Segunda ley de newton

SEGUNDA LEY DE NEWTON: FUERZA vs MASA

B. Carrillo1, K. Cruz2, E. Herrera3, Z. Herrera4, E. Vargas5

Universidad del Atlántico

Departamento de Física

En la práctica de laboratorio “Segunda ley de Newton” se realizaron una serie de medidas para determinar la relación de fuerza/masa que tiene un cuerpo que se mueve en línea recta sobre un carril de aire que se mantiene con una fuerza constante y donde lo único que varía es la masa que se le coloca al montaje, y donde también se tuvo en cuenta el tiempo en segundos en el que el cuerpo pasa atreves de una barrera fotoeléctrica.

1. INTRODUCCION

El objetivo principal de esta práctica es demostrar prácticamente como la variación de la masa puede afectar el tiempo de reacción que tiene un cuerpo en movimiento sometido a cierto tipo de condiciones como lo son estar atado a un contrapeso que aumento progresivamente el tiempo en el que el carro ubicado sobre el carril llegada al otro lado del montaje.

2. DISCUSIÓN TEORICA

2.1. La Segunda Ley de Newton, también conocida como Ley Fundamental de la Dinámica, es la que determina una relación proporcional entre fuerza y variación de la cantidad de movimiento o momento lineal de un cuerpo. Dicho de otra forma, la fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo.

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[pic 2]

2.2. Fuerza: En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la Intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales.

2.3. Masa: En física, la masa es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. Es una propiedad extrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una magnitud escalar.

2.4. Aceleración: En física, la aceleración es una magnitud vectorial que nos indica el cambio de velocidad por unidad de tiempo. En la mecánica newtoniana, para un cuerpo con masa constante, la aceleración del cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa sobre él mismo (segunda ley de Newton):

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Donde F es la fuerza empleada y M es la masa del cuerpo.

2.5. Barrera Fotoeléctrica: Es un sistema de sensores que determinan el tiempo que se demora un cuerpo en atravesar un conjunto de puntos en un plano.

3. METODOS EXPERIMENTALES

 Al realizar la práctica se utilizaron los siguientes equipos:

• Una barrera fotoeléctrica
• Un carril de aire
• Un deslizador
• Una cinta métrica
• Un hilo

El experimento se dividió en dos partes: a.) fuerza constante con variación en la masa; y b.) variación en la fuerza con masa constante.

1. VARIANDO LA MASA DEL SISTEMA

En esta primera parte del experimento (ya con el montaje armado) lo que se hizo fue colocar sobre el carril de aire el deslizador con una pequeña pieza de metal, esto para que Las fotoceldas de la barrera perciban el paso del deslizador atreves de ellos; la barrera fotoeléctrica estaba dividida en tres punto: el primero donde se midió el tiempo instantáneo, el tiempo que se tarda en atravesar el punto 1 y 2, y el punto dos que mide el tiempo final del deslizador.

En esta parte del experimento se le fue agregando al deslizador pequeñas pesas que hacían variar su masa y por consiguiente la aceleración con la que se movía el  cuerpo. Se utilizaron seis masas: la masa del contrapeso (10g), 20 gr, 40 gr, 60 gr, 80 gr y 90 gr. Se realizaron dos mediciones con cada variación de masa.

1. VARIANDO LA FUERZA EXTERNA CON MSistema CONSTANTE

En esta segunda parte del experimento lo que se hizo fue tomar las pesas colocadas en el contrapeso y empezar a colocarlas gradualmente sobre el deslizador para poder variar la fuerza con la que este se estaba desplazando. Es el proceso inverso al procedimiento inverso, teniendo en cuenta que en esta parte también se tuvo en cuenta el tiempo en cada uno de los puntos de la barrera y como afecta el cambio de estas magnitudes en la variación de la aceleración.

[pic 4]

4. ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

1. Variando la masa del sistema

1. ¿Al variar la masa, que sucede con el movimiento?

Al empezar a variar la masa, el movimiento del carrito se hace más lento como resultado de la fricción que el deslizador crea cada vez que se le agregan más pesas.

1. ¿se puede medir la aceleración del carrito con esta información?

Si se puede medir la aceleración del carrito. Teniendo también en cuenta la información dada en los primeros enunciados de la práctica se sabe que Ex = 50 cm, que parte del reposo, es decir que la velocidad inicial es 0 y que se tienen los tiempos; con la distancia y el tiempo se procede a hallar la velocidad y con la velocidad se procede a despejar la aceleración de la formula dada en la práctica; además de que hay que  convertir las unidades para al final obtener las de la aceleración que son m/s2.  Se infiere de la práctica que la formula a utilizar para calcular a aceleración es:

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