Practica segunda ley de Newton

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PRACTICA 1
SEGUNDA LEY DE NEWTON
INTRODUCCION
En el presente laboratorio, estudiaremos la “Segunda Ley de Newton”, ya que es una de las leyes básicas de la mecánica (Rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con el movimiento de los cuerpos); se utiliza en el análisis de los movimientos próximos a la superficie de la tierra y también en el estudio de los cuerpos celestes.
Mediante este trabajo presentamos los resultados de un experimento básico para comprobar la segunda ley de Newton (Análisis de fuerzas).
OBJETIVOS
· Verificar que mientras la fuerza resultante sobre un cuerpo no es nula, éste se mueve con un movimiento acelerado.
· Comprobar que la aceleración para una fuerza dada, depende de la masa del cuerpo.
· Verificar que la aceleración de un cuerpo bajo la acción de una fuerza neta constante, es inversamente proporcional a su masa.
· Comprobar que cuando la masa es constante la fuerza es directamente proporcional a la aceleración.
FUNDAMENTOS TEORICOS
La dinámica es parte de la mecánica y se encarga de estudiar las fuerzas que intervienen en un movimiento y las leyes que lo rigen a diferencia de la cinemática.
Segunda Ley de Newton
La aceleración que un cuerpo adquiere es directamente proporcional a la resultante de las fuerzas que actúan en él, y tiene la misma dirección y el mismo sentido que dicha resultante:
R = m a o bien, å F = m a.
Donde:
R, å F = Fuerza Resultante.
m = Masa de cuerpo.
A = aceleración.
Consideremos un cuerpo sometido a la acción de varias fuerzas (F1, F2, F3, etc.). Sabemos que al suceder esto, es posible sustituir el sistema de fuerzas por una fuerza única, la resultante R del sistema.
La aceleración que el cuerpo vaya a adquirir por la acción del sistema de fuerza, se obtendrá como si el cuerpo estuviese sometido a la acción de una fuerza única, igual a R. La ecuación: ”F = m*a” será en este caso, sustituida por” R = m*a”, y el vector a tendrá la misma dirección y el mismo sentido que el vector R. La ecuación “R = m*a” es la expresión matemática de la Segunda Ley de Newton en su forma más general.
La Segunda Ley de Newton es una de las leyes básicas de la mecánica, se utiliza en el análisis de los movimientos próximos a la superficie de la tierra y también en el estudio de los cuerpos celestes.
El mismo Newton la aplicó al estudiar los movimientos de los planetas, y el gran éxito logrado constituyó una de las primeras confirmaciones de esta ley.
La masa de un cuerpo es el cociente entre la fuerza que actúa en el mismo, y la aceleración que produce en él, o sea:
m= F / a
Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo, tanto mayor será su inercia; es decir, la masa de un cuerpo es una medida de la inercia del mismo.
MATERIALES Y EQUIPOS
	MATERIAL / EQUIPO
	CANTIDAD
	Computador personal con programa data Studio instalado.
	01
	Sensor de movimiento rotacional
	01
	Móvil pascar
	01
	Varilla
	03
	Poleas
	01
	Pesas con porta pesas
	01
	Cuerda
	01
	Regla
	01
PROCEDIMIENTO
Masa del Móvil Constante.
Ingresamos al programa Data Studio, seguidamente creámos un nuevo experimento con el Sensor de Movimiento Rotacional (Figura 1), previamente reconocido por el programa.
Figura 1. Sensor de Movimiento Rotacional.
Después configurámos el Sensor, para lo cual ingresamos, realizando un doble clic en el icono respectivo y configuramos a 50 lecturas por segundo. 
Una vez realizado los pasos anteriores, arrastrámos el icono GRAFICO, sobre los icono del sensor y procedemos a seleccionar la grafiac: velocidad – aceleración vs tiempo; y después de ello reaizámos el montaje mostrado en la figura 1.
Figura 1. Primer Montaje
Seguidamente, el móvil fue situado a un metro de la polea y empezamos a realizar las mediciones, oprimiendo el botón INICIO, con una masa de 30 gramos suspendido en el otro extremo del hilo sujeto al móvil (porta-pesas).
Este proceso fue repetido 5 veces, con cada masa (30 y 50 gramos) y almacenamos los datos necesarios en los cuadros para realizar los cálculos.
NOTA: No permitir que el móvil pascar golpee la polea:
Masa del Móvil Variable:
Conservamos el montaje anterior, solo con la diferencia que la masa de la porta-pesa será de 50 gramos en todo momento; sin embargo, adicionaremos una nueva masa al móvil, obteniendo el montaje mostrado en la Figura 2:
Figura 2. Segundo Montaje.
Seguidamente, el móvil fue situado a un metro de la polea y empezamos a realizar las mediciones, oprimiendo el botón INICIO, con una masa de 30 gramos suspendido en el otro extremo del hilo sujeto al móvil (porta-pesas).
Este proceso fue repetido 5 veces, con cada masa (100 y 500 gramos) y almacenamos los datos necesarios en los cuadros para realizar los cálculos.
CUESTIONARIO Y RESULTADOS OBTENIDOS
1.-Masa del Movil Constante:
Tabla 1. Con la masa 30 gramos.
	Masa Móvil
	0.252 kg.
	1
	2
	3
	4
	5
	Prom. Total
	Aceleración Promedio (m/s²)
	3.15
	3.16
	3.19
	3.12
	3.11
	3.146
	Fuerza promedio (N)
	0.794
	0.796
	0.803
	0.786
	0.783
	0.7924
	Análisis
	Valor Teórico
	Valor Experimental
	Error Porcentual
	Fuerza (N)
	0.78
	0.7924
	1.59%
	Aceleración (m/s²)
	3.12
	0.146
	0.83%
Masa de la Porta-pesa: 0.050 kg
Tabla 2. Con la masa 50 gramos.
	Masa Móvil
	0.252 kg.
	1
	2
	3
	4
	5
	Prom. Total
	Aceleración Promedio (m/s²)
	3.15
	3.16
	3.19
	3.12
	3.11
	3.146
	Fuerza promedio (N)
	0.794
	0.796
	0.803
	0.786
	0.783
	0.7924
	Análisis
	Valor Teórico
	Valor Experimental
	Error Porcentual
	Fuerza (N)
	0.78
	0.7924
	1.59%
	Aceleración (m/s²)
	3.12
	0.146
	0.83%
Grafica:
4.1.1 Proponga más tres fuerzas localizadas en modelo experimental, cuyos efectos se han despreciado con fines de simplificar los cálculos.
Fricción, Normal, Fuerza del aire.
4.1.2 Evaluar el error porcentual en las tablas 1,2 y 3 .Proponga una justificación sobre el porqué defiere el valor de la fuerza experimental respecto a la fuerza teórica.
Obtenemos errores porcentuales en cada experimento, ya que no tomamos en cuenta algunas fuerzas que se encuentran ejercida sobre el móvil o la masa de la porta-pesa (Fricción, Normal, Gravedad, Fuerza del aire).
4.1.3 Suponiendo que el error porcentual se debe exclusivamente a fuerzas de fricción, calcule un valor de una fuerza equivalente y su coeficiente de fricción para cada caso. Asuma los valores obtenidos.
	
