Segunda LEY DE Newton - Nota: 4,7 PDF

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SEGUNDA LEY DE NEWTONUniversidad de Córdoba, Montería. Física I Facultad de ingenierías Departamento de ingeniería ambiental Profesor: Rosbel JiménezRESUMEN El objetivo principal de ésta práctica es hablar acerca de tres conceptos que están íntimamente relacionados con el movimiento de un cuerpo. En...

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SEGUNDA LEY DE NEWTON Universidad de Córdoba, Montería. Física I Facultad de ingenierías Departamento de ingeniería ambiental Profesor: Rosbel Jiménez

RESUMEN El objetivo principal de ésta práctica es hablar acerca de tres conceptos que están íntimamente relacionados con el movimiento de un cuerpo. Entonces, se divide la práctica en dos pasos, el primero relaciona directamente la aceleración y la fuerza y en el segundo paso, se relaciona la aceleración en función de la masa, el objetivo primordial de la práctica es determinar la relación funcional entre aceleración y fuerza y masas de un cuerpo. Esta práctica también tiene como fin saber a qué nos referimos cuando hablamos de la segunda ley de newton y de qué manera podemos diferenciarla de las otras leyes las cuales van relacionada. Es importante conocer en qué momentos debe aplicarse esta ley y conocer la relación entre la fuerza y la aceleración, y saber en qué momentos de la vida cotidiana se aplican estas leyes, las cuales podemos ver en la mayoría de actividades que realizamos.

1. INTRODUCCION Cuando un cuerpo se halla en reposo, permanecerá así a menos que se haga algo para sacarlo de dicho estado. Un agente exterior debe ejercer una fuerza sobre él para alterar su movimiento, esto es, para acelerarlo. Isaac Newton planteó por primera vez en forma clara y concreta tres enunciados conocidos con el nombre de Leyes del Movimiento, los cuales explicaron la relación causa-efecto de las fuerzas al actuar sobre los cuerpos. La segunda de estas tres leyes relaciona la aceleración producida con la fuerza aplicada y con la masa del sistema.

2. OBJETIVOS  Determinar la relación funcional que existe entre aceleración, fuerza y masa de un cuerpo.  Establecer la relación de proporcionalidad entre la aceleración de un cuerpo en movimiento y la fuerza aplicada, cuando la masa del sistema es constante.

3. MARCO TEORICO Sabemos que los objetos solo pueden acelerar si hay fuerzas actuando sobre ellos. La segunda ley de Newton nos dice exactamente cuánto puede acelerar un objeto para una fuerza neta dada.

Este principio relaciona matemáticamente las fuerzas con el efecto que producen, de tal forma que resulta fundamental para resolver cualquier problema de dinámica. En la expresión anterior estamos dando por sentado que la fuerza total es constante en el intervalo Δt. En caso de no serlo, la expresión anterior nos proporcionará una fuerza total promedio. Por norma general, las fuerzas no suelen ser iguales durante todo el intervalo de tiempo, por lo que nos resultará de utilidad una ecuación que nos determine la fuerza en un instante concreto de tiempo.

Podemos obtener la fuerza instantánea total calculando la fuerza entre dos instantes de tiempo tan próximos que su intervalo tiende a 0. Es justamente la definición de la derivada y se trata del mismo proceso que seguíamos en el caso de la velocidad instantánea o la aceleración instantánea. 4. MATERIALES

MASA INALTERADA Si un cuerpo durante una interacción no cambia el valor de su masa, se obtiene la famosa ecuación que estudiamos en el nivel anterior: F = m · a. Veámoslo:

A la expresión anterior se la conoce como ecuación fundamental de la dinámica de traslación que establece que si la fuerza resultante que se aplica a un cuerpo libre no es nula, este experimentará una aceleración, o lo que es lo mismo, un cambio en su estado de reposo o de movimiento. FUERZA NETA Una fuerza es un empujón o un jalón, y la fuerza neta ΣF es la fuerza total o suma de las fuerzas ejercida sobre un objeto. Sumar vectores es un poco diferente que sumar números normales. Cuando sumamos vectores debemos tomar en cuenta su dirección. La fuerza neta es la suma vectorial de todas las fuerzas ejercidas sobre un objeto.

