Practica DE Laboratorio Virtual N° 07. Segunda LEY DE Newtón PDF

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Acá se encuentra algunos laboratorios sobre el curso de física de la masa y la energía, espero y les pueda servir de ayuda, sin más que decir les dejo el documento...

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Física de los Cuerpos Rígidos

FACULTAD DE INGENIERÍA

FÍSICA DE LOS CUERPOS RÍGIDOS

GÚIA DE LABORATORIO VIRTUAL N° 07

SEGUNDA LEY DE NEWTON

USAT LABORATORIO N 07: SEGUNDA LEY DE NEWTON

1

Física de los Cuerpos Rígidos GUÍA DE LABORATORIO VIRTUAL N° 07: SEGUNDA LEY DE NEWTON

I.

OBJETIVOS: ⮚ Comprobar la Segunda Ley de Newton. ⮚ Determinar la relación funcional que existe entre aceleración, fuerza y masa de un cuerpo.

II.

MARCO TEÓRICO: Segunda Ley de Newton Determina la relación proporcional entre fuerza y variación de la cantidad de movimiento (momento lineal) de un cuerpo. “La fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo”.

𝑎 𝛼

𝐹𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑚

(1)

Despejando la ecuación (1) obtendremos la ecuación de la Segunda Ley de Newton

𝐹𝑛𝑒𝑡𝑎 = 𝑚𝑎

(2)

En la ecuación (2) es un caso particular de la segunda ley de Newton, en donde se considera la masa 𝑚 de la partícula como constante. Pero Newton planteó su segunda ley de forma general, considerando que la masa de la partícula en estudio pueda variar con el tiempo, expresada como:

𝐹𝑛𝑒𝑡𝑎 =

𝑑𝑝 𝑑𝑡

(3)

Donde 𝑝 una cantidad física vectorial llamada cantidad de movimiento lineal o momento lineal, y que matemáticamente se define como:

𝑝 = 𝑚𝑣

(4)

La ecuación (3) es la forma original que Newton planteó la segunda ley, donde la fuerza neta externa distinta de cero actúa sobre una partícula que es igual a la rapidez de cambio del momento lineal de la partícula.

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Física de los Cuerpos Rígidos Notemos que de la ecuación (3), podemos llegar a la ecuación (2), si la masa 𝑚 es constante. Así:

𝐹𝑛𝑒𝑡𝑎 =

𝑑𝑝 𝑑(𝑚𝑣) 𝑑𝑣 𝑑𝑚 𝑑𝑣 = =𝑚 + 𝑣 =𝑚 = 𝑚𝑎 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝑑𝑡

Figura Nº 01: Diagrama de cuerpo libre del bloque dinámico suspendido de una masa.

En la Figura (1.a) observamos que sobre la mesa está el bloque dinámico de masa mbloque que está conectado a una masa suspendida msusp. (porta masas y masas) mediante un hilo de masa despreciable e inelástico, que pasa por una polea que se desliza sin fricción. Mostrando el diagrama de cuerpo libre para el bloque dinámico y para la masa suspendida, tal como se muestra en la Figura (1.b).

󰇍 del hilo que actúa sobre el móvil y sobre la masa suspendida es la misma La tensión 𝑇 en magnitud, pero están en direcciones opuestas. Consideremos que es un caso ideal no tiene masa el hilo y el no existe fricción con la polea. Considerando como +x el sentido del movimiento del bloque dinámico, tenemos:

𝑇 = 𝑚𝑏𝑙𝑜𝑞𝑢𝑒 𝑎𝑥

(5)

Respecto a la masa suspendida, que es el movimiento vertical, por tanto aplicamos la segunda ley de Newton a lo largo del eje 𝑦 el sentido del movimiento de la masa suspendida (hacia abajo). Entonces:

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Física de los Cuerpos Rígidos 𝑊𝑠𝑢𝑠𝑝. − 𝑇 = 𝑚𝑠𝑢𝑠𝑝. 𝑎𝑦

(6)

Reemplazando la ecuación (5) en la ecuación (6), tenemos:

