Informe N.03 [Ley de La Fuerza]

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL FÍSICA CLÁSICA INTEGRANTES: KEVIN CODENA / DOUG

Views 20 Downloads 0 File size 620KB

Report DMCA / Copyright

DOWNLOAD FILE

Recommend stories

Citation preview

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

FÍSICA CLÁSICA

INTEGRANTES: KEVIN CODENA / DOUGLAS ROSERO

PRIMERO B

NRC: 3960

ING. JOSE GABRIEL ZAPATA SUAREZ

FECHA DE ENTREGA: LUNES 14 DE MAYO DEL 2018

SANGOLQUI – ECUADOR

Tema: Ley de la fuerza Resumen. Las leyes del movimiento tienen un interés especial aquí; tanto el movimiento orbital como la ley del movimiento de los cohetes se basan en ellas. Newton planteó que todos los movimientos se atienen a tres leyes principales formuladas en términos matemáticos y que implican conceptos que es necesario primero definir con rigor. Un concepto es la fuerza, causa del movimiento; otro es la masa, la medición de la cantidad de materia puesta en movimiento; los dos son denominados habitualmente por las letras F y m. Abstract. The laws of motion have a special interest here; both the orbital movement and the law of the movement of the rockets are based on them. Newton stated that all movements adhere to three main laws formulated in mathematical terms and that involve concepts that need to be rigorously defined first. A concept is the force, cause of the movement; another is the mass, the measurement of the amount of matter set in motion; the two are usually called by the letters F and m.

1. Objetivo(s).

 

Analizar la relación física entre la fuerza y la variación de velocidad que sufre una masa cualquiera. Identificar el tipo de dependencia funcional entre Fuerza- aceleración y masaaceleración en uno de los cuerpos en la disposición del carril.

2. Fundamentación Teórica. Fuerza La fuerza es una magnitud vectorial que mide la Intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de fuerza es el newton que se representa con el símbolo: N, nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton por su aportación a la física, especialmente a la mecánica clásica. El newton es una unidad derivada del SI que se define como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s² a un objeto de 1 kg de masa.

Figura 1. Descomposición de las fuerzas que actúan sobre un sólido situado en un plano inclinado.

Masa Masa es un concepto que identifica a aquella magnitud de carácter físico que permite indicar la cantidad de materia contenida en un cuerpo. Dentro del Sistema Internacional, su unidad es el kilogramo (kg.) Aceleración: Es una magnitud vectorial que nos indica el cambio de velocidad por unidad de tiempo. En el contexto de la mecánica vectorial newtoniana se representa normalmente por o y su módulo por. Sus dimensiones son. Su unidad en el Sistema Internacional es m/s2. La primera ley de Newton Establece que un cuerpo no modifica su estado de reposo o de movimiento si no se aplica ninguna fuerza sobre él, o si la resultante de las fuerzas que se le aplican es nula. Es decir, que se mantendrá en reposo si estaba en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme si se encontraba en movimiento. De aquí se deduce que: 

Todos los cuerpos se oponen a cambiar su estado de reposo o movimiento y esta oposición recibe el nombre de inercia. La masa de un cuerpo, entendida como su cantidad de materia, es una medida cuantitativa de la inercia de un cuerpo.



Un cuerpo se encuentra en equilibrio cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre él sea nula.

La derivada de una función nos indicaba cómo variaba dicha función. Si decimos que, en ausencia de fuerzas externas, la velocidad permanece constante a lo largo del tiempo, lo que estamos diciendo es que la derivada de la velocidad respecto al tiempo es cero, es decir, no hay variación de la velocidad respecto al tiempo. Así, podemos expresar la primera ley de Newton:

Segunda Ley de Newton Establece lo siguiente: La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa. De esta forma podemos relacionar la fuerza y la masa de un objeto con el siguiente enunciado:

Una buena explicación para misma es que establece que siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, el segundo cuerpo ejerce una fuerza sobre el primero cuya magnitud es igual, pero en dirección contraria a la primera. También podemos decir que la segunda ley de Newton responde la pregunta de lo que le sucede a un objeto que tiene una fuerza resultante diferente de cero actuando sobre él.

