Universidad Rafael LandvarFacultad de IngenieraIngeniera MecnicaLaboratorio de fsica I, seccin 5Ing. Erick Cifuentes

PRCTICA DE LABORATORIO 4SEGUNDA LEY DE NEWTON APLICADA A UN SISTEMA DE MASA CONSTANTE

Fernando Andr Zuleta LpezCarn: 1150614Guatemala 15 de octubre del 2014

RESUMENEl da mircoles 1 de octubre del 2014 se llev a cabo la prctica nmero 4 del laboratorio de fsica 1 en donde se puso en prctica la segunda ley de movimiento de Newton. El objetivo principal de la prctica fue el de comparar el valor terico con el valor experimental de la masa total del sistema que se utiliz durante la prctica por medio de los clculos de peso y aceleracin de un objeto de masa constante. Para llevar a cabo la prctica se utiliz un riel con polea, un deslizador con tornillo que sirvi para sostener las masas, un hilo, una regla de 1 metro, un juego de 4 masas de 10 gramos cada una, una base para sostener las masas colgantes, dos soportes universales, dos nueces dobles y un datameter con dos fotointerruprores. Para empezar la prctica se pesaron todos los objetos que conformaban el sistema para luego compararlo con el resultado experimental. Luego se pusieron tres masas sobre la base de un lado del hilo y el otro extremo del hilo se amarr al tornillo del deslizador en donde se coloc la cuarta masa sobrante. En un intervalo de 90 cm se pusieron los dos fotointerruptores y luego se hizo deslizar el objeto tomando cinco tiempos. Luego una de las masas que estaban colgando se pas al deslizador y se volvieron a tomar 5 tiempos y se repiti este mismo procedimiento hasta que solo quedara una masa colgando. Luego se calcul el tiempo promedio en cada una de las corridas para luego calcular la aceleracin del deslizador en movimiento. Luego de haber calculado las aceleraciones se calcul el peso de las masas colgando en cada una de las corridas. Luego se hizo una grfica en donde se relacion el peso de las masas por corrida sobre la aceleracin del deslizador por corrida, siendo la masa del objeto en movimiento constante y la pendiente de esta grfica se comparara con el dato terico de la masa total del sistemaComo resultado se obtuvo la masa terica del sistema fue de 0.25 1.1*10^-3 kg y la masa experimental del sistema fue de 0.14 0.01 kg. Los motivos por los cuales estos variaron fueron debido a que para calcular la aceleracin del objeto en movimiento se tom la velocidad inicial como cero, pero el objeto no parti del reposo al pasar por el primer fotointerruptor. Otro factor que afect fue que la medicin del intervalo de 90 cm en el riel pudo haber variado.

FUNDAMENTO TERICOFUERZA Y MOVIMIENTOLos principios de la fuerza fueron estudiados a fondo por el cientfico ingls Isaac Newton quin resumi las diversas relaciones y principios de esos primeros estudios en 3 leyes que se conocen como las leyes del movimiento de Newton. Estas 3 leyes sintetizan los conceptos de la dinmica. Puesto que la fuerza puede producir una aceleracin la fuerza en s deber ser una cantidad vectorial, con magnitud y direccin. La fuerza neta es la suma vectorial o resultante de todas las fuerzas que actan sobre un objeto. La fuerza neta es cero cuando las fuerzas de igual magnitud actan en direcciones opuestas sobre el objeto. Cuando esto sucede se entiende que las fuerzas estn en equilibrio. Una fuerza neta distinta de cero es una fuerza no equilibrada y una fuerza no equilibrada produce una aceleracin. SEGUNDA LEY DE NEWTONUn cambio de movimiento o aceleracin revela una fuerza neta. La aceleracin es directamente proporcional a la magnitud y direccin ejercida por una fuerza. Al momento de estudiar diferentes tipos de experimentos, Newton observ que la inercia tambin era un factor dentro de un objeto al cual se le aplicaba fuerza, por lo tanto, cuando un objeto tiene mayor masa la aceleracin disminuye. La aceleracin es inversamente proporcional a la masa que acta sobre el objeto. Por lo tanto la aceleracin de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que acta sobre l e inversamente proporcional a su masa. La direccin de la aceleracin es la de la fuerza neta aplicada al objeto. Esto quiere decir que si una fuerza es distinta de cero esta acelera al objeto; si una fuerza neta se duplica la aceleracin tambin se duplica; si la masa del objeto se duplica la aceleracin se divide en 2. Por lo tanto la segunda ley de Newton dice que la sumatoria de las fuerzas ejercidas sobre un objeto es igual a la masa del objeto por la aceleracin vectorial de este.

PESOEl peso es la fuerza gravitacional que un cuerpo celeste ejerce sobre un objeto. Esta fuerza es la atraccin gravitacional que se ejerce sobre la Tierra. Por ejemplo si se deja caer un objeto, este caer o se acelerar hacia la Tierra. Por lo tanto se puede deducir que la fuerza neta en el punto de referencia y es igual al peso. El peso se expresa con la letra w de su abreviado en ingls weight. El peso es una sumatoria de fuerzas por lo tanto

DISEO EXPERIMENTAL 1 riel con polea 1 deslizador con tornillo Juego de cuatro masa de 10 g Tornillo con base para sostener las masas colgantes 1 datameter con dos fotointerruptores 2 portasensores 1 balanza granataria 1 hilo 1 regla de 1 metro 2 nueces dobles 2 soportes universales

Figura no. 1Diagrama de equipo

DATOS OBTENIDOSTabla no. 1. Masas que conforman el sistemaObjetoMasa en gramos

Masa 110.4

Masa 210.1

Masa 310.5

Masa 410.2

Base4.9

Deslizador ms tornillo209

Tabla no. 2. Tiempos obtenidos por corridaCorrida 10.87 s

0.88 s0.89 s0.88 s0.87 s

Corrida 21.05 s1.03 s1.05 s1.05 s1.06 s

Corrida 31.42 s1.39 s1.39 s1.39 s1.38 s

CALCULOS EFECTUADOS

Conversin de las masas de gramos a kilogramos10.40.05 g / 1000 g = La conversin a kilogramos de las de ms masas utilizadas se realiz de la misma manera.