          

Riel de aire (1) Soplador (1) Deslizador para riel de aire (1) Diafragma (1) Sistema de arranque (1) Imán de retención con enchufe (1) Tope ajustable (1) Horquilla con enchufe (1) Barrera óptica compactada (5) Contador 4-4 (1) Trípode (2)

5. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO Realice montaje de acuerdo con la figura 1.

Se colocó el diafragma en la posición de salida y se fijó con el sistema magnético, el peso (fuerza aceleradora) se colocó adyacente a la polea de la barrera óptica. Se posiciono el retenedor de tal manera que el diafragma se detenga justo antes de que el porta pesas al suelo.

Para determinar la aceleración como una función de la fuerza, la masa del deslizador permaneció constante y sucesivamente se colocaron masas de 2g en el porta pesas. Se anotaron los resultados de posición contra tiempo para cada masa usando las tablas adjuntas PASO 1. Observación: la masa aceleradora no debe sobre pasar los 20g. Para determinar la aceleración como una función de la masa, se aumentó progresivamente la masa del deslizador (50g) con pesas de 20g (10g a cada lado). Se usó una masa de 10 gramos para acelerar el sistema. Se anotó los resultados de posición contra tiempo para cada masa usando las tablas adjuntas PASO 2. 6. CUESTIONARIO

70 80

2,405 2,758

Datos para 14g x(cm) T2 10 0,249 20 0,567 30 0,896 40 1,221 50 1,459 60 1,771 70 2,096 80 2,402 Datos para 16g x(cm) T2 10 0,221 20 0,502 30 0,793 40 1,087 50 1,276 60 1,550 70 1,836 80 2,102

TABLAS Y GRÁFICAS PARTE 1 Datos para 10g x(cm) T2 10 0,342 20 0,786 30 1,247 40 1,713 50 2,039 60 2,474 70 2,920 80 3,345

Datos para 18g x(cm) T2 10 0,195 20 0,444 30 0,702 40 0,964 50 1,153 60 1,406 70 1,684 80 1,904

Datos para 12g x(cm) T2 10 0,294 20 0,669 30 1,054 40 1,444 50 1,671 60 2,030

Datos para 20g x(cm) T2 10 0,178 20 0,398 30 0,640 40 0,876 50 1,098 60 1,331

70 80

1,567 1,792

m(g) F(dinas ) 10 9800 12 11760 14 13720 16 15680 18 14640 20 19600

a(cm/s2) 46 56 66 74 82 86

4)

GRÁFICAS 1)

5) 2)

3)

6)

TABLAS Y GRÁFICAS PARTE 2 Datos para carrito solo (200g) x(cm) T2 10 0,245 20 0,519 30 0,792 40 1,071 50 1,245 60 1,412 70 1,782 80 2,053 Datos para carrito + 20g x(cm) T2 10 0,263 20 0,558 30 0,853 40 1,155 50 1,362 60 1,656 70 1,949 80 2,247

Datos para carrito + 40g

x(cm) 10 20 30 40 50 60 70 80

T2 0,306 0,638 0,968 1,304 1,476 1,796 2,114 2,437

Datos para carrito + 60g x(cm) T2 10 0,323 20 0,617 30 1,030 40 1,390 50 1,590 60 1,938 70 2,280 80 2,628 Datos para carrito + 80g x(cm) T2 10 0,333 20 0,706 30 1,080 40 1,464 50 1,708 60 2,079 70 2,449 80 2,822 Datos para carrito + 100g x(cm) T2 10 0,349 20 0,795 30 1,141 40 1,548 50 1,833 60 2,229 70 2,624 80 3,024

1)

2)

3)

4)

5)

6)

CUESTIONARIO

1) Realice una gráfica de X vs t 2 para cada valor de fuerza aceleradora usando los valores de las tablas adjuntas del paso 1. A partir de cada grafica obtenga el valor de la aceleración del sistema y construya la tabla de aceleración en función de la fuerza aceleradora. (tabla 1)

R/ Las respuestas se encuentran en la parte de arriba resultas con su tabla y gráfica respectivamente.

