2017 0 f.g Guia 02 Fuerza y Movimiento Segunda Ley de Newton (1)

CURSO: FÍSICA GENERAL Guía de laboratorio 02 Fuerza y Movimiento: Segunda Ley de Newton I.

LOGROS ESPERADOS a)

Establece experimentalmente la relación entre fuerza y aceleración para obtener la masa del sistema, aplicando la Segunda ley de Newton.

II.

III.

EQUIPOS Y MATERIALES Nº

Cant.

Descripción

Código

1

1

850 Universal Interface

UI-5000

2

1

Motion Sensor

PS-2103

3

1

Laptop (inc. AC Adapter 65 W 20 V ) + Software Capstone

4

1

1,2 m Classic Dynamics System

ME-9429A

5

1

Dinamics cart

ME-9430

6

1

Smart pulley with clamp

ME-9448A

7

1

Mass and Hanger Set

ME-9348

8

1

Hilo resistente

SE-8050

9

1

Nivel de mesa

10

1

Ohaus Scout Pro Balance

SE-8757A

11

1

Assy Dynamics Track End Stop

ME-8971

INTRODUCCIÓN

⃗, (suma vectorial de todas las fuerzas) actúa sobre un cuerpo éste acelera, ⃗  presenta la misma dirección que la fuerza neta. Si la masa del cuerpo  aumenta, la dicha aceleración  Si una fuerza externa neta

aceleración disminuye pero la fuerza neta se mantiene constante. Estos hechos permiten escribir la segunda ley de Newton cómo:

⃗  ⃗



Para estudiar en el laboratorio la relación entre masa, aceleración y fuerza como lo establece la segunda Ley de Newton, usaremos el montaje experimental mostrado en la Fig. 01. El carro de masa suspendida

.

  es arrastrado por el riel horizontal, por medio de una cuerda unida a una masa Considerando

las

fuerzas

de

fricción

muy

ruedas del carro y el riel como entre el hilo y la polea, la fuerza neta es

  1



pequeñas,

tanto

entre

las

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Fig. 01: Representación Representación gráfica del sistema experimental experimental Posterior a realizar el DCL para ambas masas y aplicar la Segunda Ley de Newton en el sistema experimental, la aceleración del sistema resulta:

      



Reemplazando (2) en (3), obtenemos:

       Usando la ecuación (4) podemos graficar   , obteniendo del ajuste lineal la pendiente, cuyo valor es la masa total del sistema  , de forma experimental. IV. PROCESO EXPERIMENTAL 4.1 Disposición del equipo para medir la l a aceleración en el sistema a)

Disponga del equipo tal como se muestra en la Fig. 02.

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b)

Asegúrese de que el hilo que pasa por la polea se encuentre completamente nivelado horizontalmente

(Fig. 02). c)

Use nivel de mesa y los soportes ajustables ubicados debajo del carril, para nivelarlo antes de iniciar la toma de datos. (Fig. 03).

Fig. 03: Nivelado del carril 4.2 Toma de Datos a)

Coloque un total de 0,055 kg como masa suspendida, de igual forma mida esta masa (pesas + portapesas)  portapesas)  y la masa del carrito por separado. Luego calcule la masa total del sistema

b) c)

(). Anote su resultado en la Tabla A.1. Calcule el peso ( ), en cada caso y anote sus resultados en la Tabla A.2. Coloque primero un total de 0,055 kg como masa suspendida  y sostenga el carrito a 15 cm del sensor de movimiento (Fig. 04).

Fig. 04: Ubicación del carrito a 15 cm del sensor de movimiento.

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Fig. 05: Inicio programa Pasco Capstone y uso de la herramienta gráfico. e)

En la pantalla mostrada en la Fig. 06, proceda a cambiar el nombre de los ejes a fin de que reconozca el sensor de movimiento.

f)

En el eje de las ordenadas elija la opción velocidad y en el eje de las abscisas elija la opción tiempo

(Fig. 06). g)

Cambie la frecuencia de muestreo en la parte baja de la pantalla de 20,00 Hz a 50,00 Hz (Fig. 06).

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h)

Suelte el carrito y presione la opción grabar

para iniciar la toma de datos, espere a que este haya

recorrido todo el carril y presione la opción detener

, para finalizar la toma de datos.

PRECAUCIÓN: Evite que el carrito golpee el tope ubicado al final del carril. i)

Observe la gráfica mostrada en la Fig. 07 y use la herramienta autoescala

para visualizar en mayor

tamaño el gráfico (Ver Fig. 07).  j)

Seleccione los puntos mejor alineados usando la herramienta resaltador Ajuste

, luego seleccione la opción

, ambas ubicadas en la parte superior de la ventana (Fig. 07).

Fig. 07: Ajuste lineal de la gráfica Velocidad (m/s) vs tiempo (s) El valor de la pendiente mostrada, es el valor de la aceleración del sistema. A note los valores medidos en la Tabla A.2.

k)

Retire los primeros 0,010 kg del portapesas y trasládelo al carrito. Tenga en cuenta que la masa suspendida va disminuyendo y la de encima del carrito aumentando, para que la masa total del sistema

no cambie (Fig. 08).

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Fig. 08: Traslado de masa suspendida del portapesas al carrito. a)

Realice tres ensayos con cada masa suspendida, obtenga la aceleración en cada caso y luego calcule la aceleración promedio

b)

〈〉. Anote todos sus resultados en la Tabla A.2.

