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• Edson Diaz

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Laboratorio de Física Básica

Mecánica SEGUNDA LEY DE NEWTON

A. OBJETIVO Verificar la relación que existe entre la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo y la aceleración que experimenta. B. INFORMACIÓN TEÓRICA Un cuerpo se mantendrá en reposo o en movimiento con velocidad constante cuando la fuerza neta sobre él es nula (primera ley de Newton). Cuando se ejerce una fuerza sobre un bloque, éste se mueve con una aceleración a. El movimiento de un objeto sobre el cual actúa una fuerza está regido por la Segunda ley de Newton. La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.

𝑎⃗ 𝛼

∑ 𝐹⃗ 𝑚

(1)

Si la constante de proporcionalidad es igual a la unidad; entonces, relacionamos la masa, la aceleración y la fuerza a través del enunciado matemático de la Segunda ley de Newton:

∑ 𝐹⃗ = 𝑚 𝑎⃗

(2)

Donde ∑ 𝐹⃗ es la fuerza neta, es decir la suma de todas las fuerzas que actúan sobre el objeto. En nuestra experiencia consideraremos un bloque de masa M que está unido mediante una cuerda a un bloque de masa m a través de una polea, como se muestra en la figura 1. En este sistema se desprecia la fricción entre el carrito-rampa y cuerda-polea. Aplicando la segunda ley de Newton a cada una de las masas tenemos:

Figura 1

⃗⃗ = 𝑀𝑎⃗ 𝑇

(3)

⃗⃗ − 𝑚𝑔⃗ = 𝑚𝑎⃗ 𝑇

(4)

De las ecuaciones (3) y (4) podemos obtener la magnitud de la aceleración y la tensión

a

mg M m

 mM T   mM

 g 

LM-006 / 1 de 5

(5)

(6)

Laboratorio de Física Básica

Mecánica

C. MATERIALES Y ESQUEMA 01 carril 02 bases medianas 01 contador 01 portamasas de 10g 05 masas de 10g 02 barreras de luz infrarroja (sensor) 06 cables de conexión 01 carrito de baja fricción

01 polea 01 regla 60cm 01 cuerda de 80cm 02 varillas de 50cm 02 dados universales 02 mordazas de mesa 01 balanza digital

Figura 2

LM-006 / 2 de 5

Laboratorio de Física Básica

Mecánica

APELLIDOS Y NOMBRES: DIAZMIRANDA EDSON

CUI: 20140895

ESCUELA PROFESIONAL: BIOLOGIA

FECHA:

HORARIO:VIERNES 10:30 – 12M

FIRMA:

PROFESOR (A): CHURATA MAMANI NICO

NOTA:

SEGUNDA LEY DE NEWTON D. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Arme el equipo como se muestra en la figura 2. Verifique que el carril esté horizontal. 2. Use la balanza digital y mida la masa del carrito. M = (…534.0…..….. ± ...0.1............). …g…… 3. Coloque sobre el carril el carrito de masa M y unirlo con el portamasas m mediante una cuerda que pase por la polea, de tal manera que el portamasas quede suspendido verticalmente.. 4. Conecte los cables azul, rojo y negro en los conectores del sensor óptico y del contador digital. Verifique la conexión, luego enchufe el contador a la red eléctrica. 5. Los sensores ópticos deben estar ubicados en forma adecuada, el primer sensor en la posición (1) y el sensor (2), a una distancia d del primero. Los sensores ópticos deben estar ubicados de tal manera que cuando pase el carrito debe ser detectado por la luz infrarroja de estos. 6. Mida la distancia d. d = (…59.5…..….. ± ......0.1.........). …cm…… 7. Coloque una masa de 10g en el portamasas. 8. Ubique el carrito próximo al sensor (1). Verifique que el contador marque cero antes de iniciar la medida 9. Suelte el carrito y anote el valor registrado en el contador en la tabla 1. Repita este proceso 5 veces con la misma masa. 10. Agregue una masa de 10g al portamasas y repita el paso 9 y 10. Tabla 1: ………masa - tiempo………………………………………………… Lectura m (g) t1 t2 t3 t4 1 20 1.575 1.604 1.581 1.627 2 30 1.307 1.312 1.316 1.323 3 40 1.215 1.241 1.224 1.222 4 50 1.105 1.110 1.100 1.105 5 60 1.011 1.009 1.017 0.998 F.

