Universidad Técnica de Manabí Ingeniería Civil Dinámica. Artículo Científico – Segunda ley del movimiento de Newton: Relación entre Aceleración, fuerza y Masa de un Cuerpo. Autores Macas Chanaluisa Diego Ronaldo – [email protected] Mendoza Bravo Alexis Jair – [email protected] Monge Villafuerte Jean Pierre - [email protected] Montalván Arteaga Jesús Antonio – [email protected] Moreira Macias Daymon Miguel – [email protected] Fecha: 31 de Julio del 2020. Profesor: Julio César Palma Bravo. Ecuador, Manabí-Portoviejo Artículo subido a Researchgate:https://www.researchgate.net/publication/343304561_Articulo_Cientifico_Segunda_ley_del_movimiento_de_Newton_Relacion_entre_Aceleracion_fuerza_y_Masa_de Resumen El presente artículo se basa en dos experimentos referentes a la segunda ley de newton. En el primer caso se analizara la aceleración del cuerpo en función de la fuerza, en la que se le proporcionara a dicho cuerpo una masa que se mantendrá fija en el deslizador, donde en el porta pesas se irá aumentando el peso progresivamente, en el segundo caso se analizara a igual que en el primero la aceleración pero en este caso vendrá dada en función de la masa, en el que a diferencia del primer caso la masa del porta peso se mantendrá fija. En ambos procesos se tomarán datos como el tiempo y la distancia recorrida, para luego proceder a hallar la aceleración y la fuerza mediante la aplicación de las respectivas formulas. Para así poder llegar a determinar la relación funcional que existe entre aceleración, fuerza y masa de un cuerpo. Palabras claves: Aceleración, masa, fuerza, función, deslizador, porta pesos. Summary This article is based on two experiments concerning Newton's second law. In the first case, the acceleration of the body as a function of force will be analyzed, in which a mass will be provided to said body that will remain fixed in the slider, where the weight will gradually increase in the weight carrier, in the second In the same case, the acceleration will be analyzed as in the first, but in this case it will be given as a function of the mass, in which, unlike the first case, the weight of the weight carrier will remain fixed. In both processes, data such as time and distance traveled will be taken, and then acceleration and force will be found by applying the respective formulas. Keywords: Acceleration, mass, force, function, slider, weight carrier. Introducción En esta práctica, el fin es explicar, analizar y entender experimentalmente, la segunda ley de Newton, donde se determinará la relación funcional que existe entre aceleración, fuerza y masa de un cuerpo. Como también analizar los datos a partir de las gráficas de posición y tiempo, para hallar las velocidades y posteriormente encontrar las aceleraciones para relacionarlas con la masa y la fuerza. Cabe mencionar que mediante la ejecución de este experimento se logrará demostrar la segunda ley de Newton para así comprender el fenómeno dinámico que se presenta. Para cumplir con nuestros objetivos primero debemos conocer tres breves conceptos a tener en cuenta para la experimentación: Fuerza La fuerza es una magnitud física que se manifiesta de manera lineal y representa la intensidad de intercambio entre dos partículas o cuerpos. A partir de la fuerza, se puede modificar el movimiento o la forma de los cuerpos. “la fuerza que incide sobre un cuerpo es responsable de los cambios en su estado de movimiento, tales como su trayectoria rectilínea y su desplazamiento uniforme, y de imprimirle una aceleración” Ipler. P (1999). Masa. La masa es una propiedad física de las partículas o los objetos que mide su inercia, es decir, su resistencia a modificar su estado de movimiento cuando se le aplica una fuerza. Es una propiedad fundamental de las partículas. En palabras de D. M. McMaster (1964) “la masa es la expresión de la cantidad de materia de un cuerpo, revelada por su peso, o por la cantidad de fuerza necesaria para producir en un cuerpo cierta cantidad de movimiento en un tiempo dado” Aceleración. La aceleración es la razón entre el cambio de velocidad respecto al tiempo, es decir, la aceleración se refiere a cuan rápido es un objeto en movimiento cambia su velocidad y aceleración del cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa en el mismo. “se relaciona la aceleración de un objeto con la fuerza total ejercida sobre el objeto. se establece formalmente que la fuerza es proporcional a la aceleración, esta proporcionalidad indica que la aceleración es causada por una fuerza. Más aún, fuerza y aceleración son vectores, y los vectores actúan en la misma dirección.” John W. (2004). Ahora bien, las leyes de Newton también conocidas como Leyes del Movimiento de Newton, son tres principios a partir de los cuales se explican mayor parte de los problemas planteados de la dinámica en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. Fundamentos