Repita todo el procedimiento anterior cuatro veces más, hasta dejar solo una pesa de aproximadamente 0,010 kg en el portapesas.

c)

Obtenga el valor experimental de la masa total del sistema

, a partir del gráfico Fuerza (N) vs

aceleración (m/s 2) en el programa CAPSTONE , con el procedimiento mencionado a continuación: 4.3 Elaboración del Gráfico Fuerza (N) vs aceleración (m/s 2) en el programa CAPSTONE 

a) Use los datos de fuerza y aceleración promedio de la Tabla A.2, en cada caso, para el respectivo ajuste lineal.

b) Para elaborar un gráfico por medio de introducción de datos, pulse la herramienta Archivo, elija “Nuevo experimento” y experimento” y luego

(Fig. 09).

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c)

Aparecerá la siguiente pantalla (Fig. 10) y elija el ícono donde aparezca la opción Tabla y gráfico .

Fig. 10: Inicio del programa Capstone y elección de la opción “Tabla y gráfico” d) En la tabla Seleccione medición, luego Crear nuevo, seguido de la opción Datos creados por el usuario y digite “a” (Aceleración)  en la primera columna y “F” (Fuerza) en la segunda columna (Fig. 11).

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e) En la gráfica seleccione la medición en el eje de las abscisas que concuerde con la escrita en la primera columna (a), de igual forma para el eje de las ordenadas (F) (Fig. 12).

Fig. 12: Elección del tipo de variable en ambos ejes.

f)

Una vez ingresado los datos, seleccione la herramienta autoescala el gráfico y luego seleccione la opción Ajuste en la parte superior de la ventana (Fig. 13)

para visualizar en mayor tamaño

, en la barra de herramientas de la gráfica, ubicado

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Fig. 13: Ingreso de datos por columna y uso de la opción ajuste. g) Elija la opción Lineal mx + b (ajuste lineal) para la gráfica Fuerza (F) vs Aceleración (a), como se muestra en la Fig. 14. De esta forma se mostrará un cuadro de variables para una ecuación lineal (Fig. 14).

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Fig. 15: Obtención de la pendiente

 (Masa total del sistema)

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INFORME DE LABORATORIO

Laboratorio 02: Fuerza y Movimiento: Segunda Ley de Newton

Mesa

Fecha

Hora

..……/………/…..…

CUADRO DE CALIFICACIÓN

Tipo de evaluación Toma de datos

(Grupal) Hoja de cálculos

(Individual)

Puntaje

5,0 15,0

 A ser llenado por el profesor evaluador:

N°

1

2

Apellidos

Nombres

Toma de

Hoja de

datos

cálculos

Nota Individual

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Presentación de Informe grupal

A. TOMA DE DATOS (Grupal) Paso 1: Medida de la masa total referencial del sistema a)

()

Siga los pasos de las secciones 4.1 y 4.2 y complete las siguientes Tablas.

Tabla A.1: Medida de la masa total del sistema Masa Suspendida



     



Masa del carrito



 

Medida de la masa total del sistema usando balanza

    Tabla A.2: Medida de la aceleración para distintos valores de fuerza aplicada al carrito (2,5 puntos)

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Alumno 01: __________________________ _____________________________________ _________________________ __________________________ _________________________ _______________ __

B. CÁLCULOS (Individual) – Muestre sus cálculos en las tablas Paso 1: Cálculo de la aceleración referencial del sistema a)

()

Use la ecuación (3), los datos de masa suspendida y masa del carrito para calcular la aceleración referencial del sistema.

b) Anote sus cálculos en la Tabla B.1.

Tabla B.1: Cálculo de la aceleración referencial del sistema (4,0 puntos)

Nº

Masa Suspendida



(kg)

1

0,055

Aceleración referencial del sistema

   

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b)

Calcule el error relativo porcentual tomando como referencia las masas totales referencial y medida.

Tabla B.1: Cálculo de error relativo porcentual para la masa total del sistema (1,0 puntos)









Cálculo de error relativo porcentual (E %)

 |     |    Paso 3: Cálculo de error relativo porcentual para la aceleración a) Compare el valor de aceleración promedio relativo porcentual.

〈〉, con el calculado referencialmente  y calcule el error

Tabla B.2: Cálculo de error relativo porcentual para la aceleración (5,0 puntos)

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C. RESUMEN DE ACTIVIDADES (5,0 puntos) C.1

Menciones 02 conclusiones de la experiencia

 __________________________  ______________________________________ ________________________ _________________________ _________________________ _________________________ _____________  __________________________  ______________________________________ ________________________ _________________________ ___________________________ _________________________ ___________  __________________________  ______________________________________ ________________________ _________________________ _________________________ _________________________ _____________  __________________________  ______________________________________ ________________________ _________________________ ___________________________ _________________________ ___________ objetos uno sobre otro son siempre iguales en magnitud y de sentidos opuestos, opuestos, C.2 Si las fuerzas que ejercen dos objetos ¿Cómo es posible que un objeto se acelere?  __________________________  ______________________________________ ________________________ _________________________ _________________________ _________________________ _____________  __________________________  ______________________________________ ________________________ _________________________ _________________________ _________________________ _____________  __________________________  ______________________________________ ________________________ _________________________ _________________________ _________________________ _____________  __________________________  ______________________________________ _________________________ __________________________ __________________________ ________________________ ___________

C.3 De acuerdo con la tercera ley de Newton, en la competencia de jalar la cuerda cada equipo jala con una fuerza de igual magnitud pero sentido opuesto sobre el otro equipo. ¿Qué determina entonces qué equipo ganará?

 __________________________  _______________________________________ _________________________ ________________ ____  __________________________  _______________________________________ _________________________ ________________ ____