Experiencia P08: Fuerza constante Sensor de fuerza, Sensor de oviiento Tea DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) Leyes de Newton P08 Constant Force.DS P11 Constant Force P11_CONF.SWS Equipo necesario Cant. Equipo necesario Cant. Sensor de fuerza (CI-6746) 1 Masa y soporte (ME-8967) 1 Sensor de oviiento (CI-6742) 1 Hilo (SE-8050) 1 Balanza (SE-8723) 1 Super Polea con abrazadera (ME-9448A) 1 Carrito (incluido con carril) 1 Carril de1.2 (ME-9435A) 1 IDEAS PREVIAS El objetivo de esta actividad es estudiar la segunda Ley de Newton. Considerando la segunda Ley de Newton, qué ocurre con la aceleración de un objeto si la fuerza aplicada sobre este objeto se increenta pero su asa peranece constante? FUNDAMENTO TEÓRICO Newton describió la relación entre aceleración, fuerza y asa de la siguiente fora: La aceleración de un objeto es directaente proporcional y en la isa dirección que la fuerza neta e inversaente proporcional a la asa del objeto : a F es la aceleración, F neta es la fuerza neta y la asa. Aplicando la segunda Ley de Newton a la configuración utilizada en esta experiencia para un objeto acelerado por el peso de una asa colgante, sin tener en cuenta la fricción, la aceleración del objeto y la asa colgante podría expresarse: a F neta neta objeto co lgantee g co lgante 1999 PASCO scientific P08.1
RECUERDE Sujete el carrito antes de que choque con el tope del carril o se caiga de la esa. Siga las instrucciones de utilización del equipo. PROCEDIMIENTO En esta actividad, utilice el Sensor de oviiento para edir el oviiento de un carrito que es arrastrado por un hilo atado a una asa suspendida pro una polea. Utilice un Sensor de fuerza ontado sobre el carrito para edir la fuerza que acelera el carrito. A continuación, utilice el DataStudio o el ScienceWorkshop para representar y analizar los datos. PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR 1. Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el ordenador y el interfaz. 2. Conecte las clavijas digitales del Sensor de oviiento en los Canales digitales 1 y 2 del interfaz. Conecte la clavija con banda aarilla en el Canal 1 y la otra en el Canal 2. 3. Conecte la clavija DIN del Sensor de fuerza en el Canal analógico A del interfaz. 4. Abra el archivo titulado: DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) P08 Constant Force.DS P11 Constant Force P11_CONF.SWS El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. El archivo ScienceWorkshop contiene una gráfica de la velocidad frente a tiepo y una tabla de datos de la fuerza. El registro de datos está fijado en 200 edidas por segundo (200Hz) para el Sensor de fuerza. 1999 PASCO scientific P08.2
PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO No se necesita calibrar el Sensor de oviiento. Para calibrar el Sensor de fuerza, lea el procediiento en el anual del Sensor de fuerza. 1. Sitúe el carril sobre una superficie horizontal. Nivele el carril situando el carrito sobre él. Si el carrito se desplaza en una dirección u otra, utilice el pie ajustable de uno de los extreos del carril para subirlo o bajarlo hasta que esté nivelado y el carrito no se ueva. 2. Enganche la polea en el extreo derecho del carril. Sitúe el Sensor de oviiento en el extreo izquierdo del carril. 3. Utilice el tornillo incluido con el Sensor de fuerza para ontarlo sobre la bandeja accesoria del carrito. 4. Mida cuidadosaente y anote la asa total del carrito y el Sensor de fuerza en la sección Infore de Laboratorio. Sitúe el carrito sobre el carril de anera que el enganche del extreo del Sensor de fuerza esté de espaldas al Sensor de oviiento. El carrito será arrastrado en dirección contraria al Sensor de oviiento. El carrito debe peranecer a una distancia ínia del Sensor. Esta distancia dependerá del Sensor de oviiento utilizado. Lea el anual del Sensor de oviiento para deterinar la distancia ínia. Dibuje una arca sobre el carril indicando la distancia ínia al Sensor (15 o 40 c). 