Tercera ley de Newton: Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primero. Con frecuencia se enuncia como "A cada acción siempre se opone una reacción igual". En cualquier interacción hay un par de fuerzas de acción y reacción, cuya magnitud es igual y sus direcciones son opuestas. Las fuerzas se dan en pares, lo que significa que el par de fuerzas de acción y reacción forman una interacción entre dos objetos. Otra forma de verlo es la siguiente: Si dos objetos interactúan, la fuerza F, ejercida por el objeto 1 sobre el objeto 2, es igual en magnitud y opuesta en dirección a la fuerza F ejercida por el objeto 2 sobre el objeto 1:

3. Materias y Equipos. Materiales Carril de Aire Soplador Aerodeslizador Arrancador Mecánico

Tope Barrera Fotoeléctrica contadora Pesas Material de montaje

Herramientas Interface Computadora Software Measure

4. Instrucciones o Procedimiento. 



 





4.1 Disponga horizontalmente el carril de aire perfectamente nivelado y coloque sobre él, en el un extremo el arrancador mecánico, luego el aerodeslizador, en la mitad del carril el tope y al final la barrera fotoeléctrica contadora, esta deberá estar conectada a la interface y esta a su vez a la computadora con el programa Measure. 4.2 El aerodeslizador se acoplara a una pesa a través de un hilo, el cual deberá pasar por la polea de la barrera fotoeléctrica. En consecuencia, el móvil deberá moverse a partir del reposo, arrastrando por la pesa que desciende. 4.3 La barrera fotoeléctrica medirá el movimiento del aerodeslizador, a través del número de vueltas de la polea, estos datos pasan por la interface a la computadora. 4.4 Dispuesto el aerodeslizador junto al arrancador mecánico, active la señal de medida en la computadora al mismo tiempo que el aire dentro del carril. Suelte el arrancador y el aerodeslizador se moverá. Este movimiento es registrado por la computadora. Los datos seleccionados, excluyendo los iniciales y los finales, le serán proporcionados para desarrollar su informe. 4.5 Manteniendo la masa del aerodeslizador y la distancia que recorre, constantes, varíe la fuerza que produce el movimiento en la razón un, dos, tres, cuatro y cinco. Registre en cada, la aceleración del móvil y la fuerza neta. 4.6 Con la misma disposición anterior, manteniendo constante la fuerza que produce el movimiento y la distancia recorrida, por el aerodeslizador, varíe la masa del mismo incrementándolo en la razón uno, dos, tres, cuatro y cinco o con masa proporcionales. Registre nuevamente la aceleración del mismo y la masa del patín, bajo estas condiciones.



4.7 Llenar la hoja técnica de datos del procedimiento 4.5 y 4.6.

5. Actividad – Tabulación de datos: Con los datos obtenidos en el numeral 1, elabore el siguiente cuadro: TABLA X. Registro de datos de fuerza neta-aceleración.

F (N) a (m.𝑠 2 )

mp= 0.211 0,00756 0,063

kg. 0,00405 0,045

m(kg) a (m.𝑠 2 )

mp= 0.211 0,31 0,034

kg. 0,51 0,032

0,06 0,033

0,41 0,027

0,045 0,015

0,21 0,063

6. Actividad – Preguntas. A.- Realice un gráfico: Posición – Tiempo y analice.

Fuerza - Aceleración [x:f(t)] 0.07 0.06 0.05 0.04 Series1

0.03 0.02 0.01 0 0.00756

0.00405

0.06

Análisis (de variables matemático, unidades, ley física) Datos: 𝑚 = 211𝑔 𝑃𝑎𝑡𝑖𝑛. 𝑚 = 12𝑔 → 𝑦 = 0.063𝑥 + 0.008 𝑚 = 9 𝑔 → 𝑦 = 0.045𝑥 + 0.001

0.045

𝑚 = 6 𝑔 → 𝑦 = 0.033𝑥 + 0.000 𝑚 = 3 𝑔 → 𝑦 = 0.015𝑥 + 0.006 Las pendientes de la ecuación representa la aceleración. Resolución:

𝑭=𝒎∗𝒂 𝑓1 = 0.012 𝑘𝑔 ∗ 0.063

𝑚 = 0.00756 𝑁 𝑠2

𝑘1 = 0.012 𝑘𝑔

𝑚

𝑓2 = 0.009 𝑘𝑔 ∗ 0.045 𝑠2 = 0.00405 𝑁 𝑓3 = 0.006 𝑘𝑔 ∗ 0.033

𝑘2 = 0.009 𝑘𝑔

𝑚 = 0.0600 𝑁 𝑠2

𝑘3 = 0.006 𝑘𝑔

𝑚

𝑓4 = 0.003 𝑘𝑔 ∗ 0.015 𝑠2 = 0.0450 𝑁

𝑘4 = 0.003 𝑘𝑔

B.-Realice los D.C.L correspondientes y obtenga las relaciones entre fuerza y aceleración, con que masa se relaciona la pendiente obtenida en el grafico anterior.

