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Laboratorio 5: Segunda Ley de NewtonUniversidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de Ingeniería Departamento de Física

 Laboratorio de Física Basica2015 03468, Ricardo Antonio Méndez Waldthausen

 Resumen—En la quinta práctica realizado en el laboratoriode física, se realizaron distintos procesos los cuales consistieronen poner la primera masa que fue un pedazo de madera sobreuna tabla con un determinado ángulo unida con una cuerdaque se trasladaba hasta el final de la tabla donde se pasabapor una polea ideal hasta llegar a una segunda masa que era unpequeño recipiente utilizado para colocar monedas de un centavopara incrementar poco a poco la masa del recipiente. Cuandolas masas estaban en equilibrio y a punto de moverse, se pudopredecir el coeciente de fricción estático, y al introducir másmonedas y lograr un movimiento constante se pudo predecir el

coeciente de fricción cinético. La masa uno es constante, luegose calculó la masa dos para ambos casos de fricción, y se calculóla masa dos del sistema pero esta vez en forma contraria con laaceleración para el lado contrario.

I. OBJETIVOS

 I-A. Generales

•  Comprender y analizar la Segunda Ley de Newton pa-ra determinar experimentalmente la relación que existeentre fuerza, masa y aceleración para un cuerpo conmovimiento unidireccional bajo la acción de una fuerzaneta externa.

 I-B. Específicos

* Calcular los coeficientes de Fricción estático y cinético.* Poder diferenciar y calcular los coeficientes de Fricción

estático y cinético.* Calcular la aceleración producida por la masa2 con el

valor medio del tiempo y una distancia.* Predecir el comportamiento de la masa2 cuando la masa1

acelera bajando por el plano.

II. MARCO TEÓRICO

La Dinámica del movimiento de traslación tiene sus

fundamentos en las tres Leyes de Newton. La segunda ley esla base de esta práctica de laboratorio.

Si por alguna razón un cuerpo experimenta un cambioen su estado de movimiento se dice que éste interacciono consu medio o con otros cuerpos, la medida de esta interacción sele llama FUERZA se dice entonces que el cuerpo experimentauna fuerza o más fuerzas, F1, F2, F3 . . . y ésta es la causa,de la aceleración a del cuerpo. La Segunda Ley dice que ladirección de esta aceleración es directamente proporcional a ladirección de la fuerza resultante e inversamente proporcionala la masa del cuerpo.

a) Conjunto de fuerzas actuando sobre la masa m del objeto.

b) representación de la fuerza resultante FR = F1 + F2 +F3 = F sobre el cuerpo.

c) la dirección de la aceleración del cuerpo va en la mismadirección que la fuerza resultante.

Algunos tipos de fuerzas:

En esta práctica de laboratorio el sistema está formadopor dos masas, la primera llamada m1 esta sobre un planoinclinado, se le ata a una cuerda de cáñamo pasa por unapolea (esta se considera ideal) y el extremo de la cuerda seuna a la otra masa llamada m2, la cual cuelga. El conjunto defuerzas que actúan sobre ellas se puede observar en la Fig.-3y Fig.-4, en la Fig.-3 se muestra la dirección de la aceleracióndel cuerpo, para indicar que la fuerza se opone al movimiento.

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Aquí los diferentes tipos de fuerzas son: la fuerza del peso,que es la fuerza que ejerce la tierra sobre cualesquier cuerpode masa m y se define como mg , (siendo g la aceleración de lagravedad de la tierra cercana a la superficie y tiene un valor deg = 9.8m/s2 ) y su sentido es vertical y hacia abajo; otra es lafuerza que ejerce la cuerda jalando al cuerpo, llamada fuerzade tensión y denotada por la letra T su sentido es sobre la líneade acción de la cuerda y hacia a donde jala el cuerpo, otra esla fuerza normal, que es la fuerza que le ejerce la superficiedel plano inclinado a la masa m1 que hace que el cuerpo nose hunda en ella, se denota por la letra N su sentido es unalínea perpendicular a la superficie y hacia afuera y por últimola fuerza de fricción, se denota con la letra f , la cual es unafuerza cuyo sentido siempre es en contra del movimiento delcuerpo, la hay de dos tipos cuando el cuerpo se encuentra enreposo, a la hora de ser utilizado en los diferentes problemasnos es útil utilizar el signo de igualdad ’=’ y no el signo ’<’ yla condición para utilizar el signo de igualdad es que el objetoeste apunto de moverse; luego tenemos la fuerza de friccióncinética: es aquella fuerza que se opone al movimiento cuando

el objeto se encuentra en movimiento y su magnitud se definecomo fk = MkN, siendo Mk el coeficiente de fricción cinéticay en ambos casos N es la magnitud de la fuerza normal. Loscoeficientes de fricción dependen de la superficies en la cualencuentran los cuerpos y es una medida que tan lisa o rugosason las superficies de contacto.

III. ECUACIONES UTILIZADAS

.

IV. DISEÑO EXPERIMENTAL

 IV-A. Materiales

Materiales:

* Plano Inclinado, con su masa y polea.* Cronometro.* Un recipiente como segunda masa variable.

