Practica de Laboratorio No. 3

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FÍSICA GENERAL CÓDIGO: 100413

COMPONENTE PRÁCTICO PRÁCTICA No. 03: SEGUNDA LEY DE NEWTON. PRESENTADO A: JORGE ARISTIZABAL BOTERO TUTOR

PRESENTADO POR: JONATHAN LONDOÑO CASTAÑO CÓDIGO: 1.022.932.556 IVAN ESCOBAR VELEZ CÓDIGO: 98.531.802 RUBEN MENA MENA CÓDIGO: 11.795.397 WILSON ANDRÉS MARTÍNEZ CÓDIGO: 1.036.926.280 YESID OSWALDO SALAS CÓDIGO: 1.136.881.330 NANCY BECERRA BECERRA CÒDIGO: 1.052.382.167

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA NOVIEMBRE DE 2016 MEDELLÍN

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100413 Física General TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN..................................................................................................................3 OBJETIVOS...........................................................................................................................4 MARCO TEÓRICO................................................................................................................5 PRÁCTICA No. 03: SEGUNDA LEY DE NEWTON...........................................................6

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100413 Física General INTRODUCCIÓN Por intermedio del software COBRA 4 junto con el dispositivo de riel de aluminio de baja fricción, podremos comprobar la segunda ley de newton y determinar la relación entre la masa y la aceleración en el sistema carro- masa colgante, dejando fija la masa del carro. La segunda ley de Newton relaciona la fuerza total y la aceleración. Esto quiere decir que una fuerza neta ejercida sobre un objeto producirá en este un cambio en su estado de movimiento, es decir, que habrá un cambio en la velocidad. La aceleración será proporcional a la magnitud de la fuerza total y tendrá la misma dirección y sentido que ésta. La constante de proporcionalidad es la masa m del objeto F = ma En el Sistema Internacional de unidades (SI); la aceleración a se mide en metros por segundo cuadrado, la masa m se mide en kilogramos, y la fuerza F en Newtons. Un newton se define como la fuerza necesaria para suministrar a una masa de 1 kg una aceleración de 1 metro por segundo cada segundo; esta fuerza es aproximadamente igual al peso de un objeto de 100 gramos. Cuando varias fuerzas actúan al mismo tiempo sobre un mismo cuerpo se dice que hay un sistema de fuerzas. Para esta práctica de laboratorio el sistema está conformado por dos masas, además existen otros tipos de fuerza que interactúan con este sistema, la fuerza del peso que es la que ejerce la tierra sobre cualquier cuerpo de masa m y se define como mg en nuestro sistema donde la g es la aceleración de la gravedad. La tensión, en esta práctica es la fuerza que produce la cuerda jalando al cuerpo. También se debe tomar en cuenta la fuerza normal que es la que le ejerce la superficie a la masa y que es la que no permite que el cuerpo se hunda y también está la fuerza de fricción, que como ya se sabe es una fuerza que se opone al movimiento, esta puede ser fuerza de fricción estática o cinética.

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100413 Física General OBJETIVOS Determinar la relación entre la masa y la aceleración en el sistema carro-masa colgante, dejando fija la masa del carro. Verificar la segunda ley de Newton. Utilizar el conocimiento sobre la segunda ley de Newton para determinar indirectamente el coeficiente de fricción estático y el de fricción dinámica. Aprender a modelar y resolver un sistema de fuerzas, equilibrado. Comparar el valor de una masa m2 utilizando la segunda ley de Newton y comparar el resultado obtenido con la balanza para hacer una observación critica de los resultados obtenidos.

Hipótesis

Suponiendo que el sistema que tenemos para la práctica se acelera de manera uniforme, conociendo la masa 1, la masa 2 y el ángulo de inclinación que posee nuestro equipo, y aplicando la segunda ley de newton se podrá demostrar que se puede medir indirectamente los coeficientes de fricción con ciertas relaciones.

Además se deberá demostrar que si la masa que se encuentra sobre el plano inclinado es mayor el coeficiente de fricción estático es mayor también, y también que si la masa que cuelga de la cuerda y polea es grande el coeficiente de fricción dinámico disminuye.

