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FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Programa de Física

SEGUNDA LEY DE NEWTON: LEY DE MOVIMIENTO INFORME DE LABORATORIO Araujo Germán, Castilla Laura y Pacheco Keidy Universidad del Atlantico Ingeniería Industrial 21/07/2020

Resumen Esta práctica de laboratorio tiene como propósito verificar la segunda ley de newton, en dos situaciones, sobre un sistema de masa variable con una fuerza constante y en un sistema de masa constante con una fuerza variable. Para obtener los datos se realizan cálculos de aceleración, tiempo y velocidad en los los sistemas nombrados y se utilizaron las ecuaciones conocidas en este fenómeno físico, el analis geometrico y matemático entre la relación y proporcionalidad de las variables para realizar las respectivas comprobaciones y deducciones que confirmaron la validez de la segunda ley de newton. Palabras claves: Segunda ley de newton, ley de movimiento, tiempo, sistema, velocidad, aceleración. Abstract This lab is intended to verify Newton's second law, in two situations, on a variable-mass system with a constant force and on a constant-mass system with a variable force. To obtain the data, acceleration, time and speed calculations are performed in the named systems and the known equations in this physical phenomenon were used, the geometric and mathematical analysis between the relationship and proportionality of the variables to carry out the respective checks and deductions that They confirmed the validity of Newton's Second Law. Keywords: Newton's second law, law of motion, time, system, speed, acceleration.

1. Introducción Un cuerpo se mantendrá en su estado de movimiento con velocidad constante a menos que una fuerza (entiéndase halar o empujar) se oponga a ello. Esto quiere decir que las fuerzas son capaces de cambiar el estado de movimiento de los cuerpos y que por lo tanto deben producir: aceleración. En este laboratorio nos introduciremos en lo que refiere a las leyes de Newton, donde se mostrara las diferentes relaciones entre las magnitudes que intervienen en el desarrollo de los objetivos de esta práctica. Lo que promueve interrogantes como ¿Cuál será la relación entre la fuerza y la aceleración? ¿Cuál será la relación entre la masa y la aceleración? ¿Habrá algún otro parámetro que tenga que ver con la aceleración que experimenta un cuerpo cuando una fuerza actúa sobre él? En esta actividad estaremos investigando estas preguntas con el propósito de comprobar operacionalmente lo que nos indica la segunda ley de Newton.

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2. Discusión Teórica La Segunda Ley de Newton

nos dice que la fuerza neta aplicada a un objeto es directamente proporcional a la aceleración que sufre ese objeto. Esa aceleración apunta en la misma dirección que apunta la fuerza neta. Además, la constante de proporción es la masa del objeto. Sabemos que los objetos solo pueden acelerar si hay fuerzas actuando sobre ellos. La segunda ley de Newton nos dice exactamente cuánto puede acelerar un objeto para una fuerza neta dada. Para ser claros, aaa es la aceleración del objeto, ΣF, F es la fuerza neta sobre el objeto, y mmm es la masa del objeto, se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.

3. Metodos Experimentales Este experimento se baso en verificar la segunda ley de Newton en dos momentos: en un sistema de masa variable con fuerza constante y en un sistema de masa constante con fuerza variable. Para ello se utilizo un simulador interactivo de fuerzas que generaba una grafica velocidad contra tiempo que dependía de la masa y la fuerza aplicada, de esta grafica se logro obtener la velocidad inicial, la velocidad final, el tiempo inicial y el tiempo final de cada movimiento como se registra en la tabla 1 y en la tabla 2. A partir de estos datos, se obtiene la aceleración media para cada movimiento, siendo ̅

con

esta manera se optiene la tabla 3 y la tabla 4.