* Monedas de a centavo.* Hilo de cáñamo.* Una balanza.* Dos masas.

 IV-B. Magnitudes físicas a medir 

Magnitudes Físicas a Medir

* Distancia que corre la m1 luego de aplicar mas peso am2 (m).

* Tiempo que tarda la m1 en recorrer la distancia de 0.8m(s).

* Peso de la m1 y m2 al estar en reposo y en movimiento

(kg).* La m2 que se obtiene al deslizar la m1 en sentido

contrario.

 IV-C. Procedimiento

Posteriormente de recoger los materiales se deben seguir lassiguientes indicaciones:

* Armar el equipo de manera que se forme un planoinclinado, escoger y jar un ángulo de inclinación de 30grados.

* Colocar la primera masa en el plano inclinado sobre

encima de la tabla unir la primera y segunda masa pormedio del hilo de cáñamo haciéndole pasar por la polea,comenzar a introducir centavos en la primera masa, jalarun poco el hilo solo para ver si el sistema se mueve deno ser así seguir añadiendo mas centavos.

* Vericar si la cantidad añadida en m2 logre que la masam1 este a punto de moverse, mover la masa m1 sobreel plano, poco a poco vericando que apenas resbale,y realizar las mediciones necesarias para calcular elcoeciente de friccion estático.

* Seguir introduciendo más monedas al mismo contenidoanterior de monedas, hasta que la masa m1 se deslice enel plano de tal manera que sea un movimiento uniforme.

* Para medir la aceleración del sistema, colocar la masam1 al principio del plano, se hará el supuesto que elsistema se acelera de manera uniforme, que parte desdela parte más baja del plano y el movimiento cesa cuandola masa m1 llega a una distancia de 0.8m.

* Medir 10 veces el tiempo que tarda la masa m1 en llegaral nal.

* Recabar toda la información de la distancia “x” y el delos 4 tiempos, con estas medidas calcular su valor mediocomo su incerteza, para luego calcular la aceleración. 8.Proceder a medir indirectamente el coeciente de friccióncinética .

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* Con el mismo plano inclinado pero diferentes masasproceder a deslizar la m1 en sentido contrario ahoraacelerando hacia la izquierda.

* Con los datos obtenidos proceder a calcular la m2 ycomparar el dato teorico con el dato experimental.

* Proceder a calcular la aceleracion de la masa m1.

V. RESULTADOS

Tabla de datos medidos:

Tabla de datos calculados:

VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Los coeficientes de fricción estático y cinético se puedenmedir de una forma indirecta. Siempre que tenemos un error,pude ser por los instrumentos utilizados al medir los datos,o el error humano al implementar de forma inexacta losinstrumentos.

Se calculó el coeficiente de fricción estático, este se com-porta de una forma que hace cierta resistencia a una masa

cuando se encuentra en reposo, cuando se aplica una fuerza aesta masa, si hay una fuerza aplicada sobre la masa, y la masano sufre un cambio de movimiento, o sigue en un estado enequilibrio, es porque hay una fuerza de fricción estática en lamasa y hay otra fuerza de igual magnitud en sentido contrarioa la aplicada.

Se calculó el coeficiente de fricción cinético este, al contra-rio del estático es una resistencia en el cuerpo cuando la masaestá en movimiento, esto ocurre porque la fricción cinéticaactúa solamente cuando la masa se encuentra en movimiento,por lógica se entiende que el coeficiente de fricción cinéticoes menor que el coeficiente de fricción estático.

La aceleración se calculó tomando las medidas de la mediadel tiempo, y la distancia que recorre la masa dos.

Después de tener todos los datos anteriores, procedemos acalcular las desviaciones de ambos coeficientes y la desviaciónde la aceleración, esto nos ayuda a comprender y analizarlas fallas que hubo al medir o utilizar los instrumentos en lapráctica, pero se pudo observar que es son errores lejanos aldato real, podemos decir que se logró aplicar la Segunda Leyde Newton.

VII. CONCLUCIONES

VII-A. General

•  Se aplicó la Segunda Ley de Newton para calcular loscoeficientes de fricción estático y cinético, determinarla relación entre fuerza, masa y aceleración. Esta leyse pude aplicar a objetos en estado de reposo o enmovimiento.

VII-B. Específicos

* El coeficiente de fricción estático es mayor al coeficientede fricción cinético.* La masa dos genera una aceleración menor a la gravedad,

esto se debe a la tensión ejercida por la masa uno en elsistema.

* Se predijo satisfactoriamente el comportamiento de mo-vimiento de ambas masas.

VI II. FUENTES DE CONSULTA

[1] Cesar Izquierdo. Manuel de Laboratorio Física Básica Universidad deSan Carlos de Guatemala. Edición Mejorada 2009.  .

[2] Ing. Walter Giovanni Alvarez Marroquin. MANUAL DE LABORATORIO DE FISICA BASICA   http://fisica.usac.edu.gt/~fisica/Laboratorio/ 

[3] Resnick, Halliday Física,Parte I, Decimosegunda edición.

[4] Anónimo. Marco teórico y calculo   http://es.wikipedia.org/wiki/Din%C3%A1mica