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100413 Física General MARCO TEORICO:

La aceleración que un cuerpo adquiere es directamente proporcional a la resultante de las fuerzas que actúan en él o sobre él, y esta aceleración tiene la misma dirección y el mismo sentido que dicha resultante.

La masa de un cuerpo es el cociente entre la fuerza que actúa en el mismo, y la aceleración que produce en él. Esto en términos de física seria:

m=F/a

Si el objeto o cuerpo posee más masa, es decir es mas pesado mayor será su inercia, es decir que se resistirá al movimiento.

La Segunda Ley de Newton es una de las leyes básicas de la mecánica, se utiliza en el análisis de los movimientos próximos a la superficie de la tierra y también en el estudio de los cuerpos celestes.

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MARCO TEÓRICO. Cuando se ve desde un marco de referencia inercial, la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre éste e inversamente proporcional a su masa: ⃗a ∝ ∑ ⃗ F ⃗a ∝

1 m

Si se elige una constante de proporcionalidad 1, se relaciona masa, aceleración y fuerza a través del siguiente enunciado matemático de la segunda ley de Newton: [1] ⃗a =⃗ mF

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100413 Física General PRÁCTICA No. 03: SEGUNDA LEY DE NEWTON. Descripción de la práctica: Utilización del dispositivo de riel de aluminio de baja fricción, junto con el software Cobra 4, para la comprobación de la segunda ley de Newton.

Figura 5. Montaje experimental “Leyes de Newton” Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos): Cobra4 Wireless-Manager, Cobra4 Sensor-Unidad temporizador/contador, pista de demostración de aluminio de 1,5 m, carro de baja fricción, sistema de arranque, juego de masas ranuradas de 1 g y 10 g, porta pesos de 1g, cables de conexión, software Cobra4, barrera de luz compacto, polea móvil, imán, sistema f. starter y un equipo de cómputo. Metodología: Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. Conocimiento básico sobre el manejo del software “measure”; segunda ley de movimiento. Forma de trabajo: Manipulación de los instrumentos y dispositivos de laboratorios, toma de datos y elaboración del informe en grupos de máximo tres estudiantes.

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100413 Física General Procedimiento: NOTA: Es necesario asegurar que cuando la masa cae, el hilo pasa por encima de la rueda de modo gradual y la hace girar. También se debe garantizar que la masa no oscila antes y durante la medición y puede caer libremente al piso en la parte inferior sin tocar el borde de la mesa. La plastilina debe volver al estado inicial entre las medidas para que el impacto del carro amortigüe y brinde la mejor medida posible. Después de cada experimento, compruebe que todos los pesos de masas m1 están todavía en el soporte de pesos. Asegúrese de que el hilo corre paralelo a la pista y se enseña antes y durante la medición. 1. Realice el montaje presentado en la figura 5. 2. Utilice la balanza compacta para medir la masa del carro con la barra adjunta sobre la que se colocaran las masas adicionales, imán de retención y la aguja con el enchufe (Como se muestra en la figura 6). Registre este valor en la tabla 5. 3. Sobre el carro coloque una masa de 10g con las masas ranuradas; registre esta masa en la tabla 5, como mr. 4. Determine el valor de m2, el cual es la suma entre y registre el valor en la tabla 5. 5. Coloque en la masa colgante, de tal manera que se cumpla la relación m1 = mr.

Figura 6. Masa del carro. 6. Iniciar el PC y Windows. 7. Conectar Cobra4 Wireless Manager en el puerto USB de la PC. 8. Iniciar la medida del software del paquete PC (Software instalado previamente) 9. Encienda el Cobra4 Wireless-Link con conexión en temporizador-Contador Sensor Unidad. El sensor se reconoce automáticamente y se asigna el ID número 01(Como lo muestra la figura 7) que se muestra en la Cobra4 Wireless-Link monitor. La comunicación entre Cobra4 Wireless Manager y Cobra4 Wireless-Link se muestra a través del dato de la LED.

