Informe Fisica Nº07 A Laboratorio Fisica 1

 

I.-OBJETIVO:

  Verificar las leyes de Newton

II.-MATERIALES:   Carro de madera   Prensas   Juego de pesas   Prensa porta poleas   Poleas   Regla   Prensas de dos ganchos   Soportes universales   Cronometro   Varilla   Clamps   Listón de madera   Dinamómetro   Cordelitos

 

III.-FUNDAMENTO TEORICO:

 

Princ ipios Fund amentales d e la dinám ica o leyes de Newto n:

Las ideas básicas de la Dinámica fueron establecidas por Galileo donde llegó a las siguientes conclusiones:  

Es necesaria una influencia externa para poner un cuerpo en movimiento, pero no se necesita una influencia externa para conservar el movimiento de un cuerpo.

 

Los estados naturales de un cuerpo son: el reposo y el movimiento rectilíneo y uniforme.

 

Todo cuerpo por naturaleza tiende a conservar dichos estados mientras no haya una causa exterior que los modifique.

 

Esta tendencia de los cuerpos a conservar su estado natural se se llama inercia.

 

La causa capaz capaz de vencer la inercia de un cuerpo es la interacción con otros cuerpos.

 

El movimiento de un cuerpo es el resultado de las interacciones que existen entre él y los cuerpos que le rodean.

 

La interacción entre dos cuerpos recibe el nombre de fuerza.

Las observaciones de Galileo fueron recogidas por Newton en tres leyes:  

Prin cip io d e Inercia - . 1ªLEY DE NEWTO N:

Todo cuerpo tiende a conservar su estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme mientras no se ejerza sobre él una fuerza. La fuerza es toda causa capaz de vencer la inercia de los cuerpos.

 

 

Principio de proporcionalidad - 2ª LEY DE NEWTON

Toda fuerza aplicada sobre un cuerpo, que no esté equilibrada, produce una aceleración que es proporcional a dicha fuerza. La masa inerte es la expresión cuantitativa de inercia: cuanto mayor sea la masa mayor resistencia ofrece el cuerpo a cambiar su estado de movimiento, es la relación que existe entre la fuerza aplicada a un cuerpo y la aceleración adquirida por éste. La masa gravitatoria es la relación que existe entre el peso de un cuerpo y la aceleración de la gravedad. La masa es una magnitud intrínseca de un cuerpo y su valor es constante. El peso es una magnitud extrínseca y su valor depende del lugar y de las condiciones en que se mida.  

Newton: es la fuerza que aplicada a un cuerpo de 1 kilo de masa

le comunica una aceleración de 1 m/s2   

Kilopondio: es la fuerza que aplicada a un cuerpo de una unidad

técnica de masa le comunica una aceleración de 1 m/s 2.

Características:

1. Si un cuerpo tiene movimiento rectilíneo y uniforme la resultante de las fuerzas que actúan sobre él es nula. 2. Una fuerza instantánea produce un movimiento rectilíneo y uniforme. 3. Una fuerza constante produce un movimiento rectilíneo y uniformemente acelerado. 4. Una fuerza constante en módulo y sentido, pero que cambia continuamente de dirección, produce un movimiento circular uniforme.

 

 

Principio de acción y reacción - 3ª LEY DE NEWTON.

Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce otra fuerza igual y de sentido contrario sobre el primero. La acción y la reacción jamás se pueden anular mutuamente porque actúan sobre cuerpos distintos.

IV.- PROCEDIMIENTO:  

De la relaci ón FUERZA y ACEL ERA CIÓN

1. Use la balanza de 3 brazos para masas mayores de 610 g. Coloque la pesa de 295,0 g en el extremo de los brazos, lo cual le permitirá medir hasta 1 610 g. Mida la masa del carro.

2. Coloque la prensa porta-polea en el borde ancho de la mesa y ajuste verticalmente el listón de madera en el borde con las dos prensas, el cual se comporta como parachoques para carro.

3. Coloque la cinta sobre la mesa y marque una distancia de 75 cm. Longitud entre el punto de partida y el parachoques.

4. Alinee la cuerda que ha de jalar al carro con la altura de la polea, debe estar paralelo a la mesa ; vea que la cuerda tenga la longitud apropiada desde el carro pegado al parachoques hasta el piso cuyo extremo tiene al portapesas vertical.

