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2a. Ley de Newton – Relación entre fuerza y aceleración




Enviado por Carolina Ospina



    1. Resumen
    2. Objetivos
    3. Marco
      teórico
    4. Análisis y
      discusión de los resultados
    5. Preguntas
    6. Conclusiones
    7. Referencias
      bibliográficas

    RESUMEN

    Como sabemos la segunda ley de Newton es una
    de las leyes
    básicas de la mecánica (Rama de la física que estudia
    los fenómenos relacionados con el movimiento de los
    cuerpos
    ); se utiliza en el análisis de los movimientos próximos
    a la superficie de la tierra y
    también en el estudio de los cuerpos celestes.

    Mediante este trabajo
    presentamos los resultados de un experimento básico para
    comprobar la segunda ley de Newton (Análisis de
    fuerzas).

    Abstract

    We know that Newton’s second law is one of the
    basic laws in mechanics, because with this we studying the
    movement in the surface of the earth and the study from the
    celestial body’s, too.

    By means of this work we present the results of a basic
    experiments to comprise Newton’s second law which consist
    in the forces analysis.

    INTRODUCCIÓN

    Cuando estudiamos l primera ley de Newton vemos que la
    resultante de la fuerza que actúan es nula este cuerpo se
    encuentra en reposo un movimiento
    rectilíneo uniforme.

    En cualquiera de estos casos la aceleración del
    cuerpo es nula. De modo que si:

    Consideremos un objeto colocado sobre una superficie
    horizontal lisa (sin fricción), y que es arrastrado por
    una fuerza; como las demás fuerzas que actúan en el
    (Peso y normal) se equilibran, podemos considerar la fuerza
    como la
    única fuerza que actúa en el cuerpo. Como la
    distancia entre dos posiciones sucesivas esta aumentando,
    obviamente la velocidad de
    un cuerpo también aumenta, ósea, que el movimiento
    del cuerpo es acelerado.

    Concluimos entonces que un cuerpo, por la acción
    de una fuerza única adquiere una aceleración,
    ósea, si ¹ 0 tenemos que ¹ 0.

    OBJETIVOS

    • Desarrollar los conceptos de fuerza, masa y
      aceleración.
    • Verificar el cumplimiento de que la fuerza es
      igual a la masa por la aceleración.
    • Estudiar los conceptos básicos de la dinámica.
    • Analizar las diferentes graficas que
      nos ayuden a entender el movimiento

    MARCO TEÓRICO

    La dinámica es parte de la mecánica y se encarga de estudiar las
    fuerzas que intervienen en un movimiento y las leyes que lo rigen
    a diferencia de la cinemática.

    Segunda Ley de Newton

    La aceleración que un cuerpo adquiere es
    directamente proporcional a la resultante de las fuerzas que
    actúan en él, y tiene la misma dirección y el mismo sentido que dicha
    resultante.

    R = m a , o bien, å F = m a.

    Consideremos un cuerpo sometido a la acción de
    varias fuerzas (F1, F2, F3,
    etc.). Sabemos que al suceder esto, es posible sustituir el
    sistema de
    fuerzas por una fuerza única, la resultante R del
    sistema.

    La aceleración que el cuerpo vaya a adquirir por
    la acción del sistema de fuerza, se obtendrá como
    si el cuerpo estuviese sometido a la acción de una fuerza
    única, igual a R. La ecuación F = ma
    será en este caso, sustituida por R = ma, y el
    vector a tendrá la misma dirección y el
    mismo sentido que el vector R. La ecuación R =
    ma
    es la expresión matemática
    de la Segunda Ley de Newton en su forma más
    general.

    La Segunda Ley de Newton es una de las leyes
    básicas de la mecánica, se utiliza en el
    análisis de los movimientos próximos a la
    superficie de la tierra y
    también en el estudio de los cuerpos celestes.

    El mismo Newton la aplicó al estudiar los
    movimientos de los planetas, y el
    gran éxito
    logrado constituyó una de las primeras confirmaciones de
    esta ley.