C.- Utilizando el segundo cuadro de valores realice el grafico: masa-aceleración Masa - Aceleración [x:f(t)]

0.6 0.5 0.4 Series1

0.3

Series2 0.2 0.1 0 1

2

3

4

Análisis: D.- Linealice el grafico anterior

Análisis: (de variables matemático, unidades, ley física) Datos: 𝑚 = 211𝑔 𝑃𝑎𝑡𝑖𝑛. 𝑚=

0 𝑔 → 𝑦 = 0.063𝑥 + 0.008

𝑚 = 100 𝑔 → 𝑦 = 0.034𝑥 + 0.003 𝑚 = 140 𝑔 → 𝑦 = 0.032𝑥 + 0.000 𝑚 = 200 𝑔 → 𝑦 = 0.027𝑥 + 0.000 Las pendientes de la ecuación representa la aceleración.

𝒌=𝒎∗𝒂 𝑘1 = 0.31 𝑘𝑔 ∗ 0.034

𝑚 = 0.011 𝑁 𝑠2 𝑚

𝑘2 = 0.0051 𝑘𝑔 ∗ 0.032 𝑠2 = 0.016 𝑁 𝑘3 = 0.0041 𝑘𝑔 ∗ 0.027

𝑚 = 0.011 𝑁 𝑠2

𝑘4 = 0.0021 𝑘𝑔 ∗ 0.063

𝑚 𝑠2

= 0.013 𝑁

E.- Compare la constante de proporcionalidad obtenida en el grafico masa-aceleración, con la fuerza neta del patín. Recuerde los D.C.L correspondientes y las relaciones entre fuerza y aceleración. 7. Observaciones.  La segunda ley de Newton es válida para cuerpos cuya masa es constante. Cuando tenemos fuerzas y aceleraciones muy grandes ya no cumple la ley pero cuando son muy pequeñas sigue siendo válida la segunda ley de Newton. Hemos podido notar que el software (Measure) usado en nuestra práctica de laboratorio es muy eficaz en su desempeño, cuando uno lo usa de manera correcta  La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada sobre el e inversamente proporcional a su masa.

8. Conclusiones.  Teóricamente el objeto debe seguir una trayectoria vertical dada por la ecuación. Nosotros creemos que la mejor conclusión que se puede sacar de un trabajo como este es que la fuerza está presente en nuestras vidas a cada momento aunque nunca pensemos en ello o simplemente no nos demos cuenta. Además con este trabajo nosotros pudimos aprender mejor, lo que es una fuerza, aprendimos desde el concepto mismo hasta como medirlas, y exactamente de qué maneras actúan las fuerzas en nuestra vida diaria, hasta en las cosas más simples, la fuerza está presente en toda situación que presente movimiento. Damos a concluir que cada aparato electrónico que hemos hasta ahora hemos utilizado en nuestras prácticas de laboratorio de Física I, ha sido de mucha importancia para la mejor aplicación de en la parte teórica.

9. Recomendaciones.  Una buena ubicación de los instrumentos que usamos en nuestras prácticas de laboratorio hará que se desarrollen de manera eficaz y la toma de datos sea de mejor valor para nuestros resultados.  Un mayor espacio para el desarrollo de la práctica sería conveniente para una mejor y mayor participación de cada integrante de grupo. El trabajo a conciencia, el interés en la práctica y la colaboración de cada integrante del grupo hará que los resultados que deseamos obtener sean los mejores para el desarrollo y la elaboración de la misma. 

10. Bibliografía. -Representación Grafica del Análisis de Datos. Fisterra. http://www.fisterra.com/mbe/investiga/graficos/graficos.asp -Análisis de Graficas. Web del Profesor. http://webdelprofesor.ula.ve/analisisdegraficas.pdf+laboratorio.com -Cifras Significativas. Física. http://fisical.fisica.edu.uy/2006/teorico/cifras%20significativas.doc -Gráfico Relación Lineal. http://www.google.com.search/?hl=es&q=grafico+relacion+lineal&meta