teóricos de las leyes El primer concepto que maneja Newton es el de masa, que se identifica con "cantidad de materia". Newton asume a continuación que la cantidad de movimiento es el resultado del producto de la masa por la velocidad. En tercer lugar, precisa la importancia de distinguir entre lo absoluto y relativo siempre que se hable de tiempo, espacio, lugar o movimiento. En este sentido, Newton, que entiende el movimiento como una traslación de un cuerpo de un lugar a otro, para llegar al movimiento absoluto y verdadero de un cuerpo compone el movimiento (relativo) de ese cuerpo en el lugar (relativo) en que se lo considera, con el movimiento (relativo) del lugar mismo en otro lugar en el que esté situado, y así sucesivamente, paso a paso, hasta llegar a un lugar inmóvil, es decir, al sistema de referencias de los movimientos absolutos. De acuerdo con esto, Newton establece que los movimientos aparentes son las diferencias de los movimientos verdaderos y que las fuerzas son causas y efectos de estos. Consecuentemente, la fuerza en Newton tiene un carácter absoluto, no relativo. Estas leyes enunciadas por Newton y consideradas como las más importantes de la mecánica clásica son tres: la ley de inercia, relación entre fuerza y aceleración, y lev de acción y reacción, Newton planteo que todos los movimientos se atienen a estas tres leyes principales formuladas en termines matemáticos. Segunda ley de Newton o ley de aceleración o ley de fuerza. El enunciado de la segunda ley dice: “El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa, y se hace en la dirección de la línea recta en la que se imprime esa fuerza”. Sebastiá (2013). Es decir que cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. Dicha aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve. De esta forma podemos relacionar la fuerza y la masa de un objeto con el siguiente enunciado: ∑ 𝑭 = 𝒎. 𝒂 . Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos. Material y Métodos MATERIALES Riel de aire Soplador Deslizador para riel de aire Diafragma L= 100mm Sistema de arranque Imán de retención con enchufe Tope ajustable Horquilla con enchufe Barrera óptica compacta Contador 4-4 Trípode CANTIDAD 1 1 1 1 1 1 1 1 5 1 2 Se instaló el montaje del experimento como se aprecia en la siguiente figura: Se colocó el diagrama en el lugar de salida y se estableció con el sistema magnético, el peso debe ser colocado contiguo a la polea de la barra óptica. Se posicionó el retenedor de tal manera que el diagrama se detenga justo antes de que la porta pesas llegue al suelo. (Universidad Industrial de Santander, 2017) Métodos: Para poder analizar la aceleración como una función de la fuerza, la masa del deslizador permanecerá de manera constante (200 gramos) (A, E, W, N, & J, 2015) Se colocan masas de 4, 8, 12,13 y16 gramos en la porta pesas Posteriormente reconocer el tiempo que se tarda el deslizador en recorrer una distancia x. Con MRUA se determinó parca cada masa aceleradora el valor de la aceleración a partir de la ecuación 𝑥 = 1 2 𝑎𝑡 2 . Resultados A partir del método utilizado podemos ver que la segunda ley de Newton estuvo bien aplicada sobre el deslizador, la aceleración depende de la masa y esta y la fuerza neta son directamente proporcionales como se puede observar en la gráfica de a = f (Fneta) debido a esto la masa del deslizador se mantuvo igual , hay que tener en cuenta que los valores de las gráficas no son perfectos debido a que pudieron ocurrir errores de cálculos en el momento de medir la aceleración del carrito, lo que tuvo como consecuencia resultados con márgenes de error. Los resultados se exhiben de la siguiente manera: Masa (g) 56,5 76,3 86,2 Aceleración (cm/s2) 45 (+10) 63 (+5) 74 (+6) Esta relación se ve reflejada en el siguiente gráfico: Serie 1 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 45 63 74 Discusión La Segunda Ley de Newton nos proporciona una relación entre las causas, las fuerzas y los efectos, la aceleración, a su misma vez no dice nada acerca de los factores influyen en dichas causas. En el experimento claramente se logra demostrar lo que la segunda Ley de Newton afirma sobre la relación entre aceleración y la masa de un Cuerpo, mientras que la aceleración aumenta la masa es constante para todos los puntos de la recta. A lo cual se puede inferir que la masa y aceleración son directamente proporcionales, e inversas al tiempo. Bibliografía M. Sebastiá, José Sebastiá (2013). «Las Leyes de Newton de la mecánica». En Universidad Simón Bolívar, ed. Didáctica de las ciencias experimentales y sociales. Mac Masters, D. M. (1964). Gran Enciclopedia del Mundo. Bilbao: Durvan, S. A. de Ediciones. B1.-1.021-1964. Ipler, p. (1999) física para la ciencia y la tecnología (editorial Reverté, s.a., Barcelona) vol. 1 Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers (6th ed. edición). Brooks/Cole
