SEGUNDA LEY DE NEWTON
angeliasariegoTarea30 de Noviembre de 2020
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SEGUNDA LEY DE NEWTON
Mairlen Floreza*, Yor Blell Guzmánb, Josue Machadoc, Oscar Osunad, David Safare
Universidad del Sinú, Facultad de Ciencias e Ingenieria- Monteria Colombia.
Fecha de entrega informe de laboratorio: 23/04/2016
RESUMEN
[pic 1]
Los movimientos que diariamente pueden ser observados o percibidos, obedecen a leyes descubiertas con el trascurrir de la historia, dichas leyes se consideran universales. Newton planteó que todos los movimientos se atienen a tres leyes fundamentales.
En el presente trabajo se estudia a nivel de laboratorio la segunda de esas leyes, la cual establece la relación entre la masa y aceleración de un cuerpo en movimiento. Contemplando un circuito experimental compuesto por un carrito dispuesto sobre una pista, atado por una cuerda a otro cuerpo de masa constante determinando la aceleración correspondiente.
Por otro lado, se halló la relación entre la fuerza y la aceleración, variando la masa aceleradora y manteniendo constante la masa del carrito hallando así la aceleración para cada una.
Palabras claves: fuerza, masa, aceleración.
[pic 2]
INTRODUCCIÓN
La primera ley de Newton explica lo que sucede a un objeto cuando sobre él no actúan fuerzas: permanece en reposo o se mueve en línea recta con rapidez constante. La segunda ley de Newton responde la pregunta de qué acontece a un objeto que tiene una o más fuerzas que actúan sobre él.
Imagine realizar un experimento en el que empuja un bloque de masa fija a través de una superficie horizontal sin fricción. Cuando ejerce alguna fuerza horizontal sobre el bloque, éste se mueve con cierta aceleración . Si aplica al doble una fuerza sobre el mismo bloque, la aceleración del bloque se duplica. Si aumenta la fuerza aplicada a 3, la aceleración se triplica, etcétera. A partir de tales observaciones, se concluye que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza que actúa sobre él: α . (1)[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7]
La magnitud de la aceleración de un objeto es inversamente proporcional a su masa:
[pic 8]
Estas observaciones experimentales se resumen en la segunda ley de Newton:
Cuando se ve desde un marco de referencia inercial, la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa:
[pic 9]
[pic 10]
La ecuación es válida sólo cuando la rapidez del objeto es mucho menor que la rapidez de la luz.
[pic 11]
Figura 1. Representación de la segunda ley de Newton
PROCEDIMIENTO
Realizar el montaje de acuerdo con la figura 2.
Coloque el carrito inicialmente sin masa y atado a la cuerda, de tal manera que la pesa no toque el suelo antes que el carrito termine su recorrido.
Para determinar la aceleración como una función de la masa, se aumenta progresivamente la masa del carrito con pesas de 20 g. Para cada masa se obtiene la aceleración promedio del sistema a partir de la gráfica X vs t2.[pic 12]
Figura 2. Montaje
Para determinar la aceleración como una función de la fuerza, la masa del carrito permanece constante y sucesivamente se colocan masas de 2 g en el porta pesas y nuevamente a partir de la gráfica X vs t2 para cada valor de fuerza se obtiene la aceleración promedio del sistema.
La masa aceleradora no debe pasar los 20 g.
Se registran los datos en la tabla 3.
RESULTADOS Y ANÁLISIS
mcarro (Kg) | t (seg) | a (m/s2) | ma (Kg) |
0,10 | 1,40 | 0,82 | 0,01 |
0,12 | 1,57 | 0,65 | 0,01 |
0,14 | 1,74 | 0,52 | 0,01 |
0,16 | 1,94 | 0,42 | 0,01 |
0,18 | 2,11 | 0,34 | 0,01 |
Tabla 1. Datos experimentales.
Se reduce la tabla 1 a sólo los valores de m y a:
mcarro (Kg) | a (m/s2) |
0,10 | 0,82 |
0,12 | 0,65 |
0,14 | 0,52 |
0,16 | 0,42 |
0,18 | 0,34 |
Tabla 2. Aceleración con respecto a la masa del carro.
A continuación se toman los valores modificando la masa aceleradora:
Masa (g) | Fuerza (N) | a (m/s2) | mcarro (g) |
8 | 0,078 | 0,37 | 150 |
10 | 0,098 | 0,47 | 150 |
12 | 0,118 | 0,62 | 150 |
14 | 0,137 | 0,72 | 150 |
Tabla 3. Fuerza vs aceleración.
Masa (g) | Tiempo | a (m/s2) | mcarro (g) |
8 | 2,08±0,02 | 0,37 | 150 |
10 | 1,84±0,04 | 0,47 | 150 |
12 | 1,61±0,05 | 0,62 | 150 |
14 | 1,49±0,03 | 0,72 | 150 |
Tabla 4. Valores de tiempo y aceleración respecto a la masa.
EVALUACIÒN
- Con los datos registrados en la tabla 2 realice la gráfica a vs m ¿Qué tipo de gráfica se obtiene? Explique detalladamente el comportamiento de esta gráfica.
[pic 13]Gráfica 1. Gráfica de a vs masa del carrito
La gráfica representa la relación entre la aceleración y la masa del carrito, se observa que su comportamiento obedece a un polinomio de grado dos (2), la gráfica puede considerarse como una hipérbole. Debe notarse que entre mayor sea la masa del carro menor será la aceleración del mismo a una fuerza constante (provocada por la masa aceleradora que cuelga de la cuerda, la cual no varía), por lo tanto la relación entre éstas es inversamente proporcional.
De acuerdo a la segunda ley de Newton la relación entre la aceleración y la masa se define por:
[pic 14]
Para la variación de la masa a una fuerza constante ha de esperarse que la gráfica a vs m tenga el comportamiento de una hipérbole.
- Halle el valor recíproco de m (es decir, 1/m) y anéxelo en una columna en la tabla 2. Realice la gráfica de a vs. 1/m ¿Qué curva resulta? Calcule la pendiente de esta curva ¿Qué unidades tiene? ¿Qué significado físico tiene? Compare el valor de la pendiente con el de la fuerza aceleradora ¿Qué observa?
m (Kg) | 1/m (1/Kg) | a (m/s2) |
0,10 | 10 | 0,82 |
0,12 | 8,33 | 0,65 |
0,14 | 7,14 | 0,52 |
0,16 | 6,25 | 0,42 |
0,18 | 5,56 | 0,34 |
Tabla 5. Datos aceleraciòn vs 1/m.
[pic 15]
Gráfica 2. Aceleración vs. 1/m.
Al graficar la aceleración con respecto al recíproco de la masa del carrito (1/m) se obtiene una línea recta. Excel arroja un modelo lineal que representa la relación entre estas variables. Se puede observar que la pendiente de este modelo tiene un valor aproximado de 0,11.
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