• Author / Uploaded
• Agardel Poma

Citation preview

Tecsup – P.F.R.

Mecánica de Sólidos

PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 04

SEGUNDA LEY DE NEWTON. 1. OBJETIVOS 1) Verificar que cuando la fuerza resultante sobre un cuerpo no es nula, éste se mueve con un movimiento acelerado. 2) Comprobar que la aceleración para una fuerza dada, depende de una propiedad del cuerpo llamada masa. 3) Verificar que la aceleración de un cuerpo bajo la acción de una fuerza neta constante, es inversamente proporcional a su masa. 2. MATERIALES

o o o o o o o o o o o o

Computador con programa PASCO Capstone instalado USB Bluetooth 4.0 Adapter Riel para carritos Bases de riel (2) Sensor carrito (rojo o azul) Sensor de fuerza Polea fija ajustable Juego de masas y portamasas Balanza de 2200 g (uno para todas las estaciones de trabajo) Cinta Adhesiva Pabilo Tijera

3. FUNDAMENTO TEÓRICO Se denomina dinámica a la parte de la Física que estudia conjuntamente el movimiento y las fuerzas que lo originan. En su sentido más amplio, la dinámica abarca casi toda la mecánica. Sabemos por experiencia que un objeto en reposo jamás comenzará a moverse por sí mismo, sino que será necesario que otro cuerpo ejerza sobre él una tracción o un empuje; es también familiar el hecho que para retardar el movimiento de un cuerpo o para detenerlo es necesaria una fuerza y que cuando la trayectoria es rectilínea, es preciso que esta fuerza sea lateral para desviarla. Todos los procesos anteriores (aceleración, retardo o cambio de dirección) implican un cambio de valor o en la dirección de la velocidad del cuerpo, en otras palabras, en todos los casos el cuerpo es acelerado y ha de actuar una fuerza exterior para producir esta aceleración. Considerando esto se realizaron diversos experimentos a lo largo del tiempo cuyos resultados fueron: 

La dirección de la aceleración es la misma que la de la fuerza neta; esto es cierto, bien se encuentre el cuerpo inicialmente en reposo o bien moviéndose en cualquier dirección y con cualquier velocidad. 43

Mecánica de Sólidos



Tecsup – P.F.R.

Para un cuerpo dado, la razón del valor de la fuerza al de la aceleración es siempre la misma, es decir, es constante. F / a = constante (para un cuerpo dado)

(1)

A esta razón constante de la fuerza a la aceleración puede considerarse como una propiedad del cuerpo denominada masa y denotada con la letra (m), donde:

m

F a

(2)

La masa de un cuerpo es la magnitud escalar, numéricamente igual a la fuerza necesaria para comunicarle la unidad de aceleración. En conclusión, diremos que la segunda Ley de Newton, expresada por la ecuación (2), es la más importante en cuanto nos permite establecer una relación numérica entre las magnitudes fuerza y aceleración, se podría enunciar como: “La aceleración que toma un cuerpo es proporcional a la fuerza neta externa que se le aplica, pero inversamente proporcional a su masa”.

a Donde:

F m

(3)

a, es la aceleración F, es la fuerza neta externa, m, masa del cuerpo.

La consecuencia de (3) es que el resultado que produce una fuerza o una combinación de ellas sobre un cuerpo es que se acelera en la misma dirección y sentido que la fuerza resultante (suma de fuerzas) o la fuerza neta. 4. PROCEDIMIENTO 4.1 Masa del móvil constante. Ingrese al programa PASCO CapstonTM, haga clic sobre el ícono crear experimento y seguidamente reconocerá el sensor carrito, previamente encendido su señal Bluetooht. Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemos doble clic sobre el ícono respectivo, ya seleccionado e instalado, y lo configuramos para que registre 50 lecturas por segundo. Una vez calibrado el sensor arrastramos el ícono Gráfico y seleccionamos la gráfica velocidad - aceleración vs tiempo, luego hacemos el montaje de la figura 1.

44

Tecsup – P.F.R.

Mecánica de Sólidos

Figura 1. Primer montaje.

Ahora coloque el móvil en la posición inicial (a 1 m de la polea), empiece las mediciones con la masa de 20 gramos suspendida del hilo. Inicie la toma de datos soltando el móvil y oprimiendo el botón INICIO en la barra de configuración principal de PASCO CapstonTM. Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar la velocidad media y aceleración media.  No permita que el móvil golpee la polea. Repita el proceso hasta completar 10 mediciones, luego trabaje con masas de 40 y 70 gramos. Borre las mediciones incorrectas, no almacene datos innecesarios. Llene las tablas 1, 2 y 3, calculando el error absoluto, el error porcentual, la desviación media y la desviación estándar. Para hacer el cálculo de la fuerza experimental, calcule la masa con la balanza y con el valor de g hallado en la práctica anterior calcule el valor de masa experimental. TABLA 1 Con la masa de 20 gr. Masa del móvil (kg): Aceleración exp. (m/s2)

1

2

3

4

5

Promedio

Fuerza exp (N) Análisis Fuerza promedio (N)

Valor Teórico

Valor Experimental

Error Porcentual

Aceleración promedio (m/s2) Masa del portamasas: ________ kg.

