2º LEY DE NEWTON

OBJETIVOS:

Comprobar e interpretar la segunda ley de newton

Comprobar las relaciones que existen entre fuerza, masa y aceleración.

Analizar el movimiento realizado por el cuerpo con el software Logger Pro.

MATERIALES:

Riel de metal (1m)

Carro dinámico

Interface vernier

Pc (con el Logger pro)

Foto-puerta (sensor)

Polea simple

Balanza

Porta masas

Juego de mesas (pequeñas)

Metro de cuerda

FUNDAMENTO TEÓRICO:

La segunda ley de newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta se aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constate de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera:

Tanto la fuerza como aceleración son vectoriales, es decir, tiene además de un valor, una dirección y un sentido.

La expresión de la segunda ley de newton que hemos dado es válida para cuerpos cuya masa es constante. Si la masa varia como por ejemplo una aviación que va quemando combustibleno es válida la relación Vamos a generalizar la segunda ley de newton para que incluya el caso de sistemas en los que pueda variar la masa.

Para ello primero vamos a definir una cantidad nueva. Esta cantidad física es la cantidad de movimiento que se representa por la letra P y que se define como el producto de la masa de un cuerpo por velocidad es decir:

La cantidad de movimiento también se conoce como momento lineal. Es una cantidad vectorial y, en el sistema internacional se mide en Kg m/s. En términos esta nueva cantidad física, la segunda ley de newton se expresa de la siguiente manera:

Donde, la fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a la variación temporal de la cantidad de movimiento de dicho cuerpo.

De esta forma incluimos también el caso de cuerpos cuya masa no sea constante.

Para el caso de que la masa sea constante:

Y recordando la definición de la aceleración, nos queda:

Y tal como habíamos visto anteriormente:

Si un sistema inercial en el que se tiene un cuerpo en movimiento se mide la fuerza resultante, sobre el cuerpo y simultáneamente la aceleración de este, se encontrará que ambos están relacionados por la siguiente expresión:

Donde m es la constante de proporcionalidad, denominada masa:

En este experimento de masa M es acelerado sobre el plano por medio de un hilo liviano en cuyo extremo se coloca una masa m (pesas y porta pesas).

En el sistema mostrado en la Figura N° 1 se tendrá:

DATOS EXPERIMENTALES

1° Caso:

Peso del móvil = 498 Kg

Peso de masas (10) = 71 Kg

Masasuspendida = 20 Kg

Masa (M)

498 Kg + 71 Kg = 596 Kg

Masa Total

M + Masa suspendida

569 Kg + 20 Kg = 589 Kg

Aceleración Experimental

AceleraciónTeórica

a_teor = (20 Kg .9,8 〖m/s〗^2)/(569 Kg+20 Kg)

a_teor = (196 〖m/s〗^2)/589

a_teor = 0.3327 〖m/s〗^2

Fuerza Aceleradora

F_acel = 20 Kg * 9, 8 〖m/s〗^2

F_acel = 196 N

2° Caso:

Peso del móvil = 498 Kg

Peso de masas (8) = 57.5 Kg

Masasuspendida = 33.5 Kg

Masa (M)

498 Kg + 57.5 Kg = 555.5 Kg

Masa Total

M + Masa suspendida

555.5 Kg + 33.5 Kg = 589 Kg

Aceleración Experimental

AceleraciónTeórica

a_teor = (33.5 Kg .9,8 〖m/s〗^2)/(555.5 Kg+33.5 Kg)

a_teor = (328.3 〖m/s〗^2)/589

a_teor = 0.5573〖m/s〗^2

Fuerza Aceleradora

F_acel = 33.5 Kg * 9, 8 〖m/s〗^2

F_acel = 328.3 N

3°

...