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DINÁMICA (SEGUNDA LEY DE NEWTON)

OBJETIVO.

OBJETIVO GENERAL.

Verificar la segunda ley de Newton de forma experimental.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

Verificar que la aceleración es directamente proporcional a la fuerza aplicada, e inversamente proporcional a la masa en movimiento.

FUNDAMENTO TEÓRICO.

Hasta ahora se ha estudiado, a partir de las descripciones de la cinemática, como se mueven los cuerpos para pasar a continuación a la dinámica que nos explica el porque se mueven los cuerpos.

La dinámica es una rama de la mecánica en la que el concepto de fuerza se utiliza para explicar el movimiento acelerado de los cuerpos.

FUERZA.

En general, fuerza es toda causa capaz de originar el movimiento de un cuerpo, cambiar la dirección del movimiento de un cuerpo. A veces es conveniente referirse a las fuerzas haciendo distinción entre fuerzas de contacto y fuerzas de acción a distancia.

Las fuerzas de contacto surgen cuando el cuerpo está en contacto físico con otro. Podemos mencionar como ejemplos, las fuerzas que ejercen las cuerdas o los resortes, las fuerzas que intervienen en las colisiones, la fuerza de fricción entre dos superficies y la fuerza que ejerce un fluido en su recipiente.

Las fuerzas de contacto son el resultado de la interacción electromagnética de los átomos que se hallan en la superficie de los dos cuerpos. Una acción a distancia se manifiesta cuando dos cuerpos, como Tierra y Sol, interactúan si ningún medio material entre ellos.

La magnitud de una fuerza se mide con el instrumento llamado dinamómetro.

La unidad de medida de fuerza en el Sistema Internacional (S.I.) son los Newtons (N).

La unidad de medida de fuerza en el Sistema Sexagesimal (C.G.S.) son las Dinas (D).

La unidad de medida de fuerza en el Sistema Inglés son las libras – fuerza (lb).

La unidad de medida de fuerza en el Sistema Técnico de ingeniería son los kilogramos– fuerza (Kgf).

MASA.

Newton definió el concepto de masa en primera instancia como la “cantidad de materia que tiene un cuerpo”. Luego complementó la definición indicando que “la masa de un cuerpo es una medida de su inercia”, es decir, de su resistencia a cambiar su velocidad.

La masa de un cuerpo es una cantidad escalar que nos dice cuán difícil es cambiar la magnitud o la dirección de su velocidad. La masa es una propiedad intrínseca de un cuerpo que no depende de su ubicación.

La masa se mide en un instrumento denominado balanza. La unidad de medida de masa en el Sistema Internacional (S.I.) son los kilogramos (Kg) La unidad de medida de masa en el Sistema Sexagesimal (C.G.S.) son los gramos (g). La unidad de medida de masa en el Sistema Inglés son las libras – masa (lb). La unidad de medida de masa en el Sistema Técnico de ingeniería son los kilogramos-masa (Kg).

SEGUNDA LEY DE NEWTON.

Las leyes de Newton no son producto de deducciones matemáticas, sino una síntesis obtenida por los físicos que han descubierto al realizar un sinnúmero de experimentos con cuerpos en movimiento. Dichas leyes son verdaderamente fundamentales porque no pueden deducirse ni demostrarse a partir de otros principios. La gran importancia de las leyes de Newton radica en que permiten entender la mayor parte de los movimientos comunes; son la base de la mecánica clásica o newtoniana.

Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza neta o fuerza resultante, se originará sobre él una aceleración.

Para determinar como la aceleración depende de la fuerza y de la masa del cuerpo, estas cantidades deben variar una por una.

Si la masa está fija y se hace variar la fuerza, se observa que la aceleración producida es directamente proporcional a la fuerza aplicada.

Cuando la fuerza se mantiene constante y se hace variar la masa se observa que la aceleración producida es inversamente proporcional a la masa.

En conclusión:

F = m a (1)

En unidades del SI, una fuerza de 1 N aplicada a una masa de 1 Kg produce una aceleración de 1 m/s2, de modo que:

. (2)

Cuando varias fuerzas actúan sobre una partícula, debemos efectuar la suma vectorial y determinar la fuerza neta o fuerza resultante:

(3)

La fuerza neta o resultante que actúa sobre una partícula de masa m produce una aceleración en dirección de la fuerza neta.

PROCEDIMIENTO.

PARTE A.- MASA COLGANTE VARIABLE.

En una placa metálica graduada con precisión al milímetro de aproximadamente 2 m de largo y 10 cm de ancho se coloco 2 sensores de movimiento, un sensor inicial y otro secundario.

Al principio de la tabla metálica se colocó una polea por la que pasaba una cuerda, a dicha cuerda se amarró el móvil magnético y en su otro extremo se colgó un peso, este peso va aumentando en el experimento.

El experimento que se realizó se dividió en dos partes en la primera se colocaron los sensores a una distancia de 40 centímetros, el móvil magnético era jalado por el peso y el tiempo en que recorría la distancia entre los sensores se iba registrando por los sensores.

Se calcularon cinco diferentes tiempos para nueve diferentes pesos y se sacaron promedios, con estos datos se pudieron sacar las aceleraciones correspondientes.

PARTE B.- MASA DEL MÓVIL VARIABLE.

En la segunda parte se realizó casi el mismo procedimiento exceptuando el incremento de peso en el móvil magnético y el peso que colgaba de la cuerda se mantuvo constante.

Para esta segunda parte también se calcularon cinco tiempos para seis diferentes pesos del auto magnético.

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