Tabla 1 Fuerza=50N M(kg)

vi(m/s)

vf(m/s)

ti(s)

tf(s)

1

50

150

1

3

2

25

75

1

3

3

16.67

66.67

1

4

4

12.50

50

1

4

5

10

50

1

5

2

, y de

Autor principal et al.: Título

Tabla 2 Masa= 5kg F(N)

vi(m/s)

vf(m/s)

ti(s)

tf(s)

10

2

10

1

5

20

4

20

1

5

30

6

30

1

5

40

8

40

1

5

50

10

50

1

5

60

12

48

1

4

70

14

56

1

4

80

16

64

1

4

90

18

72

1

4

100

20

80

1

4

Tabla 3 Fuerza constante, F= 50N m(km)

1/m(1/gk)

v(m/s)

t(s)

a(m/s2)

1.0

1

100

2

50

2.0

1/2

50

2

25

3.0

1/3

50

3

16.67

4.0

1/4

37.5

3

12.5

5.0

1/5

40

4

10

Tabla 4

F(N) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Masa constant, M=5kg v(m/s) t(s) 8 4 16 4 24 4 32 4 40 4 36 3 42 3 48 3 54 3 60 3

3

a(m/s2) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

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4. Análisis de Resultados y Discusión A partir de los resultados obtenidos en la tabla 3, se hace necesario comprobar la relación existente entre la masa y la aceleracion para compararlo con lo estipulado por la segunda ley de Newton, por lo que se elabora la tabla 5 y la grafica No. 1 que relaciona , que a simple vista describe una linea recta con pendiente positiva y se logra ver que entre mayor es mayor es la aceleracion de manera proporcional. Para un análisis mas detallado encontramos la ecuacion que describe esta recta que pasa por los puntos (0.2, 10) y (1, 50) y se obtiene y = 50x , con como podemos ver la pendiente coincide con la fuerza aplicadaen el experimento, por lo tanto se cumple que

Tabla 5 1/m(1/gk)

1 0,5 0,33 0,25 0,2

Grafica 1

a(m/s2) 50 25 16,67 12,5

10

Ahora, A partir de los resultados obtenidos en la tabla 4, se hace necesario comprobar la relación existente entre la fuerza y la aceleracion para compararlo con lo estipulado por la segunda ley de Newton, por lo que se elabora la tabla 6 y la grafica No. 2 que relaciona F y , que a simple vista describe una linea recta con pendiente positiva y se logra ver que entre mayor es la fuerza mayor es la aceleracion de manera proporcional. Para un análisis mas detallado encontramos la ecuacion que describe esta recta que pasa por los puntos (2, 10) y (20, 100) y se obtiene y = 5x , con como podemos ver la pendiente coincide con la masa aplicada en el experimento por lo tanto se cumple que

4

Autor principal et al.: Título

Grafica 2

Tabla 6 a(m/s2) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

F(N) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

F vs a

F(N)

120 100 80 60 40 20 0

0

5

10

15

20

25

a(m/s2)

5. Conclusiones Con este laboratorio se pudo comprobar que la aceleracion es invesamente proporcional a la masa, y directamente proporcinal a la fuerza, además, se verifico tanto en el sistema de masa variable con fuerza constante y masa constante con fuerza variable que se cumple la relación , comprobandose de esta manera la segunda ley de Newton y cumpliéndose el objetvo de este experimento.

Agradecimientos Agradecemos por los nuevos conocimentos adquiridos en el desarrollo de esta práctica, puesto que aprendimos diversos conceptos, aplicaciones y métodos utilizados, que se deben tener en cuenta en la práctica de experimentos físicos.

Referencias Hewitt, P. (2004). Física Conceptual. Ed. Pearson Educación. Serway Jewett. Física para ciencias e ingeniería volumen 1. Séptima edición http://www.usc.edu.co/files/LABORATORIOS/GUIAS/CIENCIAS%20BASICAS/LABORATORIO%20PA RA%20FISICA%20I/SEGUNDA%20LEY%20DE%20NEWTON.pdf http://bdigital.unal.edu.co/7652/1/dianamarcelavargascontreras.2011.pdf 5

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Anexos

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