Informe de laboratorio

PRACTICA NO. 5: SEGUNDA LEY DE NEWTON
MARIA MARGARITA TRUJILLO RODRIGUEZ 398241
MAYRA ALEJANDRA ANDRADE PEREZ 397007
LAURA XIMENA CAMACHO PERDOMO 395141
IBETH CAROLINA OLAYA 398548
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
PROGRAMA DE INGENIERIA INDUSTRIAL
NEIVA
2015
PRACTICA NO. 5: SEGUNDA LEY DE NEWTON
MARIA MARGARITA TRUJILLO RODRIGUEZ
MAYRA ALEJANDRA ANDRADE PEREZ
LAURA XIMENA CAMACHO PERDOMO
IBETH CAROLINA OLAYA
Informe de laboratorio presentado en el curso de física Mecánica.
Profesor: JAIME MALQUI CABRERA MEDINA
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
PROGRAMA DE INGENIERIA INDUSTRIAL
NEIVA
2015
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION
1.
2.
3.
4.
5.
OBJETIVOS
MARCO TEORICO
MATERIALES
PROCEDIMIENTO
RESULTADOS
5.1 TABLA DE DATOS
5.2 GRAFICA
5.3 SOLUCION A PREGUNTAS
5.4 ANALISIS DE ERRORES
6. APLICACIONES
7. CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA Y/O WEBGRAFIA
INTRODUCCION
Cuando un cuerpo se halla en reposo, permanecerá así a menos que se haga algo
para sacarlo de dicho estado. Un agente exterior debe ejercer una fuerza sobre él
para alterar su movimiento, esto es, para acelerarlo. Isaac Newton planteó por
vez primera en forma clara y concreta tres enunciados conocidos con el nombre
de Leyes del Movimiento, los cuales explicaron la relación causa-efecto de las
fuerzas al actuar sobre los cuerpos. La segunda de estas tres leyes relaciona la
aceleración producida con la fuerza aplicada y con la masa del sistema.
1. OBJETIVOS
1.1. Establecer el tipo de relación existente entre la fuerza aplicada a un cuerpo y
la aceleración producida (masa constante).
1.2 Establecer el tipo de relación existente entre la masa de un cuerpo y la
aceleración producida (fuerza constante).
2. MARCO TEORICO
2.1 Fuerza, masa y aceleración – segunda ley de newton. Visite la dirección:
http://www.youtube.com/watch?v=OZDQHVd7QKY
2.2 Movimiento Uniforme acelerado (Ecuaciones).
2.3 Peso.
DESARROLLO:
2.1
Fuerza: la fuerza es una magnitud vectorial que mide la Intensidad del intercambio
de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una
definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de
movimiento o la forma de los materiales
En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de fuerza es
el newton que se representa con el símbolo: N , nombrada así en reconocimiento
a Isaac Newton por su aportación a la física, especialmente a la mecánica clásica.
El newton es una unidad derivada del SI que se define como la fuerza necesaria
para proporcionar una aceleración de 1 m/s² a un objeto de 1 kg de masa.
Figura1. Descomposición de las fuerzas que actúan sobre un sólido situado en un
plano inclinado.
Masa: Masa es un concepto que identifica a aquella magnitud de carácter
físico que permite indicar la cantidad de materia contenida en un cuerpo. Dentro
del Sistema
Internacional,
su
unidad
es
el kilogramo
(kg.)
Aceleración: Es una magnitud vectorial que nos indica el cambio
de velocidad por unidad de tiempo. En el contexto de la mecánica vectorial
newtoniana se representa normalmente por o y su módulo por . Sus
dimensiones son
. Su unidad en el Sistema Internacional es m/s2.
En la mecánica newtoniana, para un cuerpo con masa constante, la aceleración
del cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa sobre él mismo (segunda ley de
Newton):
Donde F es la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo, m es la masa del
cuerpo, y a es la aceleración. La relación anterior es válida en cualquier sistema
de referencia inercial.
Figura 2. Aceleración de una partícula en cualquier movimiento
Segunda Ley de Newton:
La
Segunda
Ley
de
Newton
establece
lo
siguiente:
La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que
actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.
De esta forma podemos relacionar la fuerza y la masa de un objeto con el
siguiente enunciado:
Figura 3. Formula segunda ley de newton.
Una buena explicación para misma es que establece que siempre que un cuerpo
ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, el segundo cuerpo ejerce una fuerza
