Resumen: Laboratorio física

Segunda Ley de Newton

Resumen:

        En este laboratorio haremos uso de la segunda ley de Newton para  determinar la aceleración de una masa sujeta a otra por una cuerda y una polea. En otras palabras, mediremos la aceleración en diversos casos, 4 exactamente, y variando las masas sin necesidad de tiempo, sino por medio de la longitud, implementaremos un método similar al de la experiencia de movimiento en una dimensión.

Finalmente, se establece un cuadro comparativo entre las aceleraciones obtenidas en la práctica y las teóricas obtenidas por medio de la segunda ley de Newton.  

Introducción:

Varias veces escuchamos la famosa ecuación Fuerza es igual a Masa por Aceleración, pero nunca nos preguntamos cómo se podría aplicar. Pues bien, en esta práctica la famosa ecuación (Segunda ley de Newton) va ser utilizada de manera que los resultados finales, teóricos y experimentales, puedan ser comparados.

Para comenzar, los resultados teóricos serán calculados al reemplazar los datos en la ecuación que van a ver en el inciso Ecuaciones 1). Mientras que los resultados experimentales, se obtendrán al analizar el movimiento producido por el peso de una masa (desplazamiento vertical) y que, por medio de una polea, cambia de dirección para generar un movimiento horizontal. Así se tiene que este movimiento horizontal tendrá la misma aceleración de la otra masa al estar sujetas por una cuerda; es decir que las dos masas hacen parte de un mismo sistema los cuales comparten una misma aceleración.

Marco Teórico:

La 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:

[pic 1]

Así, al usar el concepto de Tensión denominado como esa fuerza  que puede existir debido a la interacción en un resorte, cuerda o cable cuando está atado a un cuerpo y se jala o tensa.  Esta fuerza ocurre hacia fuera del objeto y es paralela al resorte, cuerda o cable en el punto de la unión. Por lo tanto, la fuerza de tensión en las dos masas es igual, lo cual nos permite igualar en la sumatoria de fuerzas de las dos masas y poder despejar la aceleración como se muestra a continuación en Ecuaciones 1).

Ecuaciones:

1. Aceleración teórica, sin fricción.

[pic 2]

1. Diferencia Porcentual

[pic 3]

1. Periodo(s):

[pic 4]

1.  Promedio Tiempo:

[pic 5]

1.  Velocidad:[pic 6]
2.  Aceleración: [pic 7]

Metodología:

5.1 Implementos:

-Cinta de Papel

-Motor

-Carrito

-Masas

-Polea

-Cuerda

5.2 Montaje Experimental:

Primero se toma el carrito y, a un extremo, se fija la cinta de papel, mientras que al otro se fija la cuerda que lleva atadas las masas. El extremo libre de la cinta de papel se pasa por la abertura del motor y este se sitúa en la superficie sin fricción de manera que la parte del carrito que tiene la cuerda fija, esté de frente a la polea del final de la superficie.

La cuerda se pasa por la polea y se cuelgan las masas a usar.

5.3 Procedimientos:

5.3.1 Se mide el peso del carro. Se le agregaron unas cuantas masas para mayor facilidad en el desarrollo del experimento. El peso (m1) es:

m1 = 538,1 g

5.3.2 Se seleccionaron 4 masas de diferente peso (menores que m1) para ponerlas en el extremo de la cuerda colgante para que, al dejarla caer, en la cinta de papel se marcaran los puntos de la posición. Las masas (m2) escogidas fueron:

1. 111,2 g
2. 142,7 g
3. 173,2 g
4. 212,9 g

5.3.3 Con los valores de m1 y m2 se calculó la aceleración teórica para cada valor de m2 y se registró en una tabla. El valor de m1 se tomó constante para todo el experimento.

5.3.4 Luego, se trabajó la aceleración experimental haciendo uso del sistema con el motor, el carrito, las masas y la cinta de papel, preparado anteriormente. Para esto, una vez acomodada la masa al final de la cuerda, se encendió el motor que empezó a hacer marcaciones en el papel y se dejó caer el peso de dicha masa. Esto causó que el carrito fuera desplazado mediante la cuerda a través de la polea, haciendo que la cinta de papel haya revelado las demarcaciones necesarias de la posición del carrito en el tiempo previamente ajustado. Se repitió este proceso para cada una de las 4 masas escogidas anteriormente.

5.3.5 Se realizó la medición de los puntos hechos por el motor en la cinta de papel para obtener la distancia en el tiempo para cada valor de m2. El motor fue ajustado en 10 Hz así como también se tomaron 6 puntos de distancia en la cinta. Se calculó la velocidad y aceleración media.

5.3.6 Teniendo los datos experimentales, y tomando en cuenta solo los de aceleración (promedio), se calculó la diferencia porcentual entre estos datos y los teóricos hallados anteriormente, así mismo, se graficaron ambos datos y se realizó el debido análisis.

Resultados:

6.1 Al calcular las aceleraciones teóricas mediante la ecuación 1 tenemos:

Tabla 1) Aceleraciones Teóricas

6.2 Mediante las ecuaciones 3, 4, 5 y 6 se calcularon las velocidades y aceleraciones para las masas m2 con respecto al tiempo, dando como resultado:

6.2.1Distancia, Velocidad y Aceleración para m2 = 111,2 g

Tabla 2) Distancia para m2 = 111,2 g

Tabla 3) Velocidad para m2 = 111,2 g

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