Laboratorio de Inercia

Laboratorio de Inercia
Nombre:________________________________
PSI Física
OBJETIVO:
 Verificar la Segunda Ley de Newton F=ma.
 Calcular la aceleración debido a la gravedad, g.
MATERIALES:
 Carrito
 Polea
 Cadena
 Masas de 0.2 kg – 1.0 kg
 Cronómetro
 Cinta métrica
 Balanza (dinamómetro u otro)
Organización:
Un carrito de masa, mcarrito, con una masa agregada, m, se encuentra sobre una mesa y
está conectada mediante una cuerda a una masa, msuspendida, que cuelga de una polea
que se encuentra fija al borde de la mesa. La longitud de la cuerda, x, es lo
suficientemente larga para que la masa suspendida toque el suelo cuando el carrito
toca la polea.
Ecuaciones de la segunda ley de Newton y diagramas de cuerpo libre:
Carrito
mcarrito + m
FT
FT
Masa suspendida
msuspendida
msuspendidag
FT = (mcarrito + m) a
(2)
(1)
–FT + msuspendida g = msuspendida a
Sumando (1) y (2): msuspendidag = (mcarrito + m)a + m2a
msuspendida g = (mcarrito + m + msuspendida) a
(3)
PROCEDIMIENTO:
En este experimento vas a medir el tiempo que le lleva a un carrito recorrer la distancia
x, de acuerdo a como cambia la masa. Posteriormente calcularás la aceleración desde
x y el tiempo promedio para el carrito con las diferentes masas agregadas.
Todos los datos y cálculos deberán ser ingresados en la tabla que se encuentra adjunta
al final de este práctico.
1. Preparación:
 Pesa el carrito, luego determina su masa mcarrito = ________ kg (ingresa este
valor en la columna 1)
 Cuelga una pequeña masa (10 o 20 g) al final de la cuerda. Registra el valor
de la masa que se encuentra suspendida msuspendida = _________ kg (ingresa
este valor en la columna 2)
 Mide la distancia que viaja el carrito: x = ________ m (ésta debe ser la
misma que la distancia desde el suelo hasta la parte superior de la mesa)
(ingresa este valor en la columna 9)
2. Para cada una de las siguientes 5 masas: m = 0.2 kg, 0.3 kg, 0.5 kg, 0.7 kg, y
1.0 kg:
 Coloca la masa en el carrito.
 Tira el carrito hacia atrás hasta que la masa suspendida toque la polea.
 Suelta el carrito y toma el tiempo que le toma al mismo tocar la polea. Haz
esto tres veces (ingresa estos tiempos: t1, t2 y t3, en las columnas 5, 6 y 7).
ANÁLISIS:
1. Para cada fila en tu tabla de datos, calcula el promedio de tiempo y registra el
resultado en la columna 8.
2. Recuerda que x = v0t + ½ at2. Utiliza esta ecuación para obtener una fórmula
para términos de x y t. (Pista: ¿Qué valor tiene v0 ? – la velocidad al momento
de soltarse el carrito)
3. Usa la fórmula de arriba para calcular a para cada una de las masas en la tabla
utilizando el promedio de tiempo correcto. Registra tus respuestas en la columna
10.
4. ¿Qué sucede con la aceleración del carrito a medida que se le agrega más
masa?
5. Explica qué relación tiene la inercia (masa) con la aceleración del carrito.
6. Para cada una de las filas en la tabla, calcula F = Ma y registra los resultados en
la columna 11.
7. Luego calcula el valor promedio de F=Ma y registra tu respuesta en la celda final
de la derecha de la tabla de este práctico.
8. Observa que F es aproximadamente la misma para todas las filas. Esta fuerza
es también el peso de la masa suspendida, F = msuspendidag.
a. Dado tu promedio calculado de F, halla el valor de g.
b. ¿Cómo se compara esto con el valor aceptado de 9.8 m/s2?
APLICACIÓN:
9. Se lleva a cabo otro experimento utilizando el mismo aparato. Esta vez el carrito
con la masa agregada es fija, mcarrito + m = 1.2kg y la masa suspendida,
msuspendida cambia. Calcula la aceleración del carrito para los 3 valores de
msuspendida completando la tabla de abajo.
mcarrito + m
(kg)
msuspendida
(kg)
M = mcarrito + m +
msuspendida (kg)
msuspendida g
(N)
a (m/s2)
0.01
0.02
0.04
Utiliza el valor de g = 9.8 m/s2. La ecuación (3) de la página 1 de este práctico puede
resultarte útil.
10. Una masa de 20 kg está conectada por un cable de 100 metros a un auto de
1000 kg que está en reposo, sin frenos, a unos 100 metros del borde de un
precipicio. El peso cuelga de una polea en el borde del precipicio y se deja caer.
a. ¿Cuál es la aceleración del auto hacia el precipicio?
b. ¿Cuánto le tomará al auto llegar al precipicio?
c. ¿A qué velocidad viaja el auto en el momento que se dirige al precipicio?
Laboratorio de Inercia y Tabla de análisis
(1)
Masa del
carrito
mcarrito
(kg)
(2)
Masa
suspendida
msuspendida
(kg)
(3)
Masa
agregada
m
(kg)
(4)
Masa total
(5)
Tiempo 1
(6)
Tiempo 2
(7)
Tiempo 3
M=mcarrito+m+msuspendida
(kg)
t1
(s)
t2
(s)
t3
(s)
(8)
Tiempo
promedio
tprom
(s)
(9)
Distancia
recorrida
x
(m)
(10)
Aceleración
(11)
Fuerza
a = 2x/tprom2
(m/s2)
F = M×a
(N)
Promedio de F =