sobre el primero cuya magnitud es igual, pero en dirección contraria a la
primera. También podemos decir que la segunda ley de Newton responde la
pregunta de lo que le sucede a un objeto que tiene una fuerza resultante diferente
de cero actuando sobre él.
Figura 3. Segunda ley de newton.
Figura 4. Formula de la segunda Ley de Newton.
2.2
Movimiento Uniforme Acelerado:
Es el movimiento de un cuerpo cuya velocidad experimenta aumentos o
disminuciones iguales en tiempos iguales, la aceleración del cuerpo
permanece CONSTANTE.
Conceptos importantes
La ACELERACION es el CAMBIO (Δ) de velocidad que
movimiento de un cuerpo. Su fórmula se representa como:
experimenta
el
Aceleración = cambio de la Velocidad / tiempo
La aceleración promedio de la partícula se define como el cambio en la
velocidad x dividido entre el inérvalo durante el cual ocurre dicho cambio:
Aceleración Promedio:
Como con la velocidad, cuando el movimiento que se va a analizar es
unidimensional, se pueden usar signos positivo o negativo para indicar la dirección
de la aceleración. Debido a que las dimensiones de la velocidad son L/T y la
dimensión de tiempo es T, la aceleración tiene dimensiones de longitud divididas
entre el tiempo al cuadrado, o L/T2. La unidad SI de la aceleración es metros por
segundo al cuadrado (m/s2). Será más fácil interpretar estas unidades si se piensa
en ellas como metros por segundo por segundo.
Signos de la aceleración.
La aceleración es una magnitud de tipo vectorial. El signo de la aceleración es
muy importante y se lo determina así:
Se considera positiva cuando se incrementa la velocidad del movimiento.
Se considera negativa cuando
“desaceleración” el movimiento).
disminuye
su
velocidad
(se
retarda
o
En el caso de que NO haya variación o cambio de la velocidad de un movimiento,
su aceleración es NULA (igual a cero) e indica que la velocidad
permanece constante (como en el caso de un movimiento rectilíneo
uniformemente continuo (MRUC).
El vector de la aceleración tiene la dirección del movimiento de la partícula,
aunque su sentido varía según sea su signo (positivo: hacia adelante, negativo:
hacia atrás).
Figura 5. Graficas Movimiento Uniforme Acelerado.
Formulas del movimiento uniforme acelerado (MUA)
Figura 6. Formulas del MUA.
2.3
Peso: es una medida de la fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto.1 El peso
equivale a la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un punto de apoyo, originada por
la acción del campo gravitatorio local sobre la masa del cuerpo. Por ser una
fuerza, el peso se representa como un vector, definido por su módulo, dirección y
sentido, aplicado en el centro de gravedad del cuerpo y dirigido aproximadamente
hacia el centro de la Tierra.
La magnitud del peso de un objeto, desde la definición operacional de peso,
depende tan sólo de la intensidad del campo gravitatorio local y de la masa del
cuerpo, en un sentido estricto. Sin embargo, desde un punto de vista legal y
práctico, se establece que el peso, cuando el sistema de referencia es la Tierra,
comprende no solo la fuerza gravitatoria local, sino también la fuerza
centrífuga local debido a la rotación de la Tierra; por el contrario, el empuje
atmosférico no se incluye, ni ninguna otra fuerza externa.
Peso (P)
Figura 7. Diagrama de fuerzas que actúan sobre un cuerpo.
3. MATERIALES
MATERIAL
DEFINICION
USO
EXCEL
Excel es una hoja
donde
se
puede
calcular
cualquier
tipo de operaciones
matemáticas, por eso
se conoce como hoja
de cálculo, donde
tiene
diversas
utilidades, la más
básica
es
crear
tablas de números,
realizar graficar
y
operar con ellos a
través de fórmulas de
una manera rápida y
sencilla.
Para crear un gráfico en
Excel,
primero debe
escribir los datos del
gráfico en una hoja de
cálculo
de
Excel. Seleccione
los
datos y, a continuación,
utilice al Asistente para
gráficos para recorrer el
proceso de selección de
un tipo de gráfico y las
diferentes opciones para
el gráfico. Para ello, siga
estos pasos:
continuación, abra el libro.
que contienen los datos
que desea mostrar en el
gráfico.
Insertar
gráfico que desea crear
COMPUTADOR
CON Es una