    La masa de un cuerpo es el cociente entre la fuerza que
    actúa en el mismo, y la aceleración que produce en
    él, o sea:

    m = F / a .

    Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo, tanto mayor
    será su inercia; es decir, la masa de un cuerpo es una
    medida de la inercia del mismo.

    LISTA DE MATERIALES
    EMPLEADOS

    • Carro de balineras.
    • Riel o carril para el carro.
    • Timbre con frecuencia de 40 Hz.
    • 6 cintas de papel.
    • Regla
    • 2 Pesas 200g y una de 100g.
    • Cuerda.
    • Polea
    • Porta pesas
    • Papel carbón

    PROCEDIMIENTO:

    7.1 Se pesa el carro que tiene 552.4 ± 0.1 g y tenemos un peso
    convencionalmente verdadero que es 560 g

    7.2 Se monta el sistema mecánico, la cinta
    de papel se une al extremo superior del carro y la cuerda al otro
    extremo. Se debe colocar un porta pesas que pesa 51.8 g al final
    de la cuerda para eliminar la fuerza rozamiento del carro con el
    riel.

    7.3 Se coloca un porta pesas en el extremo suelto
    de la cuerda inicialmente sin ningún bloque y en la parte
    superior del carro se ubican todos los bloques (500g).

    7.4 Se suelta el carro y al mismo instante se
    enciende el timbre el cual apagamos justo antes de que el porta
    pesas choque contra el suelo.

    7.5 Se corta la cinta que se encuentra en el
    timbre y se suelta la que se encuentra sujeta a la parte
    posterior del carro, se verifica que halla registrado los puntos,
    y se marca
    según el peso registrado en el peso utilizado en la porta
    pesas

    7.6 Este procedimiento se
    repite quitando una de las pesas del carro y ubicándola en
    la porta pesas, esto se realiza sucesivamente de 100g en 100g
    hasta trasladar todas las pesas que inicialmente se encontraban
    en el carro hasta el porta pesas.

    8. DATOS
    OBTENIDOS

    Tabla No. 1 – (Cinta 1) Registro del
    recorrido del Carro

    Tics [3/40 s]

    x(t)

    [cm]

    x/ t vs. t

    0

    0

    0

    3

    0.2

    0.07

    6

    0.5

    0.08

    9

    0.9

    0.10

    12

    1.3

    0.11

    15

    1.8

    0.12

    18

    2.4

    0.13

    21

    3.1

    0.15

    24

    3.8

    0.16

    27

    4.6

    0.17

    30

    5.5

    0.18

    33

    6.4

    0.19

    36

    7.5

    0.21

    39

    8.7

    0.22

    42

    9.9

    0.24

    45

    11.2

    0.25

    48

    12.6

    0.26

    51

    14

    0.27

    54

    15.6

    0.29

    57

    17.1

    0.30

    60

    18.8

    0.31

    63

    20.6

    0.33

    66

    22.5

    0.34

    69

    24.6

    0.36

    72

    26.6

    0.37

    75

    28.7

    0.38

    78

    31.1

    0.40

    81

    34.6

    0.43

    Tabla No. 2 (Cinta 2)– Registro
    del recorrido del Carro

    Tics [3/40 s]

    x(t)

    x/ t vs t

    0

    0

    0,0

    3

    0,6

    0,20

    6

    1,3

    0,22

    9

    2,2

    0,24

    12

    3,3

    0,28

    15

    4,7

    0,31

    18

    6,5

    0,36

    21

    8,6

    0,41

    24

    11

    0,46

    27

    13,9

    0,51

    30

    17,4

    0,58

    33

    20

    0,61

    36

    24,3

    0,68

    39

    29

    0,74

    42

    34,6

    0,82

    45

    40,6

    0,90

    48

    46,9

    0,98

    51

    54

    1,06

    54

    61,4

    1,14

    57

    69,5

    1,22

    60

    77,8

    1,30

    Tabla No. 3 – Registro del
    recorrido del Carro

    Tics [3/40 s]

    x(t)