	Fuerza de fricción 
	Coeficiente de fricción 
	1
	0.1174
	0.045
	2
	0.135
	0.0528
	3
	0.13
	0.0508
	4
	0.12
	0.0339
4.1.4 Según los resultados obtenidos, exprese y justifique el tipo de proporcionalidad entre la fuerza resultante y la aceleración del sistema.
El valor de la fuerza resultante es directamente proporcional a la aceleración del sistema, ya que la masa permanece constante, si los datos de cada experimento se reemplazan en la ecuación general obtendríamos que:
K=R/a
Donde:
 m = Constante= K
Aceleración = a
Fuerza resultantes = R
Por lo cual podemos inferir que la fuerza resultante dividida entre la aceleración siempre resultara igual a la masa del móvil utilizado en el experimento.
2.-Masa del Móvil Variable:
Tabla 3. Móvil con carga 100 gramos.
	Masa Móvil
	0.352 kg.
	1
	2
	3
	4
	5
	Prom. Total
	Aceleración Promedio (m/s²)
	2.84
	2.86
	2.85
	2.85
	2.87
	2.854
	Fuerza promedio (N)
	0.999
	1.006
	1.003
	1.003
	10.10
	1.004
	Análisis
	Valor Teórico
	Valor Experimental
	Error Porcentual
	Fuerza (N)
	0.978
	1.004
	2.68%
	Aceleración (m/s²)
	2.79
	2.854
	2.3%
Tabla 4. Móvil con carga 500 gramos.
	Masa Móvil
	0.752 kg.
	1
	2
	3
	4
	5
	Prom. Total
	Aceleración Promedio (m/s²)
	1.350
	1.348
	1.349
	1.048
	1.349
	1.348
	Fuerza promedio (N)
	1.015
	1.013
	1.014
	1.013
	1.014
	1.0138
	Análisis
	Valor Teórico
	Valor Experimental
	Error Porcentual
	Fuerza (N)
	0.798
	1.0138
	3.66%
	Aceleración (m/s²)
	1.304
	1.0348
	3.43%
Grafica:
4.2.1.- Según el modelo, se agrega sucesivamente masas al móvil ¿Cómo afecta a la aceleración del sistema?¿que tipo de proporcionalidad existe entre la masa y la aceleración? Justifique con ayudade los datos medidos.
- Si agregamos más nasa sobre el móvil, la aceleración disminuirá porque la fuerza será constante en este caso. Y la fuerza aplicada no será suficiente para este móvil.
- Podemos confirmar que la aceleración es inversamente proporcional a la masa, esto observamos en la tabla 3 y la tabla 4, los resultados de estas tablas nos muestra que a mayor masa menor será la aceleración.
4.2.2.- Según los datos medidos ¿cuál es la diferencia entre la aceleración teórica y la aceleración experimental? Exprese para cada caso en términos del error porcentual.
	Aceleración Teórica
	Aceleración Experimental
	 Diferencia
	 Error %
	3.12
	3.146
	0.026
	0.83%
	3.912
	3. 794
	0.118
	3.01%
	2.79
	2.854
	0.064
	2.3%
	1.304
	1.348
	0.044
	3.43%
Dicho error se produce por las fuerzas que obviamos en este experimento.
4.2.3.- Con los datos del montaje, realice un DCL para cada caso suponiendo la presencia de una fuerza de fricción. ¿Es ésta relevante?
Montaje 01	montaje 03
		
