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Segunda Ley de Newton

Johan Sebastian Gomez Ortiz

Diego Beltrán Martin Jhon Hans Ballen Abril Luis Sebastian Ortega Duarte Ingeniería, universidad Minuto de Dios 21 de octubre de 2018

Resumen

El laboratorio de la Segunda Ley de Newton consistió en la toma de datos de masa y tiempo de un carrito en movimiento acelerado el cual se desplazó sobre un riel de baja fricción para minimizar la fuerza de rozamiento, donde se aceleró el carrito mediante una cuerda que pasaba por una polea ubicada en el extremo del riel y un| porta masas para poner diferentes densidades de peso.

OBJETIVO El presente informe de laboratorio pretende estudiar la Segunda Ley de Newton, verificar como la aceleración sobre carrito se relaciona con la masa y la fuerza, además observar el comportamiento de la aceleración del cuerpo (carrito) cuando la fuerza aplicada es constante y la masa varía en el sistema.

CUESTIONARIO 1. ¿Qué le ocurre a un objeto cuando se aplica una fuerza neta sobre este? RTA: Cuando la fuerza neta que actúa o aplica en un cuerpo no es cero este mismo cuerpo se mueve con una aceleración en dirección a la fuerza neta teniendo en cuenta que esta aceleración aumenta proporcionalmente a la fuerza neta es decir si F aumenta a 2F la aceleración aumenta a 2A. 2. ¿Qué le ocurre al movimiento de un objeto a medida que su masa cambia pero se mantiene constante la magnitud de la fuerza neta sobre este?

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RTA: La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada al mismo e inversamente proporcional a la masa del objeto. Si la masa incrementa la aceleración disminuye (la fuerza neta se mantiene constante) 1. MARCO TEÓRICO 1.1.

SEGUNDA LEY DE NEWTON

La segunda ley trata sobre lo que sucede a un cuerpo cuando sobre éste actúa una fuerza neta, describe el comportamiento de cada cuerpo que cambia su movimiento debido a una fuerza total diferente de cero. Cuando una fuerza neta actúa sobre un cuerpo, su velocidad cambia y consecuente éste se acelera. Una mayor fuerza aplicada sobre un cuerpo produce una mayor aceleración. Así, la segunda ley se puede escribir como: La fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera: F=ma Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como: F=ma 1.2.

MATERIALES Y HERRAMIENTAS UTILIZADAS EN LABORATORIO M.R.U.

Riel de baja fricción Autoridad propia. Utilización y función (riel de baja fricción). Se fija el riel de aire sobre la mesa y se verifica utilizando un nivel. Dando el ajuste para que no se vaya a descarrilar el móvil.

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Figura 1: Riel de baja fricción

Sensor de Movimiento Autoridad propia. Utilización y función (Sensor de movimiento). Se instala el sensor a un extremo del riel y es el que nos va a hacer seguimiento del movimiento del móvil.

Figura 2: Sensor de Movimiento

Bases Ajustables Autoridad propia. Utilización y función (bases ajustables). Estas bases va en la parte inferior del riel nos permite darle estabilidad y un ajuste de nivel.

Figura 3: Bases Ajustables

Polea con Abrazadera Utilización y función (Polea con Abrazadera). Se instaló al otro extremo del riel donde va a deslizar la cuerda que ayuda al movimiento del móvil.

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Figura 4: Polea con Abrazadera

Polea con Abrazadera Autoridad propia. Utilización y función (Topes imantados ajustables). Se colocaron en la parte superior y a un extremo del riel y es donde va la cuerda para dar una estabilidad a la polea.

Figura 5: Polea con Abrazadera

Dispositivo Xplorer GLX Autoridad propia. Utilización y función (Dispositivo Xplorer GLX). Este dispositivo se conectó al sensor de movimiento y por medio de tablas y gráficos el movimiento que realizó el móvil.

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Figura 6: Dispositivo Xplorer GLX

Portas Masa Autoridad propia. Utilización y función (Porta masa). Se ató este instrumento al carro por medio de la cuerda y se le colocaron en su base tres pesos diferentes para hacer la medición del experimento. Con los instrumentos mencionados, lo que se hizo fue estudiar el movimiento que tenía el carro con los diferentes pesos (sin peso, 5 gr y 10 gr), con el fin de obtener una tabla que nos indicará posición y tiempo en cada caso.

Figura 7: Portas Masa

Carrito Dinámico 5

Utilización y función (Carrito Dinámico) Empleado para determinar los valores del objeto en movimiento. Es un elemento que se usa para poner en movimiento en el riel.

Figura 8: Carrito Dinámico

1.3.

PROCEDIMIENTO LABORATORIO SEGUNDA LEY DE NEWTON: ● Armar Riel sobre Soportes. ● Aceleramos el carrito, mediante una cuerda que pasa por una polea situada en el extremo del riel. Un porta masas que cuelga de la cuerda, agregando masas de diferentes pesos y dejando constante la del carrito. ● En el laboratorio, el carrito se sitúa en el origen y la fuerza que se ejerce sobre el carrito actúa durante todo su recorrido, Se toman tiempos con ayuda del GLX. ● Se realiza el mismo ejercicio del punto anterior variando la masa del carrito con las masas y constante de la porta masas.

