practica 5: segunda ley de newton

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
CURSO FISICA MECANICA
PRACTICA DE LABORATORIO VIRTUAL
PRACTICA No. 7: SEGUNDA LEY DE NEWTON
1.
INTRODUCCIÓN
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.
2. OBJETIVOS
2.1.
2.2.
Establecer el tipo de relación existente entre la fuerza aplicada a un cuerpo y la aceleración
producida (masa constante).
Establecer el tipo de relación existente entre la masa de un cuerpo y la aceleración
producida (fuerza constante).
3. MARCO TEÓRICO
3.1
3.2
3.3
Fuerza, masa y aceleración – segunda ley de newton. Visite la dirección:
http://www.youtube.com/watch?v=OZDQHVd7QKY
Movimiento Uniforme acelerado (Ecuaciones).
Peso.
4. MATERIALES
Computador, conexión a internet.
5. PROCEDIMIENTO
5.1. RELACIÓN ENTRE FUERZA Y ACELERACIÓN
Ingresa a:
http://www.walter-fendt.de/ph14s/n2law_s.htm
Es posible cambiar, dentro de ciertos límites, la masa del carro, la del cuerpo que cuelga y el
coeficiente de rozamiento.
El experimento 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 espacio-tiempo la distancia recorrida para cada instante de tiempo. Al
finalizar el tiempo de medida, aparecen en el diagrama el par de valores correspondientes. Si a
continuación se pulsa con el ratón en el botón "Anotar Datos", los valores medidos aparecen en
una lista. Se puede obtener una serie de 10 medidas como máximo.
Fije la distancia de la barrera en S = 50 cm, tome la masa del carro en M = 50 g, suspenda en el
extremo derecho de la cuerda una masa colgante de m = 100 g, y oprima el botón COMENZAR.
En pantalla se lee la aceleración del carrito, registre los datos de masa colgante y aceleración del
carrito en la tabla 1.
Repita 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, haga clic en el botón inicio y realice cambios de
masa del carrito y masa colgante de acuerdo a los dados en la tabla 1. Registre datos en la tabla 1.
TABLA 1. Fuerza y aceleración – MT = 150 g - constante
Masa colgante
m (g)
10
20
30
40
50
60
Aceleración
a (m/s2)
Fuerza colgante
F = m.g (N)
Masa MT (Kg)
MT = F/a
70
80
90
100
El valor de la fuerza motriz F está determinado por el peso suspendido en el extremo derecho de
la cuerda.
Utilice Excel y elabore un gráfico de Fuerza en función de la aceleración (F Vs a).
Qué curva obtuvo? Determine con la ayuda de Excel la ecuación que relaciona a dichas variables.
Qué tipo de relación existe entre la fuerza aplicada al cuerpo y la aceleración producida?
Complete la columna cuatro de la tabla 1. Qué concluye?
Calcule matemáticamente la pendiente de la gráfica fuerza vs aceleración y compárela con los
valores obtenidos en la columna cuatro, que concluye?
5.2. RELACIÓN ENTRE MASA Y ACELERACIÓN
Fije la barrera en s = 50 cm y en la cuerda colgante fije una masa colgante de m = 50 g.
Registre en la tabla 2 la masa del carro M y la masa total
MT = m + M, tome masa del
carrito igual a 100 g. Oprima el botón COMENZAR.
En pantalla se lee la aceleración del carrito, registre los datos en la tabla 2.
Repita el proceso anterior variando la masa del carrito de acuerdo a las dadas en la columna uno
de la tabla 2, haga clic en el botón INICIO y realice cambios de masa del carrito. Registre datos en
la tabla 2.
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)
Fuerza resultante
FR = (M + m).a
150,0
Utilice Excel y elabore un gráfico de aceleración en función de masa total (a vs MT). Qué curva
obtuvo?
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?
Complete la cuarta columna de la tabla 2, observe los resultados que puede concluir acerca del
valor de la fuerza resultante.
6. APLICACIONES
6.1.
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?
6.2.
Cuál es la diferencia entre peso y masa?
6.3.
Una bola de bolera de 7,5 Kg debe acelerar desde el reposo a 8m/s en
fuerza se necesita para ello?
6.4.
Una fuerza F aplicada a un objeto de masa m 1 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.
6.5.
Si un hombre pesa 700 N en la tierra, complete los valores de la siguiente tabla:
0,8 s. ¿Cuánta
Tabla 3: Masa y peso de un hombre
Planeta
Mercurio
Venus
Tierra
Marte
Júpiter
Saturno
Urano
Neptuno
Plutón
Gravedad g (m/s2)
Masa m (kg)
Peso P (N)
9,8
71,43
700
“Cuando dejare de maravillarme para empezar a conocer?”
GALILEO GALILEI