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Figura 7. Contador de tiempo Cobra 4. 10. En el momento en que es detectado el contador, aparece un pantallazo como el de la figura 8, donde debe seleccionar “Traslación con rueda incremental.

Figura 8. Pantallazo inicial del Contador de tiempo Cobra 4. 11. Aparecen entonces tres graficas (X vs t, V vs t y a vs t). Presione el émbolo de metal en el dispositivo de arranque de manera que el émbolo está al ras con la abertura cilíndrica en la que se extraerá. Esta posición asegura la liberación del carro sin un impacto. 12. Iniciar el registro de los valores medidos en el “Measure” ●. 13. Disparar el dispositivo de arranque para liberar el carro de manera que ruede a lo largo de la pista. 14. Detener la medición con la (■) caja antes de que la masa m1 alcanza el piso. Transferir los datos medidos al “Measure”.

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Figura 9. Pantallazo de transferencia de datos al “Measure”. 15. Transferir los datos medidos al “Measure” (Ver figura 9) 16. Exporte los datos a una hoja Excel. 17. Repita los procedimientos del 4 al 16, para los casos en que m 1>mr y m1 mr m1 < mr

mr (kg)

mr (kg)

m 2 = mc + m r

x = xi + vi t + ½ a t2

Tabla 5. Datos de las masas del experimento “Ley de Newton”.

a (m/s2)

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100413 Física General INFORME O PRODUCTOS A ENTREGAR. 1. Grafique X vs t en cada una de las tres relaciones entre y en un mismo plano cartesiano. M1=MR 0.01 kg

Distancia.

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100413 Física General Velocidad

Aceleración

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100413 Física General M1 > MR M1= 0,05 kg MR=0,01 kg

Distancia

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100413 Física General Velocidad

Aceleración

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100413 Física General M1 < MR M1= 0,01 kg MR= 0,05 kg

Distancia.

Distancia Vs Tiempo 1.4 1.2 1 0.8 Distancia (m)

0.6 0.4 0.2 0

2

2.5

3

3.5 Tiempo (s)

4

4.5

5

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100413 Física General Velocidad.

Velocidad Vs Tiempo 0.6 0.5 0.4 Velocidad (m/s) 0.3 0.2 0.1 0

2

2.5

3

3.5 Tiempo (s)

Aceleración.

4

4.5

5

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mr = kg

Relació n

mr (kg)

m1 (kg)

m2 = mc + mr

m1 = mr

0,01 kg

0,01 kg

0,39 kg

1 X =0+0∗9,95+ ∗1,41∗9,95² 2

a(1.41

m1 > mr

0,01 kg

0,05 kg

0,40 kg

1 X =0+0∗2,44+ ∗7∗2,44² 2

a(7

m1 < mr

0,05 kg

0,01 kg

0,44 kg

1 X =0+0∗4,82+ ∗1,74∗4,82² 2

a(1.74

x = xi + vi t + ½ a t2

Tabla 5. Datos de las masas del experimento “Ley de Newton”.

CONCLUSIONES

a (m/s2)

m ) s2

m ) s2 m ) s2

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100413 Física General En el caso de la medición del tiempo con Software COBRA que nos sirve para hallar la aceleración se puede decir que lo que se mide es la aceleración promedio del sistema. Por esa razón la medición del tiempo se realiza varias veces para tratar de cometer un error insignificante Y puede ser que se den pequeños errores en los cálculos ya que tal vez el tiempo que se midió no es el correcto y por eso el error es notable. Sobre una masa siempre actúa una fuerza neta, esta fuerza siempre modificara el movimiento. • Un cuerpo con velocidad constante su aceleración será cero. • Cuanto mayor sea la masa más será su inercia. • Cuando un cuerpo tiene una gran resistencia a cambiar su aceleración se dice que tiene mucha inercia. REFERENCIAS https://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.html http://www.jfinternational.com/mf/segunda-ley-newton.html http://www.vix.com/es/btg/curiosidades/4103/la-segunda-ley-de-newton-ley-delmovimiento