2) Con los datos registrados en la tabla 1 realice la gráfica de a vs F. ¿Qué tipo de gráfica obtiene? Explique detalladamente el comportamiento de esta gráfica.

3) Calcule la pendiente de esta grafica ¿Qué unidades posee? ¿Qué significado físico tiene? A partir de este resultado calcule el valor de la masa acelerada y compáralo con el valor medido en el laboratorio ¿conclusiones? y 2− y 1 x 2− x 1 86−46 =0,0041 m= 16600−9800 Las unidades que posee la pendiente son gramos (g). El significado físico que posee está pendiente es la aceleración de la partícula en cada intervalo. Para hallar el valor de la masa acelerada tenemos en cuenta que la masa de la fuerza aceleradora es tiempo. m=

4) Con los datos registrados en la tabla 2 realice la gráfica a vs M ¿Qué tipo de grafica obtiene? Explique detalladamente el comportamiento de la gráfica. TABLA 2 M(g 1/m(1/g ) ) 200 0,005 220 0,0045 240 0,0042 260 0,0038 280 0,0036 300 0,0033

Se obtiene una gráfica lineal, esta grafica podemos ver que la aceleración es directamente proporcional a la fuerza.

a(cm/s2) 78 70 66 60 56 52

Podemos observar que se obtiene una gráfica decreciente, es inversamente proporcional.

5) A

continuación, grafique la aceleración (a) en función del inverso de la masa (1/m). ¿Qué tipo de grafica obtiene? ¿Porque? Calcule la pendiente de esta grafica ¿Qué unidades posee? ¿Qué significado físico tiene? Compare el valor de la pendiente con el valor de la fuerza aceleradora ¿Qué concluye?

TABLA 2 M(g 1/m(1/g ) ) 200 0,005 220 0,0045 240 0,0042 260 0,0038 280 0,0036 300 0,0033

a(cm/s2) 78 70 66 60 56 52

y 2− y 1 x 2− x 1 52−78 m= =15,3 dinas 0,0033−0,005 Las unidades que esta pendiente posee son en dinas. El significado físico que posee es la fuerza. A comparar la pendiente de la fuerza aceleradora se puede concluir que las unidades de la pendiente de esta grafica son menor que la fuerza aceleradora. m=

6) Compare las gráficas de los puntos 2 y 4 ¿describen ambas graficas la misma situación? En el punto 2 la gráfica es directamente proporcional, mientras que en el punto 4 la gráfica es inversamente proporcional, por lo tanto, se puede decir que no describen la misma situación.

7) A partir de los resultados de los puntos 3 y 5 ¿Qué concluye?

Se puede concluir que en el punto 3 a medida que se aumenta la masa aceleradora también lo hace la aceleración, pero si hablamos del punto 5 si se aumenta masa en el carrito la aceleración va disminuyendo, por lo cual se puede decir que son procesos inversamente proporcionales.

8) Exprese la conclusión anterior mediante una relación funcional (matemática). Podemos ver que: mαa (La masa de la fuerza aceleradora (m) es directamente proporcional a la aceleración) 7. CONCLUSIONES 

Aprendimos a través de la segunda ley de Newton que al establecer la relación entre la fuerza y la aceleración de un cuerpo en movimiento que estas son directamente proporcionales debido a que cuando aplicamos una fuerza mayor la aceleración también aumentará.

´ 8. BIBLIOGRAFIA

https://es.khanacademy.org/science/physi cs/forces-newtons-laws/newtons-laws-ofmotion/a/what-is-newtons-second-law https://es.khanacademy.org/science/physi cs/forces-newtons-laws/newtons-laws-ofSerway, R. A., & Jewett, J. W. (2009). Física: Para ciencias e ingeniería con Física Moderna / Raymond A. Serway y John W. Jewett, Jr (7a. ed.--.). México D.F.: Cengage...