5. Utilice un hilo que sea 10 c ás largo que la distancia necesaria para alcanzar el suelo cuando el carrito esté junto a la polea. Ate uno de los extreos al enganche del Sensor de fuerza. 6. Añada 20 o 30 graos de asa en el soporte que cuelga. 7. Mida cuidadosaente y anote la asa total (asa y asa del soporte) en la sección Infore de Laboratorio. 8. Ate el soporte en el otro extreo del hilo y ponga el hilo sobre la polea. Ajuste la altura de la polea de anera que el hilo esté paralelo al carril. Para atar el hilo al soporte, dé cuatro o cinco vueltas al hilo alrededor de las uescas del soporte. 1999 PASCO scientific P08.3
PARTE III: RECOGIDA DE DATOS 1. Tire del carrito hasta el extreo izquierdo del carril pero anteniéndole a la distancia ínia del Sensor de oviiento. No deje que el soporte golpee la polea. 2. Antes de cada serie, sujete la asa colgante de odo que el hilo no tire del Sensor de fuerza. Apriete el botón de tarado del Sensor de fuerza para ponerlo a cero. 3. Coience la recogida de datos y suelte el carrito. 4. Finalice la recogida de datos antes que el carrito alcance la polea. 5. Pare el carrito antes que golpee la polea. 1999 PASCO scientific P08.4
ANÁLISIS DE DATOS 1. Pinche y arrastre el cursor para dibujar un rectángulo alrededor de la región de la curva de velocidad frente a tiepo que represente el oviiento del carrito. Resultado: La región será seleccionada. 2. Seleccione el ajuste de curva lineal. La pendiente de la curva de velocidad frente a tiepo corresponde a la aceleración edia del carrito. En el DataStudio, haga clic en el botón de enú Fit ( ). Seleccione Linear. En el ScienceWorkshop haga clic en el botón Estadísticas para abrir el área estadística a la derecha de la gráfica. En el área estadística, haga clic en el botón Menú de estadísticas ( ). Seleccione Ajuste de curva, ajuste lineal. 3. Anote la pendiente de ajuste lineal en la tabla de datos del Infore de Laboratorio. 4. Utilizando los valores edidos de la asa, calcule y anote la aceleración teórica del sistea en la sección Infore de Laboratorio. 5. Utilice la herraienta estadística para deterinar la fuerza edia de la tabla de datos. En la tabla de la fuerza, haga clic en el botón Estadísticas. Registre el valor edio de la fuerza en la tabla de datos de la sección Infore de Laboratorio. 6. Utilizando el valor de la asa edido, calcule y anote la fuerza ejercida sobre el carrito y sobre el Sensor de fuerza. Anote el resultado en la tabla de datos. Anote sus resultados en la sección Infore de Laboratorio. 1999 PASCO scientific P08.5
Infore de Laboratorio Experiencia P08: Fuerza constante IDEAS PREVIAS Considerando la segunda Ley de Newton, qué ocurre con la aceleración de un objeto si la fuerza aplicada sobre él se increenta pero su asa peranece constante? Tabla de Datos Medida Valor Masa del carrito + Sensor kg Masa del colgador + asas kg Aceleración (Medida) /s 2 Aceleración (Calculada) /s 2 Fuerza (Media) N Fuerza (Calculada) N CONCLUSIONES Y APLICACIONES 1. Qué diferencia existe entre el valor edido y el valor calculado de la aceleración? % diferencia edido teórico teórico 100% 2. Qué porcentaje de diferencia existe entre el valor edido y el valor calculado de la fuerza? 1999 PASCO scientific P08.6
3. Qué razones pueden otivar las diferencias entre los valores edidos y los valores calculados o teóricos? 1999 PASCO scientific P08.7