EXPERIMENTO Nº 4 SEGUNDA LEY DE NEWTON

Transcripción

1 EXPERIMENTO Nº 4 SEGUNDA LEY DE NEWTON INTRODUCCIÓN La segunda ley de Newton relaciona la fuerza total y la aceleración. Una fuerza neta ejercida sobre un objeto lo acelerará, es decir, cambiará su velocidad. La aceleración será proporcional a la magnitud de la fuerza total y tendrá la misma dirección y sentido que ésta. La constante de proporcionalidad es la masa m del objeto F = ma Esta ecuación complementa a la primera ley en el siguiente sentido. Ya nos han dicho que las fuerzas son las causas de los cambios en el movimiento de los cuerpos, la ecuación de Newton nos dice cuantitativamente cómo se relaciona una fuerza específica con este cambio. La aceleración, es una medida de cuánto cambia la velocidad de un cuerpo cuando transcurre el tiempo. La velocidad es, a su vez, una medida de cuánto cambia la posición de un cuerpo al transcurrir el tiempo. Esta rata de cambio de la velocidad (la aceleración), es mayor mientras más grande sea la fuerza. OBJETIVOS 1. Determinar experimentalmente la 2 da Ley de Newton. 2. Obtener la aceleración de un sistema a través de métodos cinemáticos y dinámicos. 3. Analizar el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado que experimenta un deslizador durante el experimento. 4. Evidenciar en los modelos físicos de las experiencias, los modelos matemáticos de las leyes que se corroboran. 15

2 EQUIPO A UTILIZAR SUPLIDOR Y CONDUCTO DE AIRE PISTA DE AIRE CRONÓMETRO FOTOCELULAR DESLIZADOR MASAS POLEA RECOMENDACIONES PARA LA PRÁCTICA Nº 4 1. Buena colocación de las fotocélulas, que deben estar perpendiculares al deslizador. 2. Evitar una mala nivelación de la pista de aire. 3. Presurización de la pista. 4. Apagar el suplidor cuando no se utilice. 5. No permitir que el deslizador golpee el final de la pista. 16

3 6. Soltar el deslizador de la manera mas uniforme posible. 7. No mover los cronómetros al momento de resetearlos. 8. Tener en cuenta la forma de colocar los cronómetros (ayudarse con el deslizador) 9. coloque las masas de manera equitativa de cada lado del deslizador, 10. Tenga cuidado al momento de leer los datos, y este seguro de cual tiempo es cual, para que no tenga confusiones que alteren los datos. 11. Anote bien los datos y verifique con sus compañeros, y repita el procedimiento de ser necesario, para que estos sea los más precisos posibles. 12. Realice el experimento con la mayor seriedad y responsabilidad posible, para que el mismo tenga éxito y los resultados sean correctos. PROCEDIMIENTO 1. Instale la pista de aire como se muestra en la siguiente figura. Nivele muy cuidadosamente la pista de aire a través del pie nivelador. Un deslizador permanecerá ubicado sobre la pista de aire sin aceleración alguna. La distancia entre los cronómetros fotocelulares debe ser de 40 cm. el primer cronómetro debe ubicarse en la posición de 120 cm. y el segundo en 160 cm. La longitud del hilo que se coloca para sujetar las masas debe ser de 129 cm. para así lograr perfectos resultados. 2. Mida la longitud del deslizador y anote el valor como L en la tabla