5. Coloque sucesivamente bloques de 50 g sobre el carro, hasta cuatro bloques, para tener el carro con masa variable. Coloque el portapesas en el extremo de la cuerda después de la polea.

 

6. Ponga el carro antes de la línea del partidor, sincronice el inicio del desplazamiento con el cronómetro y tome la medida de tiempo, para bloques del portapesas por tapesas de 50 g d de e masa, que lo llamará F1 ; luego continúe colocando bloque de 50 g colocándolos sobre el portapesas, que son las F2, F3, F4 y F5 respectivamente y tome los tiempos que demore el carro en recorrer la distancia de 75 cm para cada bloque.

7. Consigne las medidas en la Tabla 1.

Tabla Nº 1 Masa del sistema= sistema= 1.62 Kg Distancia a recorrer  d=  d= 0.80 m

  

  

  

̅ 

̅   

2.45

2.14

2.22

2.25

5.06

1.45

1.55

1.60

1.53

1.16

1.22

1.10

0.97

0.95

0.84

0.84





 

  

  

0.29

1.62

0.47

2.34

0.61

1.57

0.96

1.16

1.35

0.95

1.52

1.45

0.92

0.95

0.28

1.32

1.47

1.94

0.83

0.84

0.71

1.71

1.42

2.43



 

Fuerza vs aceleración

  3 2.5

1.71, 2.43

2

1.32, 1.94

1.5

0.95, 1.45

1

F vs aceleración

0.61, 0.96

0.5

0.29, 0.47

0 0

0.5

1

1.5

2

La Relación Masa y Aceleración

1. Arme el Montaje N°1 según la figura. Mida la masa del carro. Coloque el porta pesas, esta es la fuerza constante que se aplicará al coche para desplazarlo una distancia de 80 cm.

2. Tome 3 veces veces el tiempo que demora el carro en cubrir la distancia de 80 cm

3. Aumente la masa del móvil colocando sobre el carro una carga de 100g de masa y proceda a medir 3 veces el tiempo, se prosigue de igual manera aumentando la carga en 100g y así hasta llegara 500 g.

 

TABLA 2

Fuerza constante (porta pesas)= pesas)= 0.47 N Distancia a recorrer  d=  d= 0.80 m Masa del   

  

  

̅ 

̅   



   

Carga de masa  

coche con carga   

2.79

2.76

2.73

2.76

7.62

0.25

500

1.87

2.74

2.57

2.73

2.68

7.18

0.27

400

1.77

2.48

2.35

2.34

2.39

5.71

0.28

300

1.67

2.39

2.37

2.45

2.40

5.76

0.30

200

1.57

2.13

2.29

2.16

2.19

4.80

0.32

100

1.47

2.06

2.08

2.04 2. 04

2.06

4.24

0.34

Sin carga

1.37

Masa vs aceleración 0.36 0.34

1.37, 0.34

0.32

1.47, 0.32

0.3

1.57, 0.3

0.28

Valores Y 1.67, 0.28 1.77, 0.27

0.26 1.87, 0.25 0.24 1.32

1.42

1.52

1.62

1.72

1.82

1.92

 

(Masa)-1 vs Aceleración 0.36 0.34

0.73, 0.34

0.32

0.68, 0.32

0.3

0.64, 0.3

0.28

Valores Y

0.6, 0.28 0.57, 0.27

0.26 0.54, 0.25 0.24 0.5

*

0.55

0.6

0.65

0.7

De la Relación Relación d e la Fuerza en la Ac ción y Reacci Reacci ón

1.-Arme el sistema tal como indica la figura

0.75

 

 

 Ahora conteste la pregunta ¿Qué significa el valor que indica el dinamómetro? dinamómetro?

El valor del dinamómetro significa que el sistema está en equilibrio porque está marcando la fuerza del peso de la izquierda lo cual es igual a la fuerza aplicada por el peso de la derecha.

2.- Arme el sistema tal como indica la figura

i) De un tirón normal en C con una fuerza que sea suficiente como arrastrar o deslizar la pesa sobre la mesa. ¿En qué punto de las cuerdas se rompe? Explique lo sucedido.