1.4 RESULTADOS OBTENIDOS TOMA DE DATOS M.R.U El laboratorio de la Segunda Ley de Newton consistió en la toma de datos de masas y tiempos de un carrito en movimiento el cual se desplazó sobre un Riel de Baja Fricción de largo 0.894 m (metros) y se aceleró mediante una cuerda que pasa por una polea ubicada en el extremo del riel y un porta masas.

DATOS TOMADOS Realizamos la prueba de la Segunda Ley de Newton donde se tomaron los datos de la aceleración experimental con el apoyo del GLX, se tomaron 9 intervalos de

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tiempo y se promedió la aceleración experimental con el peso del carrito constante y variando la masa en el porta masas. Luego se realizó el mismo ejercicio variando la masa del carrito y dejando constante la del porta masas, los resultados se Colocaron en la tabla a continuación:

CARRI TO m1 kg

M1 VARIA BLE, M2 CONST ANTE

POR TA MAS A m2 kg

ɑt m/s

ɑe m/s T N

T2 N

%Dif f

1

0,660

0,054

0,740

0,744

0,491

0,488

-0,50%

2

0,510

0,054

0,937

0,866

0,441

0,482

7,62%

3

0,410

0,054

1,140

1,022

0,419

0,473

10,32%

CARRI TO m1 kg

M1 CONST ANTE, M2 VARIA BLE

POR TA MAS A m2 kg

ɑt m/s

ɑe m/s T N

T2 N

%Dif f

1

0,660

0,064

0,866

0,750

0,495

0,578

13,35%

2

0,660

0,074

0,987

0,940

0,620

0,655

4,80%

3

0,660

0,059

0,803

0,637

0,420

0,540

20,71%

Para el cálculo de la Tensión se utilizaron las fórmulas: T1= m1* ɑ T1= ((-m2* ɑ) + (m2*9,8)) 7

Para calcular el % de diferencia entre la aceleración experimental y la teórica se utilizó la fórmula: 𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎

%Diff =( 𝐸𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 ) * 100% A continuación, se pueden observar las gráficas Posicion vs tiempo, de la aceleración vs la masa en cada uno de los experimentos; con la m1 variable y la m2 constante y el segundo con la m1 constante y la m2 variable. + Posición Tiempo (s) (m) 0,1004 0,125 0,2004 0,126 0,3004 0,126 0,4004 0,124 0,5004 0,125 0,6004 0,129 0,7004 0,145 0,8005 0,165 0,9005 0,185 1,0006 0,201 1,1006 0,222 1,2007 0,245 1,3008 0,272 1,4009 0,3 1,5010 0,334 1,6001 0,37 1,7012 0,406 1,8013 0,448 1,9015 0,502 2,0160 0,548 2,1007 0,595 2,2019 0,659 2,3020 0,702 2,4000 0,799 2,5014 0,81 Tabla 1

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Posición vs Tiempo y = 0.1425x2 - 0.0791x + 0.1333 R² = 0.9995

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

Posición (m) Poly. (Posición (m))

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Grafica 1 (Posicion vs tiempo) Tabla 1.

+ y = 2,9867x2 - 4,3077x + 2,2861 R² = 1

Grafica 2 (Aceleracion vs masa 1)

+ y = 20,029x - 0,5395 R² = 0,998

Gráfica 3 ( Aceleracion vs Masa 2)

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2. ANÁLISIS En esta práctica de laboratorio, cuyo tema principal hace referencia a la 2° Ley de Newton, tiene como propósito fundamental establecer la relación entre la masa (m) y aceleración (a) de un cuerpo en movimiento F= m * a La fórmula muestra que la aceleración de un cuerpo determinado de masa constante es directamente proporcional a la Fuerza Neta F que actúa sobre él, y proporcional a su masa m, teniendo en cuenta además que F tiene la misma dirección. Para ello la práctica consta de unos instrumentos experimentales compuesto por un carrito dinámico, colocado sobre un riel de baja fricción; el carrito unido por un hilo a un porta masas que contiene una masa constante que cuelga de una polea y con un momento de inercia Pasa de reposo a movimiento, a medida que el carrito recorre el riel de baja fricción, comienza a caer. Además, para ampliar el rango de datos, y dar más certeza a los resultados, se ha modificado tanto la masa agregando una pesa determinada al carrito, como también variamos su masa al ir cambiando el peso de la masa lo que en conjunto constituyen un segundo rango experimental. En ambos casos con ayuda del GLX se determinó el tiempo y la velocidad. Los resultados detallados se obtienen de los cálculos y fórmulas que nos brinda la segunda ley de newton. Lo siguiente es el detalle del laboratorio, en donde realizamos procedimiento, gráficos, resultados y conclusiones obtenidas.

3. CONCLUSIONES

Al término del experimento se pudo comprobar lo siguiente: ● Cuando se cambiaron las densidades de peso el espacio varía respecto al tiempo, entre más masa (aceleración), más velocidad y menos tiempo de recorrido. ● La aceleración es un factor importante que influye respecto a la velocidad, el tiempo y el espacio. ● En el Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado se puede decir que la aceleración es constante y según su velocidad puede ser positiva o negativa. 10

● La velocidad depende de la aceleración que se le esté efectuando al objeto en un instante de tiempo. Podemos inferir que mediante la práctica y al realizar los cálculos que la masa por la aceleración es igual a la fuerza realizada por el carro.

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