4 3. Adicione gr. al deslizador usando masas de 10 ó 20 gr. las masas deben ser distribuidas, simétricamente sobre el deslizador para que permanezca balanceado. Determine la masa total del deslizador con la masa agregada y anote el total como m en la tabla Coloque una masa aproximadamente 5-10 gr. sobre el peso colgante (anote el total de la masa ma (colgante más masa). 5. coloque el cronómetro fotocelular en modo GATE. 6. Presione el botón RESET. 7. Sostenga el deslizador fijo en X 0 (120 cm.), luego suéltelo. Anote t 1, que es el tiempo que el deslizador tarda en pasar a través de la primera fotocélula, y t 2, que es el tiempo que emplea el deslizador para pasar a través de la segunda fotocélula. Repita éstas mediciones cuatro (4) veces. Tome el promedio de los tiempos t 1 y t 2 y anote estos promedios como t 1 y t 2 en la tabla 4.1. Nota: Si dispone de la fotocélula tipo ME-9215 A, use la función memoria para medir los dos tiempos. Si no será necesario un reloj cronómetro durante el experimento y anotar rápidamente t 1, antes de que el deslizador pase por la segunda fotocélula. 8. Coloque el cronómetro fotocelular en el modo PULSE 9. Presione el botón RESET. 10. Nuevamente, empiece con el deslizador en X 0 (120 cm.). Mida éste tiempo y anótelo como t 3, que es el tiempo tomado cuando el deslizador pase por entre las fotocélulas. Repita estas mediciones cuatro veces y anote el promedio como t 3 en la tabla

5 11. Varíe ma constante con el valor usado previamente. Varíe la masa m, adicionando masa desde el deslizador. Repita los pasos del 5 al 11. Ensaye por lo menos cuatro veces valores para m. CÁLCULOS Para cada una de las condiciones experimentales: 1. Use la longitud del deslizador y el tiempo promedio para determinar V 1 y V 2, la velocidad promedio del deslizador cuando pasa por cada fotocélula. 2. Use la siguiente ecuación para determinar la aceleración del deslizador cuando pase entre las dos fotocélulas. a = (V 2 - V 1 ) / t 3 3. Determine Fa, la fuerza aplicada al deslizador por las masas colgantes. Fa = ma*g DATOS X o : Punto Inicial = 120 cm. L: Longitud del deslizador. L = m: Masa del deslizador mas agregado. ma: Masa del colgante más agregado. t 1, t 2 : Tiempo que el deslizador tarda en pasar a través de la 1 ra y 2 da fotocélula. Sabiéndose que t 2 = t t - t 1. t 3 : Tiempo que el deslizador tarda en pasar desde la 1 ra hasta la 2 da fotocélula. V 1, V 2 : Velocidad promedio del deslizador cuando pasa por cada fotocélula. a: Aceleración del deslizador cuando pase entre las dos fotocélulas. Fa: Fuerza aplicada al deslizador por la masa colgante. 19

6 TABLA 4.1. m ma t 1 t 2 t 3 V 1 V 2 a Fa TABLA 4.2. m ma t 1 t 2 t 3 V 1 V 2 a Fa 20

7 POSTLABORATORIO PREGUNTAS AL ESTUDIANTE 1. Dibuje una gráfica mostrando la aceleración promedio del deslizador como una función de la fuerza aplicada, Fa. Gráfico 4.1 a Vs. Fa Fuerza aplicada Fa (N) Aceleración Promedio a (m/s 2 ) 2. Dibuje otra gráfica mostrando la aceleración promedio como función de una masa total, m + ma. Gráfico 4.2 a Vs. m t Masa total mt = m+ma (Kg) Aceleración Promedio a (m/s 2 ) 21

8 3. Examine cuidadosamente sus gráficas. Son líneas rectas? Use sus gráficas para determinar la relación entre la fuerza aplicada, la masa y la aceleración promedio para el deslizador. 4. En éste experimento, Ud. Midió solo la aceleración promedio del deslizador entre las fotocélulas. Tiene razón al creer que sus resultados también son exactos para la aceleración instantánea? Explique. 5. Qué experimentos futuros podrían ayudarle a ampliar sus resultados para incluirlos en la medición de la aceleración instantánea? 22

9 Considerando el basamento teórico y los resultados obtenidos en el experimento plantee un análisis de los resultados Conclusiones y Recomendaciones 23