𝑚𝑠𝑢𝑠𝑝. 𝑔 = 𝑚𝑠𝑢𝑠𝑝. 𝑎𝑦 + 𝑚𝑏𝑙𝑜𝑞𝑢𝑒 𝑎𝑥

(7)

Las magnitudes de las aceleraciones del móvil y de la masa suspendida son iguales, aunque de direcciones opuestas. Llegando a ordenar adecuadamente la ecuación (7) tenemos que:

𝑎=

𝑚𝑠𝑢𝑠𝑝. 𝑔 (𝑚𝑠𝑢𝑠𝑝. +𝑚𝑏𝑙𝑜𝑞𝑢𝑒)

(9)

Siendo “a” la magnitud de la aceleración que se adquiere teóricamente, tanto el bloque dinámico como la masa suspendida. Así, reemplazando (9) en la ecuación (5), obtenemos la magnitud de la tensión del hilo actuante en el sistema:

𝑇 = 𝑚𝑏𝑙𝑜𝑞𝑢𝑒 . 𝑎 = 𝑚𝑏𝑙𝑜𝑞𝑢𝑒 .

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𝑚𝑠𝑢𝑠𝑝. 𝑔 (𝑚𝑠𝑢𝑠𝑝. +𝑚𝑏𝑙𝑜𝑞𝑢𝑒 )

(10)

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Física de los Cuerpos Rígidos

III.

PROCEDIMIENTO DE LOS DATOS Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS:

1. Ingresa a la siguiente dirección del Simulador virtual de Física: http://labovirtual.blogspot.com/search/label/2%C2%BA%20Principio%20de%20l a%20Din%C3%A1mica 2. Selecciona la opción.

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Física de los Cuerpos Rígidos 3. Interactúa en el simulador. TABLA N°01 1)

2)

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3)

4)

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Física de los Cuerpos Rígidos 5)

6)

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7)

8)

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TABLA N°02 1)

2)

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Física de los Cuerpos Rígidos 3)

4)

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5)

6)

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7)

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Física de los Cuerpos Rígidos 4. Manteniendo constante la masa del bloque: mbloque = 500g. Completa la siguiente tabla con los datos de la aceleración (a exp). Tabla Nº 01 Nº

m(bloq) (kg)

m(susp) (kg)

M(sistema) (kg)

W(susp) (N)

a(exp) (m/s2)

a(teor) (m/s2)

Er (%)

T(exp) (N)

T(teor) (N)

Er (%)

1

0,5

0,20

0,7

1,96

2,86

2,79

2,50%

14,12

13,78

2,46%

2

0,5

0,30

0,8

2,94

3,75

3,66

2,45%

18,52

18,08

2,43%

3

0,5

0,40

0,9

3,92

4,44

4,34

2,30%

21,93

21,43

2,33%

4

0,5

0,50

1

4,90

5,00

4,89

2,24%

24,70

24,15

2,27%

5

0,5

0,60

1,1

5,88

5,45

5,33

2,20%

26,92

26,33

2,24%

6

0,5

0,70

1,2

6,86

5,83

5,70

2,28%

28,80

28,15

2,30%

7

0,5

0,80

1.3

7,84

6,15

6,01

2,32%

30,38

29,68

2,35%

8

0,5

0,90

1.4

8,82

6,43

6,28

2,38%

31,76

31,02

2,38%

5. Manteniendo constante la masa del portapesas (msuspendida) = 400g. Completa la siguiente tabla con los datos de la aceleración (a exp). Tabla Nº 02 Nº 1

m(bloq) (kg) 0.20

m(susp) (kg) 0.40

M(sistema) (kg) 0.60

W(susp) (N) 3.9124

a(exp) (m/s2) 6,67

a(teor) (m/s2) 6,52

2

0.30

0.40

0.70

3.9124

5,71

3

0.40

0.40

0.80

3.9124

4

0.50

0.40

0.90

5

0.60

0.40

6

0.70

7

0.80

IV.