TABLA 2 Con la masa de 40 gr. Masa del móvil (kg):

1

2

45

3

4

5

Promedio

Mecánica de Sólidos

Tecsup – P.F.R.

TABLA 3 Con la masa de 70 gr. Masa del móvil (kg): Aceleración exp. (m/s2)

1

2

3

4

5

Promedio

Fuerza exp (N) Análisis

Valor Teórico

Valor Experimental

Error Porcentual

Fuerza promedio (N) Aceleración promedio (m/s2)

4.2 Masa del móvil variable. Conserve el montaje anterior solo que ahora mantenga la masa suspendido del hilo con un valor de 50 gr y varíe ahora el valor de la masa del móvil (ver figura 2), empiece con una masa añadida de 100 gr y luego cambie la masa a 300 y 600 gramos y complete las tablas 4, 5 y 6.

Figura 2. Segundo montaje.

TABLA 4 Móvil con carga de 100 gr. Masa del móvil (kg): Aceleración exp. (m/s2)

1

2

3

4

5

Prom. total

Fuerza exp (N) Análisis

Valor Teórico

Valor Experimental

Error Porcentual

Fuerza promedio (N) Aceleración promedio (m/s2)

TABLA 5 Móvil con carga de 300 gr. Masa del móvil (kg): Aceleración exp. (m/s2)

1

2

3

4

5

Prom. total

Fuerza exp (N) Análisis

Valor Teórico

Valor Experimental

Fuerza promedio (N) Aceleración promedio (m/s2)

46

Error Porcentual

Tecsup – P.F.R.

Mecánica de Sólidos

TABLA 6 Móvil con carga de 600 gr. Masa del móvil (kg) Aceleración exp. (m/s2)

1

2

3

4

5

Prom. total

Fuerza exp (N) Análisis

Valor Teórico

Valor Experimental

Error Porcentual

Fuerza promedio (N) Aceleración promedio (m/s2)

1. CUESTIONARIO 5.1 Con respecto al proceso Masa del móvil constante responda: 5.1.1

Proponga las fuerzas localizadas en modelo experimental, cuyos efectos se han despreciado con fines de simplificar los cálculos.

5.1.2

Evaluar el error porcentual en las tablas 1, 2 y 3. Proponga una justificación sobre el porqué difiere el valor de la fuerza experimental respecto a la fuerza teórica.

5.1.3

Suponiendo que el error porcentual se debe exclusivamente a fuerzas de fricción, calcule un valor de una fuerza equivalente y su coeficiente de fricción para cada caso. Asuma los valores conocidos del modelo experimental.

5.1.4

Según los resultados obtenidos, exprese y justifique el tipo de proporcionalidad entre la fuerza resultante y la aceleración del sistema.

5.2 Con respecto al proceso Masa del móvil variable responda: 5.2.1 Según el modelo, se agrega sucesivamente masas al móvil ¿Cómo afecta a la aceleración del sistema? ¿Qué tipo de proporcionalidad existe entre la masa y la aceleración? Justifique con ayuda de los datos medidos. 5.2.2 Según los datos medidos ¿Cuál es la diferencia entre la aceleración teórica y la aceleración experimental? Exprese para cada caso en términos del error porcentual. 5.2.3 Con los datos del montaje, realice un DCL para cada caso suponiendo la presencia de una fuerza de fricción. ¿Es ésta relevante? 5.2.4 ¿De qué depende la fuerza de fricción? ¿Cuál es la evidencia de que la fuerza de fricción es relevante en el modelo? Justifique con los datos del montaje. 5.2.5 Represente y analice dos situaciones aplicadas a su especialidad sobre cualquiera de los casos de este laboratorio

47

Mecánica de Sólidos

Tecsup – P.F.R.

5.2.6 Utilizando los valores obtenidos exprese las ecuaciones utilizadas en esta experiencia (utilice las ecuaciones cinemáticas) 2. Aplicación a la especialidad. Se presentarán un mínimo de 2 aplicaciones del tema del laboratorio referido a su especialidad. 3. OBSERVACIONES a.

______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

b.

______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

c.

______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

4. CONCLUSIONES 8.1

______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

8.2

______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

8.3

______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

48

Tecsup – P.F.R.

Mecánica de Sólidos

5. BIBLIOGRAFIA (según formato de la APA)

49