 m=0.252 N m=0.350N
	 F=0.080N	F=0.100N
	Fu	Fu
	FN	FN
Montaje 02	montaje 04
		
 m=0.252 N	m=0.750N
	 F=0.100N	F=0.750N
	Fu	Fu
	FN	FN
4.2.4.- ¿De qué depende la fuerza de fricción? ¿Cuál es la evidencia de que la fuerza fricción es relevante en el modelo? Justifique con los datos del montaje.
Depende del rozamiento entre:
1. La cuerda y la polea.
2. La cuerda y la polea del Sensor de Movimiento Rotacional.
3. Las ruedas del móvil y la la superficie de la mesa.
OBERVACIONES
Generales:
· Cuando el móvil está alineado con la polea y el Sensor de Movimiento Rotacional, obtenemos datos más exactos.
· Al utilizar una cuerda con nudos, dichos nudos dificultan el paso dicha cuerda por la polea, lo cual causa que nuestro porcentaje de error se incremente.
· El móvil debe de estar a un metro de distancia de la polea, de esta manera obtenemos más puntos en nuestro grafico y realizar el ajuste lineal más exacto.
Masa de Móvil Constante:
· La porta-pesa debe tener una zona de caída libre, es decir, no debe de existir ningún obstáculo en su caída hacia el suelo, ya que ello origina una curva en la grafica obtenida.
· Cuando la masa de la porta-pesas aumenta, podemos observar que la aceleración también aumenta.
Masa de Móvil Variable:
· La masa cargada en el móvil tiene que estar fijada, ya que cuando se desliza por la superficie del móvil, nuestra grafica describe unos picos(pequeñas curvas).
· Cuando la masa del carro aumenta, notamos que la aceleración disminuye.
CONCLUSIONES
Generales:
· Se cumple la Segunda Ley de Newton.
· Un objeto en reposo, necesita de una fuerza externa para moverse.
· La masa es la constante de proporcionalidad entre la fuerza de resultante y la aceleración.
· La masa es inversamente proporcional a la aceleración.
· La fuerza tiene el mismo sentido que la aceleración.
· Si la fuerza resultante sobre un cuerpo no es nula, dicho cuerpo se mueve con un movimiento acelerado.
 
BIBLIOGRAFIA
· Libro Laboratorio de Fisica II-TECSUP.
· Serway, Raymond A. (1998). Fisica.
· http://www.fisica.usach.cl/~fisicaweb/tecnologoguias/guia3graficasydinamica.com