t5 1.588 1.325 1.228 1.102 1.020

ANÁLISIS DE DATOS EXPERIMENTALES 1. Calcule el promedio tp para cada valor de la masa. 2. Usando la ecuación 6, halle la tensión en la cuerda (g = 9,78 m/s2). 3. Usando la ecuación xf =xi+vit+at2/2, el tiempo t de la tabla 2 y la distancia d; calcule la aceleración del sistema. Tabla 2: …………tensión - aceleracion……………………………………………. Lectura

m (kg)

tp

t2( s ) T ( N

1

0.02

1.595

2.544

0.189

0.468

2

0.03

1.317

1.733

0.278

0.688

3

0.04

1.226

1.503

0.364

0.792

4

0.05

1.104

1.220

0.447

0.979

5

0.06

1.011

1.022

0.528

1.166

6

LM-006/ 3 de 5

)

a ( m/s2

)

Laboratorio de Física Básica 4.

Mecánica

Grafique la aceleración (a) en función de la tensión (T).

y = 1.9908x + 0.0995 a= 1.9908 b= 0.0995

G. COMPARACIÓN Y EVALUACIÓN 1. ¿Qué representa la pendiente? Halle la masa del carrito a partir de la gráfica. Representa la masa del objeto. Indica que la fuerza aplicada a una partícula es directamente proporcional a la aceleración que produce. ………………………………………………………………………………………………… 2. Compare la masa del carro M con el valor de la masa obtenida de la gráfica. La masa del carro M = 534.0 g y la masa de la gráfica es 456.3 g. ………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………… H. CONCLUSIONES Se concluye que, si se aplica la misma fuerza a cuerpos con distinta masa, se consiguen aceleraciones diferentes. La fuerza es directamente proporcional a la aceleración que experimenta el cuerpo, y la constante

de

proporcionalidad

del

cuerpo

utilizado

corresponde

con

su

masa............................................................................................................................................................................. ...................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................... LM-006/ 4 de 5

Laboratorio de Física Básica

Mecánica

I. CUESTIONARIO FINAL 1. Si se considera la rotación y la masa de la polea en la experiencia ¿cómo afecta en la aceleración del carro? Reduciría

la

aceleración

del

carro,

por

la

fricción

que

podría

causar.

........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ ..................................................................................................................................................................................... 2. ¿Qué interpretación le daría al intercepto con el eje vertical de la gráfica obtenida en la experiencia? Representa la aceleración de la gravedad que actúa sobre del cuerpo. ........................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................ ..................................................................................................................................................................................... 3. La expresión 𝐹⃗ = 𝑚𝑎⃗ ¿qué nos indica respecto a la dirección y sentido de la fuerza y de la aceleración? ¿Tiene siempre la aceleración y la velocidad la misma dirección y sentido? La aceleración siempre apunta en el mismo sentido de la fuerza resultante La fuerza siempre apunta en la dirección del movimiento La aceleración siempre apunta en la dirección de la velocidad v Una fuerza que actúa sobre un cuerpo siempre produce una aceleración. La variación de velocidad tiene la misma dirección y sentido que la fuerza o la aceleración. En un movimiento rectilíneo acelerado, la velocidad tiene la misma dirección y sentido que la aceleración. ........................................................................................................................................................................................ ...................................................................................................................................................................................... 4. Determinar la aceleración del sistema de la figura 3, si M > m; no considere fricción ni la masa de la polea en el sistema. La aceleracion es: FM-Fm = (M+m) x aceleracion. Aceleración = (FM – Fm)/(M + m) ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. Figura 3 J. BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL Autor

Título

Edición

Año

Sears, Zemansky, Young, Freedman.

Fisica Universitaria

13va

2013

Unsa

Guía de laboratorio de física

-

2020

LM-006/ 5 de 5