máquina
CONEXIÓN A INTERNET
electrónica que nos
permite
desarrollar
fácilmente múltiples
tareas que ahora
hacen
parte
de
nuestra
vida
cotidiana, como
elaborar cartas o una
hoja de vida, hablar
con personas de
otros países, hacer
presupuestos, jugar y
hasta navegar
en
internet.
Es usado para programar
y ejecutar procesos o
ejercicios
de
forma
productiva. (Trabajos de
estudiantes universitarios,
ejecutivos etc...) Y con
conexión a internet nos
facilita en el ámbito de
información
e
investigación para una
mayor flexibilidad en las
horas de trabajo y la
ubicación. Con el Internet
se puede acceder a casi
cualquier lugar, a través
de dispositivos móviles de
Internet.
SIMULADOR
Consiste
en
la
determinación
del
tiempo de recorrido
(mostrado
digitalmente con un
error de 1 ms) de la
zona
de
medida
previamente ajustada
con
el
botón
presionado (desde la
posición inicial hasta
la barrera LS, con un
error
de
5 mm).
Durante
el
movimiento, un punto
rojo va indicando en
un diagrama espaciotiempo la distancia
recorrida para cada
instante de tiempo.
Con esta aplicación Java
se simula una mesa o
carril de aire como
herramientas de utilidad
para
obtener
un
movimiento
uniformemente acelerado.
Microsoft Word es
un
software
destinado
al procesamiento de
textos. Fue creado
por
la
empresa Microsoft, y
actualmente
viene
integrado
en
la suite ofimática
Microsoft.
Word es un programa de
computadora que sirve
para crear, modificar, e
imprimir
documentos
escritos. A este tipo de
programas se los conoce
como Procesadores
de
Texto, y son los más
comunes de entre todas
las
aplicaciones
de
computadora.
WORD
4. PROCEDIMIENTO
4.1 RELACIÓN ENTRE FUERZA Y ACELERACIÓN
Se fijó la distancia de la barrera en S = 50 cm, se tomó la masa del carro en M =
50 g, se suspendió en el extremo derecho de la cuerda una masa colgante de m =
100 g, y se presionó el botón COMENZAR.
En pantalla se leyó la aceleración del carrito, se registró los datos de masa
colgante y aceleración del carrito en la tabla 1.
Se repitió el proceso anterior variando la masa colgante y la masa del carro de tal
forma que siempre sumen el mismo valor, por ejemplo m + M = 150 g, se hizo clic
en el botón inicio y se realizó cambios de masa del carrito y masa colgante de
acuerdo a los dados en la tabla 1. Se registró datos en la tabla 1.
4.2 RELACIÓN ENTRE MASA Y ACELERACIÓN
Se fijó la barrera en s = 50 cm y en la cuerda colgante se fijó una masa colgante
de m = 50 g. Se registró en la tabla 2 la masa del carro M y la masa total
MT = m + M, se tomó masa del carrito igual a 100 g. Se presionó el botón
COMENZAR.
En pantalla se leyó la aceleración del carrito, se registró los datos en la tabla 2.
Se repitió el proceso anterior variando la masa del carrito de acuerdo a las dadas
en la columna uno de la tabla 2, se hizo clic en el botón INICIO y se realizó
cambios de masa del carrito. Se registró datos en la tabla 2.
5. RESULTADOS
5.1 TABLA DE DATOS
TABLA 1. Fuerza y aceleración – MT = 150 g - constante
Masa
colgante
m (g)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Aceleració
n
a (m/s2)
0,654
1,308
1,962
2,616
3,270
3,924
4,578
5,232
5,886
6,540
Fuerza
colgante
F = m.g (N)
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Masa MT
(Kg)
MT = F/a
0,152
0,152
0,152
0,152
0,152
0,152
0,152
0,152
0,152
0,152
TABLA 2. Masa y aceleración
Masa del
carro M
(g)
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
150,0
200,0
220,0
300,0
Masa total
MT (g)
Aceleración
a (m/s2)
70,0
90,0
110,0
130,0
150,0
170,0
200,0
250,0
270,0
350,0
7,007
5,450
4,459
3,773
3,270
2,885
2,453
1,962
1,817
1,401
Fuerza
resultante
FR = (M + m).a
0,490
0,490
0,490
0,490
0,490
0,490
0,490
0,490
0,490
0,490
5.2 GRÁFICA:
GRAFICA 1 FUERZA EN FUNCIÓN DE LA ACELERACIÓN
GRAFICA 1. FUERZA EN FUNCIÓN DE LA
ACELERACIÓN
1,2
Fuerza F (N)
1
F = 0,1529a
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
Aceleración a (m/s²)
GRAFICA 2 ACELERACIÓN EN FUNCIÓN DE LA MASA TOTAL
GRAFICA 2. ACELERACION EN FUNCION DE LA MASA
TOTAL
8
Aceleración a (m/s²)
7
6
5
a= 490,58Mt-1
4
3
2
1
0
0
50
100
150
200
Masa total Mt (g)
250
300
350
400
5.3 SOLUCIÓN A PREGUNTAS:

Qué curva obtuvo? Determine con la ayuda de Excel la
ecuación que relaciona a dichas variables.
Se obtuvo una línea recta con una ecuación f = 0,1529a que relaciona a la
fuerza y a la aceleración.

Qué tipo de relación existe entre la fuerza aplicada al cuerpo y la
aceleración producida?
Entre las variables fuerza y aceleración existe una relación lineal en donde
se concluye que son directamente proporcionales.
 Complete la columna cuatro de la tabla 1. Qué concluye?
Se concluye que se obtuvo una masa total constante (0,152kg) lo cual
quiere decir que las otras dos variables (fuerza y aceleración) cambian su
magnitud.

Calcule matemáticamente la pendiente de la gráfica fuerza vs
aceleración y compárela con los valores obtenidos en la
columna cuatro, que concluye
Se concluye que el valor de la pendiente es igual al valor de la masa total
que la pendiente corresponde a la masa total utilizada en el experimento.
Preguntas grafico 2

Determine con la ayuda de Excel la ecuación que relaciona a las
variables en consideración. ¿Qué tipo de relación existe entre la masa
y la aceleración producida?
Entre las dos variables existe una relación inversa, porque al aumentar la
masa, se observa que disminuye la aceleración.

Complete la cuarta columna de la tabla 2, observe los resultados que
puede concluir acerca del valor de la fuerza resultante.
Se observa que da una constante que corresponde al valor de 0,490N, que
representa la fuerza que se dejó constante para realizar la práctica.
5.4 ANALISIS DE ERROR:


No se obtuvo margen de error.
Los resultados fueron exactos.
Porque se utilizó un simulador, el cual es programado para obtener datos exactos
sin tener en cuenta los márgenes de errores.
6. APLICACIONES.
6.1.
6.2.
Una nave espacial se desplaza cada vez más rápido con uno sólo de sus
motores encendido. Despreciando los cambios en la masa, ¿Qué ocurrirá
con su aceleración cuando se encienda el segundo motor estando el
primero aún en funcionamiento? ¿Qué pasaría si en vez de eso se
expulsara la mitad de su masa?

La fuerza y la aceleración son directamente proporcional de acuerdo
a la segunda ley de Newton, entonces al aumentar la fuerza de la
nave con otro motor y dejar su masa fija su aceleración será mayor.

Aumentaría su aceleración, ya que por la segunda ley de Newton a
menor masa, mayor aceleración.
Cuál es la diferencia entre peso y masa?

6.3.
La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo, mientras que
el peso es la fuerza con la que dicho cuerpo es atraído por la
gravedad, además la masa es una magnitud escalar, mientras que el
peso es una magnitud vectorial. Peso = masa * gravedad
Una bola de bolera de 7,5 Kg debe acelerar desde el reposo a 8m/s en
0,8 s. ¿Cuánta fuerza se necesita para ello?

m = 7, 5 kg
Vi = 8m/s
t = 0.8s
=
El signo negativo indica que el movimiento es retardado.
F=M*A
F= (7,5kg) (-10m/s²)
F=-75N
El signo negativo indica que la fuerza es contraria al movimiento. En
consecuencia, como no actúa ninguna fuerza a favor.
6.4.
Una fuerza F aplicada a un objeto de masa m1 produce una aceleración de
5 m/s2, la misma fuerza aplicad a un objeto de masa m 2 produce una
aceleración de 1 m/s2. Si se combinan m1 y m2, encuentre su aceleración
bajo la acción de la fuerza F.
Por la acción de la segunda ley de newton, tenemos:
a1 = 5 m/s2
a2 = 1 m/s2
F = m1 * a1 (Ecuación 1)
F = m2 * a2 (Ecuación 2)
Como la fuerza F es igual para los dos objetos, igualamos las ecuaciones.
m1 * a1 = m2 * a2
Si se combinan m1 y m2, encuentre su aceleración bajo la acción de la
fuerza F.
MT = m1 + m2
F = (m1 + m2) * a
(Ecuación 3)
F = m1 * a1 = m1 * 5
F = m2 * a2 = m2 * 1
Reemplazando m1 y m2 en la ecuación 3, tenemos:
6.5.
Si un hombre pesa 700 N en la tierra, complete los valores de la siguiente
tabla:
Tabla 3: Masa y peso de un hombre
Planeta
Gravedad g
(m/s2)
Masa m (kg)
Peso P (N)
Mercurio
3,7
71,43
264,29
Venus
8,87
71,43
633,58
Tierra
9,8
71,43
700,00
Marte
3,71
71,43
265,00
Júpiter
24,79
71,43
1770,74
Saturno
10,44
71,43
745,72
Urano
8,69
71,43
620,72
Neptuno
11,15
71,43
796,44
Plutón
0,658
71,43
47,00
7. CONCLUSIONES


Se concluyó que entre las variables de fuerza y aceleración existe
una relación lineal, siendo ellas directamente proporcionales.
Se concluyó que entre la masa y la aceleración existe una relación
inversa, porque al aumentar la masa, disminuye la aceleración.
WEBGRAFIA
http://www.fismec.com/
http://www.youtube.com/watch?v=OZDQHVd7QKY
http://www.walter-fendt.de/ph14s/n2law_s.htm