 

 

La cuerda se rompe en el punto A porque al jalar lenta y progresivamente

todo el sistema, la pesa y las 2 cuerdas se vuelven una y al llegar a su límite la cuerda se rompe en el punto A.

ii) De un tirón seco, con una fuerza brusca, en forma forma rápida ¿en qué punto de las cuerdas se rompe? Explique lo sucedido.

La cuerda se rompe en el punto B porque al jalar rápido y bruscamente el sistema solo es formado por la pesa y la cuerda inferior y de esta forma todo es tan rápido que al llegar al límite la cuerda se rompe en el punto B.

A. Cuestionario 1)

Trace la Gráfica 1, “F versus a”, y halle la formula experimental por el método de par de puntos. ¿Qué valor indica la pendiente que denominaremos? Calcule el error porcentual cometido.

Fuerza vs aceleración 3 2.5

1.71, 2.43

2 1.32, 1.94 1.5

0.95, 1.45

1

F vs aceleración

0.61, 0.96

0.5

0.29, 0.47

0 0

0.5

1

1.5

2

 

   x i

Fuerza

 

   Aceleración  Acelerac ión

 y i

 x i  y i  

 x 2 i  

0.29

0.47

0.14

0.08

0.61

0.96

0.59

0.37

0.95

1.45

1.38

0.90

1.32

1.94

2.56

1.74

1.71

2.43

4.16

2.92

 x i  4  .88  

 y i

 xi y  i

 7  .25  

m

b



 8  .83  

 x   i 2

 6  .01  

        1.41 56.01  4.88   

5 8.83  4.88 7.25 2

6.017.25  4.88 8.83       0.08   56.01  4.88  2

La ecuación de la recta obtenida experimentalmente es la siguiente:

 y  1. 41  x  0.08  

La pendiente indica el valor de la masa del carro entonces el error porcentual de la masa del carro es:

Error porcentual Experimental

=

1.37 – 1.41 x 100 1.37

= 2.92%

 

2)

¿Cómo interpreta dinámicamente el origen de coordenadas de la gráfica 1? ¿Podría definir la masa? ¿Cómo?

Los interpreto como el momento en la que el cuerpo está en reposo y por lo tanto la aceleración es nula y por lo tanto la fuerza también. La masa se puede obtener dividiendo el valor de la fuerza entre la aceleración.

3)

Trace la gráfica 2: “a versus m”, si la recta forma un ángulo mayor a 90o con cualquier recta paralela al eje x que la intercepta, ensaye la Gráfica 3 de proporcionalidad directa.

a)

Halle la fórmula experimental por par de puntos ¿Qué valor

indica esta otra pendiente? b) Halle el error experimentalmente experimentalmen te cometido. Indique las causas de este error y como minimizaría. Proporcionalidad indirecta.

 x i

Masa

 

   Aceleración  Acelerac ión

 y i

 x i  y i  

 x 2 i  

0.54

0.25

0.14

0.29

0.57

0.27

0.15

0.33

0.6

0.28

0.17

0.36

0.64

0.30

0.19

0.41

0.68

0.32

0.22

0.46

0.73

0.34

0.25

0.53

 x i  3  .76  

 y i  1  .76  

 xi y  i  1  .12  

 x   i  2  .38   2

 

 

(Masa)-1 vs Aceleración 0.36 0.34      n     ó    i    c    a    r    e     l    e    c    a

y = 0,4682x - 5.33x10 -05  R² = 0,9956

0.32 0.3

Valores Y Linear (Valores Y)

0.28 0.26 0.24 0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

1/masa

m

b



        0.468   62.38   3.76 

6 1.12  3.76 1.76 2

2.38 1.76   3.76   1.12       5.33 x10   62.38   3.76  5

2

 y    0.46  8 x - 5.33x10

-05

  En este caso el valor de la pendiente nos da experimentalmente la fuerza constante con la que es movido el sistema. El error experimental es:

Error porcentual Experimental

=

0.47 – 0.468 x 100

= 0.42%

0.47

4)

Explique los enunciados de las leyes de Newton de otra manera

1ra. Ley: “Un cuerpo de masa constante permanece en estado de reposo o de movimiento con una velocidad constante en línea recta, a menos que sobre ella actúa una fuerza”. 