Para calcular el tiempo promedio en las tres corridas se hizo el siguiente procedimiento

Para calcular la incerteza del tiempo promedio se hizo el siguiente procedimiento

Por lo tanto la frmula desarrollada seria de la siguiente manera

Por lo tanto el tiempo promedio es igual a 0.875.0*10-3 sEl clculo de los tiempos promedio de las dems corridas se hizo de la misma manera.

Para hacer el clculo de la aceleracin se us la siguiente frmula

Debido a que se hizo un movimiento iniciando desde el reposo la velocidad inicial es igual a cero y despejando la aceleracin la ecuacin final sera la siguiente

En donde x es el desplazamiento en x y t son los tiempos promedio tomados por corrida, por lo tanto la aceleracin por corrida se calcul de la siguiente maneraPrimero se multiplic la distancia en x por 2

Luego se elev al cuadrado el tiempo promedio

Luego se dividen estos dos resultados para obtener la relacin de m/s2

El clculo para la aceleracin en las dems corridas se realiz de la misma manera. Para calcular la suma de las masas colgando en el sistema se hizo el siguiente procedimiento

Para calcular el valor de la fuerza que actuaba sobre las masas colgando se realiz de la siguiente manera

Donde m es el valor de la masa colgando y g es el valor de la gravedad, por lo tanto

La fuerza para los dems pesos se realiz de la misma manera

RESULTADOS

Tabla no. 3. Fuerza y aceleracin en las 3 corridasNo. CorridaPesoAceleracin

Corrida 10.35 9.8*10^-3 N2.4 0.11 m/s^2

Corrida 20.25 8.4*10^-3 N1.6 0.07 m/s^2

Corrida 30.15 6.9*10^-3 N0.93 2.0*10^-3 m/s^2

Tabla no. 4 tiempos promedio por corridaNo. CorridaTiempo promedio

Corrida 10.87 5.0*10^-3 s

Corrida 21.1 6.0*10^-3 s

Corrida 31.4 7.0*10^-3 s

Tabla no. 5. Masas convertidas a kilogramosobjetoMasa en kilogramos

Masa 11.1*10^-2 5.0*10^-4 kg

Masa 21.0*10^-2 5.0*10^-4 kg

Masa 31.1*10^-2 5.0*10^-4 kg

Masa 41.0*10^-2 5.0*10^-4 kg

Base4.9*10^-3 5.0*10^-4 kg

Deslizador ms tornillo0.21 5.0*10^-4 kg

Masa total del sistema terico = 0.25 1.1*10^-3 kgMasa total del sistema experimental = 0.14 0.01 kg

DISCUSIN DE RESULTADOSDurante la prctica se hizo una relacin de la fuerza ejercida sobre un objeto sobre la aceleracin que tena este al desplazarse sobre un riel con un coeficiente de friccin muy cercano a cero. Esta relacin se produjo dentro de una grfica en donde se formaba una recta y la pendiente de esta recta era equivalente a la masa total del sistema debido a que la masa es igual a la fuerza sobre la aceleracffin, despejando de la frmula de la segunda ley de Newton (F = m * a) segn Wilson, Buffa y Lou (2003). Para sacar la aceleracin se supona que se tomaba una velocidad inicial en cero ya que este deba partir del reposo. La masa terica del sistema dio un valor aproximado de 0.251.1*10^-3 kg el cual se calcul pesando todos los objetos utilizados para formar el sistema y la masa experimental del sistema dio un valor aproximado de 0.140.01 kg. La razn por las cuales estos dos objetos variaron fue porque se tomaron las velocidades iniciales por corrida como cero, pero al momento de que el deslizador pasara por el primer fotointerruptor este ya tena una velocidad inicial y no parta del reposo. Por lo tanto al sustituir valores dentro de la frmula utilizada para obtener la aceleracin, el resultado tuvo que variar al momento de despejar la aceleracin tomando en cuenta la velocidad inicial por el tiempo. Otro factor que puedo haber afectado en el clculo fue el error humano al momento de medir los 90 cm, el cual era el intervalo de desplazamiento en el cual se tomaron los tiempos por corrida, ya que este afectaba tambin en la ecuacin para calcular la aceleracin. CONCLUSIONES El resultado de la masa terica del sistema dio un valor aproximado a 0.251.1*10^-3 kg El resultado de la masa experimental del sistema dio un valor aproximado a 0.140.01 kgREFERENCIAS BIBLIOGRFICAS Giancoli. D. (2006) Fisica, principios con aplicaciones (6ta edicin) Mxico: editorial Pearson Education Wilson.J., Buffa. A., Lou. B. (2003) Fisica (5ta edicin) Mxico: editorial Pearson Education