Er (%) 2,30%

T(exp) (N) 13,04

T(teo) (N) 12,75

Er (%) 2,27%

5,58

2,32%

16,75

16,37

2,32%

5

4,89

2,49%

19,56

19,13

2,24%

3.9124

4,44

4,34

2,30%

21,71

21,22

2,30%

1.00

3.9124

4

3,91

2,30%

23,47

22,94

2,31%

0.40

1.10

3.9124

3,64

3,55

3,53%

24,92

24,30

2,55%

0.40

1.20

3.9124

3,33

3,26

2,14%

26,05

25,50

2,15%

CUESTIONARIO:

1.

Haciendo uso de la ecuación (9), calcule teóricamente la aceleración adquirida en el sistema y consígnela en las Tablas Nº 01 y Nº 02. (asuma 𝑔=9.781 𝑚/𝑠2). Además, calcule el error relativo porcentual Er(%).

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Física de los Cuerpos Rígidos 2.

Usando la ecuación (10), calcule teórica y experimentalmente la magnitud de la fuerza de tensión 𝑇 actuante en el hilo y consígnela en las Tablas Nº 01 y 02. Calcule también el Er(%). TABLA 1

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Física de los Cuerpos Rígidos TABLA 2

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Física de los Cuerpos Rígidos

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3.

Grafique 𝑊𝑠𝑢𝑠𝑝 vs. 𝑎𝑒𝑥𝑝, según los datos de las Tablas Nº 01 y Nº 02, y en base a ello calcule la masa total experimental del sistema.

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4. Grafique 𝑇𝑒𝑥𝑝 vs. 𝑎𝑒𝑥𝑝 según los datos de las Tablas Nº 01 y Nº 02, y en base a ello analice la relación que existe entre ellas.

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5.

Grafique 𝑎𝑒𝑥𝑝 vs. 𝑚bloque según los datos de la Tablas Nº 01 y Nº 02, y analice la relación existente. 1ra Tabla:

2da Tabla

6.

Para el error porcentual use la siguiente expresión:

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Física de los Cuerpos Rígidos 𝜀% =

|𝑉𝐸 − 𝑉𝑇 | 𝑉𝑇

𝑥 100%

Donde: VE: valor experimental. VT: valor teórico. V.

CONCLUSIONES:

-

-

VI.

Concluimos en grupo que el estudio de la segunda ley de newton nos puede ayudar mucho para poder hallar las aceleraciones y los errores. Llegamos a aprender cómo hallar los errores porcentuales de cada uno de las masas que se planteó el ejercicio. A la vez entendimos que la segunda ley de newton ayuda a entender las causas del movimiento que se genera y así mismo saber que sirve para entender por qué un objeto cae al suelo. Gracias al programa de simulación que se ha utilizado en este laboratorio podemos darnos cuenta cómo es que se aplican las fórmulas teóricas. Este laboratorio nos ayuda a reforzar los conocimientos con respecto a la segunda ley de Newton, también a reforzarnos a aprender en qué momento se emplean las fórmulas

BIBLIOGRAFIA:

⮚ Hugh Young., Física Universitaria, Pearson Educación, Vol 1. Edición 10, 2018. ⮚ W. Bauer, G & G. Westfall, P. G, Física Universitaria con Física Moderna, McGraw. 2015

⮚ http://labovirtual.blogspot.com/search/label/2%C2%BA%20Principio%20de%20l a%20Din%C3%A1mica

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Apellidos y nombres

Cumple con los tiempos indicados.

Aporta conclusiones 0–4

0–4

Maneja adecuadamente el simulador PHET 0–4

Realiza cálculos y los coteja con los demás 0–4

Organiza al equipo de trabajo 0–4

Barboza Gavidia, James Nilton

4

4

4

4

4

Marín Martínez, Edson Edgardo

4

4

4

4

4

Chavarry otero, Jesús Antonio

4

4

4

4

4

Yupanqui Gonzales, Carlos Alberto

4

4

4

4

4

Villoslada Olivo, Yobert

4

4

4

4

4

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