 

2da. Ley: “Cuando un cuerpo es afectado por una fuerza resultante esta experimenta una aceleración cuyo valor es directamente proporcional a dicha fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo”  

    a

=

    FR 

m

3ra. Ley : “Si un cuerpo le aplica una fuerza a otro (Acción); entonces el otro le aplica una fuerza igual y en sentido contrario al primero (reacción)”.  

5)

¿Es perezosa la naturaleza? Recuerde ejemplos: del

mago; la mesa, los platos y el mantel; de los efectos que experimenta una persona cuando viaja parado en un ómnibus.

Cuando una persona, viaja en un ómnibus esta dependen de lo que pase con la velocidad del ómnibus, por ejemplo si el ómnibus frena repentinamente la persona tiende a cambiar su posición inicial debido a que posee masa y tiende a seguir la dirección del movimiento que poseía el móvil. Caso contrario si el ómnibus estando en reposo, de manera violenta inicia su marcha, el individuo tiende a mantenerse en reposo, entonces una fuerza actuaría sobre él haciendo que su cuerpo se vaya hacia atrás. En el ejemplo del mago, los utensilios colocados sobre la mesa tienden a mantenerse en reposo porque poseen masa por eso es que conservan su posición y aparentemente no se mueven de su sitio.

 

5) Defina como “relación de masas de los dos cuerpos al recíproco de sus aceleraciones producidas sobre estos cuerpos por la misma fuerza”. De una interpretación ¿Cuál de los móviles tiene mayor inercia y cuál es su valor?  

La oposición que presentan los cuerpos a cambiar su estado de reposo o de movimiento se llama inercia. La inercia se mide por la cantidad de materia omasa que tiene un cuerpo; es decir, a mayor masa, mayor inercia. Por ejem.: es más fácil levantar un cuaderno que un mueble.

Analice los errores porcentuales y las causas correspondientes.

7)

Enuncie sus conclusiones. Con los datos obtenidos experimentalmente ¿se cumplen las leyes de la dinámica?  

De los errores cometidos durante el desarrollo de esta experiencia, se les puede atribuir a los diversos factores presentes como lo son por ejemplo la fricción en las ruedas del móvil, la fricción en la polea, el rozamiento con el aire, errores cometidos al momento de tomar los tiempos, etc.  

El error porcentual resulta.

 

Las causas son la inexactitud de los objetos de medición el cual nos posibilita el error así también como el medio ambiente que no es igual.



  También influye el error que comete el experimentador al tomar sus datos. Si se cumple las leyes de la dinámica claro que resulta una ligera

 

diferencia o aproximaciones.

 

8)

Exprese literalmente, en gráfico y en símbolo las definiciones

de newton, dina y kilogramo-fuerza. Además de las equivalencias entre ellos.

Sugerencia para las definiciones de las unidades de la fuerza:

m 

F

a 

Solucion:

Newton:  Unidad física de fuerza que expresa la fuerza con la masa

expresada e Kg y la aceleración en m/s 2. F = m.a N = Kg. m/s2

F

Dina: 

m

a

Unidad Física de fuerza que expresa a la fuerza con la masa

expresada en g y la aceleración en cm/s. F = m . a   Así tenemos: tenemos: Dina = Equivalencias:

1N

=

105 dinas

1N

=

0.102 Kg - f

1Kg-f =

9.8 N

1g - f =

981 dinas 

g. cm/s2 

 

VI.

CONCLUSIONES 

Este trabajo nos permitió sacar varias conclusiones:  En primer lugar, experimentalmente comprobamos la validez de las leyes

de Newton.  Respecto a los resultados hemos podido notar que los márgenes de error

en que un experimentador puede incurrir (si es que no se realizan adecuadamente las medidas experimentales). Por lo tanto esta práctica nos ha permitido afianzar nuestros conocimientos acerca de la Teoría de la Medición   También que los cuerpos siempre siempr e tienden a conservar con servar su estado estad o de

movimiento, ya sea estacionario o en movimiento, y que a este fenómeno se le denomina inercia

  Cuando las fuerzas están actuando

sobre un cuerpo ejerce una

aceleración que se encuentra en relación inversa con la masa.