cantidad de materia de un cuerpo. Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una cantidad escalar. El concepto de masa surge de la confluencia de dos leyes: la ley Gravitación Universal de Newton y la 2ª Ley de Newton.  Peso En física, el peso es la fuerza con la cual un cuerpo actúa sobre un punto de apoyo, originado por la aceleración de la gravedad, cuando esta actúa sobre la masa del cuerpo. Al ser una fuerza, el peso es en sí mismo una cantidad vectorial, de modo que está caracterizado por su magnitud y dirección, aplicado en el centro de gravedad del cuerpo y dirigido aproximadamente hacia el centro de la Tierra.

El peso y masa son dos conceptos y magnitudes físicas bien diferenciadas, aunque aún en estos momentos, en el habla cotidiana, el término "peso" se utiliza a menudo erróneamente como sinónimo de masa, la cual es una magnitud escalar. La propia Academia reconoce esta confusión en la definición de «pesar»: "Determinar el peso, o más propiamente, la masa de algo por medio de la balanza o de otro instrumento equivalente"

Hipótesis -En el “Caso 1” como la masa del contrapeso era igual las tres veces que se hizo el experimento, al igual que la distancia y la masa se le fue aumentando, entonces la aceleración iba a disminuir. -En el “Caso 2” la masa del carro era fue igual en las 4 veces que se hizo el experimento, al igual que la distancia y la masa del contra peso fue aumentando, la aceleración va a aumentar. -En los dos casos, el tiempo va aumentando.

Desarrollo

Caso 1 Distancia 0.60 m 0.60 m 0.60 m

a=

a=

Masa del carrito 0.153 Kg 0.1998 Kg 0.2259 Kg

2x 2 t

2 ( 0.60 m ) 2

( 1.22 s )

⇾

a=0.806 m /s

2

a=

2(0.60 m) 2 (1.53 s)

⇾

a=0.512 m/ s2

a=

2(0.60 m) (1.69 s)2

⇾

a=0.42 m/s2

F=ma

2

s 0.806 m /¿ F=(0.153 Kg )¿

⇾

F=0.1233 N

Contrapeso 0.0162 Kg 0.0162 Kg 0.0162 Kg

Tiempo 1.22 s 1.53 s 1.69 s

2

s 0.512 m /¿ F=(0.1998 Kg)¿

⇾

F=0.1022 N

⇾

F=0.094 N

2

s 0.42m/¿ F=(0.2254 Kg)¿

Caso 2 Distancia 0.80 m 0.80 m 0.80 m 0.80 m

Masa del carrito 0.2259 Kg 0.2259 Kg 0.2259 Kg 0.2259 Kg

a=

2x t2

a=

2 ( 0.8 0 m ) 2 ( 2.38 s)

⇾

a=0.282 m/ s

a=

2(0.8 0 m) (2.01 s)2

⇾

a=0.396 m /s

2

a=

2(0.8 0 m) (1.87 s)2

⇾

a=0.457 m /s

2

a=

2(0.8 0 m) 2 (1.45 s)

⇾

a=0.76 m /s

2

2

F=mg

s2 9.8 m /¿ F=(0.0079 Kg)¿

⇾

F=0.0022 N

⇾

F=0.0045 N

2

s 9.8 m /¿ F=(0.0114 Kg)¿

Contrapeso 0.0079 Kg 0.0114 Kg 0.0162 Kg 0.0198 Kg

Tiempo 2.38 s 2.01 s 1.87 s 1.45 s

2

s 9.8 m /¿ F=(0.0162 Kg)¿

⇾

F=0.0074 N

s2 9.8 m /¿ F=(0.0198 Kg)¿

⇾

F=0.015 N

Análisis de los resultados

Caso 1 Distanci a 0.60 m 0.60 m 0.60 m Tabulación Masa

Masa del carrito 0.153 Kg 0.1998 Kg 0.2259 Kg

Contrapeso

Tiempo

Aceleración

Fuerza

0.0162 Kg 0.0162 Kg 0.0162 Kg

1.22 s 1.53 s 1.69 s

0.806 m/s2 0.512 m/s2 0.42 m/s2

0.1233 N 0.1022 N 0.094 N

Aceleració n

0.153 Kg 0.1998 Kg

0.806 m/s2 0.512 m/s2 0.42 m/s2

0.2259 Kg Gráfica

Masa / Aceleración 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.15

Caso 2

0.2

0.23

Distancia 0.80 m 0.80 m 0.80 m 0.80 m

Masa del carrito 0.2259 Kg 0.2259 Kg 0.2259 Kg 0.2259 Kg

Contrapeso

Tiempo

Aceleración

Fuerza

0.0079 Kg 0.0114 Kg 0.0162 Kg 0.0198 Kg

2.38 s 2.01 s 1.87 s 1.45 s

0.282 m/s2 0.396 m/s2 0.457 m/s2 0.76 m/s2

0.0022 N 0.0045 N 0.0074 N 0.015 N

Tabulación Fuerza

Aceleración

0.0022 N

0.282 m/s2

0.0045 N

0.396 m/s2

0.0074 N

0.457 m/s2

0.015 N

0.76 m/s2

Gráfica

Fuerza / Aceleración 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

0

0.01

0.02

Preguntas 1.- Resumiendo los resultados de todos los equipos, ¿Cuál es la Ley que describe la dependencia entre la aceleración del cuerpo y las variables estudiadas? ¿Se cumplió la hipótesis planteada por su equipo? Segunda Ley: Ley de Aceleración o Ley de Fuerza La segunda ley del movimiento de Newton dice que “Cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. Dicha a aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se

mueve”. Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. Se cumplieron las primeras dos hipótesis, sin embargo, la última no ya que el tiempo en el “Caso 2” fue disminuyendo en vez de aumentando. 2.- Si se quiere que la aceleración del cuerpo sea cero, ¿Cómo debe ser la fuerza aplicada? Se requiere que la fuerza aplicada sea “0” ya que la formula sería

a=

F m

entonces una fuerza nula entre cualquier masa siempre será cero.

Conclusiones Valeria: En esta práctica aprendí a hacer cálculos de este tema a través de varias fórmulas que nos enseñaron y que en realidad ya nos sabíamos ya que este tema ya lo habíamos visto desde la secundaria o prepa. El tema que vimos en esta práctica es el de análisis de la dinámica del movimiento, este tema tiene un poco que ver con las leyes de Newton como se puede observar en el desarrollo del reporte. Angélica: La dinámica es la rama de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con los motivos o causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación. Isai: La dinámica es la parte de la Mecánica que estudia las relaciones entre las causas que originan los movimientos y las propiedades de los movimientos originados. Las Leyes de Newton constituyen los tres principios básicos que explican el movimiento de los cuerpos, según la mecánica clásica. Fueron formuladas por primera vez por Newton en 1687, aunque la primera de ellas ya fue enunciada por Galileo.

Adrian:

Bibliografía http://fundamentosdefisicafm.blogspot.mx/p/blog-page_04.html. (2015). Recuperado el 25 de Octubre de 2017 https://es.slideshare.net/gomitasuanaquispe/la-dinamica-fisica-49637183. (2017). Recuperado el 25 de Octubre de 2017 https://fisica.laguia2000.com/dinamica-clasica/fisica-dinamica. (2017). Recuperado el 25 de Octubre de 2017...