Laboratorio 4 - Pontificia Universidad Javeriana, Cali

Pontificia Universidad Javeriana-Cali
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ciencias Naturales y Matemáticas – Área de Física
Cinemática y Dinámica
PRÁCTICA No. 4
2a. LEY DE NEWTON
RELACIÓN ENTRE FUERZA Y ACELERACIÓN
1
INTRODUCCIÓN
En esta práctica se quiere comprobar experimentalmente una de las Leyes de Newton
mediante el estudio del sistema que se muestra en la Figura 1, el cual está mejor detallado
en la guía de laboratorio No. 2.
m1
m2
Figura 1
2
PROCEDIMIENTO
Mediante un análisis de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos m1 y m2 demuestre que,
“cuando no hay rozamiento”:
m2g = (m1 + m2) a
(1)
Si se hacen las sustituciones M = m1 + m2 y F = m2g, la expresión puede simplificarse en
la forma:
F = Ma
(2)
Esto es, si se considera el conjunto m1 + m2 como un solo cuerpo de masa M y la cantidad
m2g como la fuerza neta sobre M, la ecuación (2) adopta una forma semejante a la Segunda
Ley de Newton.
En esta práctica se va a verificar el cumplimiento de la ecuación (2). Para ello se analizará
la variación de la aceleración a del sistema cuando se cambia el valor de F (m2g) mientras
M se mantiene constante.
2.1 Monte el equipo como muestra la Figura 2, el cual está mejor detallado en la guía de
laboratorio No. 2. La cinta de papel se une al extremo posterior del deslizador y la
cuerda al otro extremo.
Ticómetro
Cinta
de
l
Pesas
Deslizador
1
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Figura 2
2.2 Pese el deslizador y la porta pesas, y anote el valor de sus masas. Coloque una masa de
unos 60g (con pesas de 10g y 20g) en la parte superior del deslizador. El efecto de las
fuerzas de rozamiento cinético que actúan en el experimento se supone despreciable.
A lo largo del experimento el valor de la masa m1 será igual a la masa del deslizador
mas las pesas colocadas sobre él. En cambio, el de m2 será el de las pesas colgadas del
extremo de la cuerda, incluyendo el porta pesas.
2.3 Coloque el porta pesas en el extremo de la cuerda y sobre el una masa de 15 g para que
la masa total colgada de la cuerda sea inicialmente de 20 g. Sostenga el deslizador
mientras pasa la cinta de papel por el ticómetro, encienda el ticómetro y el soplador del
carril de Fletcher, y suelte el deslizador. Mantenga el ticómetro y el soplador
encendidos mientras el deslizador está en movimiento. Detenga el ticómetro y el
soplador cuando la porta pesas golpee el piso o una barrera artificial. Calcule el peso
m2g (con g = 977  10 cm/s2) en dinas y regístrelo como F. Retire la cinta de papel y
reemplácela por otra cinta sin usar. Repita el procedimiento anterior quitando una de
las pesas que está encima del deslizador (por ejemplo 10 g) y colocándola en el porta
pesas; esto con el fin de aumentar m2, sin variar la masa total M.
2.4 Repita el procedimiento anterior hasta obtener al menos cinco cintas (variando cada
vez m2 10 g en 10 g) hasta que queden 20 g sobre deslizador. Identifique cada cinta con
el valor de m2 correspondiente.
2.5 A partir del registro de puntos de cada cinta determine la aceleración del deslizador (en
cm/s2) que corresponde a cada “corrida” (el ticómetro marca 40 puntos/segundo). Para
ello recuerde la forma en que calculó la aceleración del deslizador de laboratorio No. 2
Utilice también los formatos del laboratorio 2 para registrar las medidas de x, t y (x/t)
de cada cinta, y de ahí encontrar la aceleración correspondiente.
2.6 Haga una gráfica con los valores de F en función de a. ¿Se cumple la ecuación (2)?
3
PREPARACIÓN. Para esta práctica repase los conceptos relacionados con la Segunda
Ley de Newton y con el Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado.
2
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PROFESOR
FECHA
INTEGRANTES
DEL GRUPO
Apellidos
y
Nombres
Código
Masa del deslizador y su incertidumbre (en Masa de la porta pesas y su incertidumbre
gramos):
(en gramos):
Masa M (en gramos) y su incertidumbre por Masa M (en gramos) y su incertidumbre por
medio de la balanza:
medio de la gráfica F vs. a :
M(en gramos)
M (en gramos)
M(en gramos)
M (en gramos)
% de error de M:
F = m2g (en dinas)
F (en dinas)
a (cm/s2)
a (cm / s 2 )
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
3