    [cm]

    x/ t vs t

    0

    0

    0

    9

    12

    15

    18

    21

    24

    27

    30

    33

    Tabla No. 4 – Registro del
    recorrido del Carro

    Tics [3/40 s]

    x(t)

    [cm]

    x/ t vs t

    0

    0

    0

    9

    1.3

    0.144

    12

    3.8

    0.317

    15

    7.4

    0.493

    18

    13.5

    0.750

    21

    21.3

    1.014

    24

    30.4

    1.267

    27

    41

    1.519

    30

    53

    1.767

    33

    66.5

    2.015

     

    Tabla No. 5 – Registro del
    recorrido del Carro

    Tics [3/40 s]

    x(t)

    [cm]

    x/ t vs t

    0

    0

    0

    3

    3.2

    0.032

    6

    8.5

    0.085

    9

    15

    0.15

    12

    24.8

    0.248

    15

    34.8

    0.348

    18

    47.4

    0.474

    21

    61.9

    0.619

    24

    78

    0.78

    27

    93

    0.93

    Tabla No. 6 – Registro del
    recorrido del Carro

    Tics [3/40 s]

    x(t)

    [cm]

    x/ t vs t

    0

    0

    0

    3

    0.012

    0.004

    6

    0.044

    0.007

    9

    0.102

    0.011

    12

    0.184

    0.015

    15

    0.29

    0.019

    18

    0.418

    0.023

    21

    0.571

    0.027

    24

    0.742

    0.031

    ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS
    RESULTADOS

    Hallaremos a continuación la fuerza que se ejerce
    sobre los objetos.

    De esto se deduce que:

    De esto se deduce :

    Al realizar la experiencia por primera vez pusimos una
    masa de 51.8 g en el extremo de la cuerda y como ya sabemos que F
    = w entonces tenemos que :

    de
    donde :

    entonces :

    Esto se repite con todas las cintas y el proceso se
    muestra a
    continuación:

    cinta 2

    de donde :

    luego

    cinta 3 :

    de donde :


    luego

    cinta 4 :

    de donde :


    luego

    cinta 5 :

    de donde

    luego

    cinta 6 :

    de donde :

    luego

     

    PREGUNTAS

    -Hacer el diagrama de
    fuerzas sobre el bloque y sobre el carro.

    -¿Qué le sucede al tipo de movimiento
    cuando la pesa toca el piso?

    R/ El movimiento pasa de ser uniformemente acelerado a
    ser uniforme, debido a que la aceleración de la gravedad
    ya no es ejercida sobre el objeto, después de haber
    tocado el piso lleva una velocidad constante.

    Entonces hallamos el tiempo:

    CONCLUSIONES

    • Teóricamente el objeto debe seguir una
      trayectoria vertical dada por la ecuación.
    • Dada las variables
      recogidas en la práctica pudimos establecer los tiempos
      de lanzamiento y la altura en la cual fue lanzado.

    REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

    • Física general con experimentos
      sencillos. Beatriz Alvarenga, Antonio Máximo. Editorial
      Harla, México. 1979, 1980, 1981.
    • Elementos de Física. Edel Vives. Editorial
      Luis Vives, Madrid.
      1934.
    • Física Fundamental 1. Michael Valero.
      Editorial Norma, Colombia.
      1996.
    • Física Grado 10º. Eduardo Zalamea,
      Roberto Paris, Jairo Arbey Rodríguez. Editorial Educar
      editores, Bogota. 1985.
    • Física I. Cinemática, Dinámica y
      Energía. José Vicente Casas, Josué
      Muñoz Quevedo, Jorge Quiroga Chaparro. Editorial Norma,
      Colombia. 1974.

    Física Vol. I. La naturaleza
    de las cosas. Susan M. Lea, John Robert Burke. Editorial
    international Thomson, Mexico.1999.

     

    Javier Tenorio

    Nathalia Guevara

    María Carolina Ortiz

    Carolina Ospina

    PONTIFICIA UNIVERSIDAD
    JAVERIANA

    Facultad de Ingeniería.

    Santiago de Cali

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