Segunda Ley De Newton: 1) Objetivos

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SEGUNDA LEY DE NEWTON 1) OBJETIVOS   

Verificar la segunda ley de newton. Comprobar la relación entre la fuerza y la aceleración. Comprobar la relación entre la aceleración y la masa.

2) FUNDAMENTO TEÓRICO 1

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La segunda ley de Newton establece que si un cuerpo de masa m esta sometido a la acción de un fuerza de modulo F, este adquiere un aceleración que tiene la misma dirección y sentido que la fuerza; y su modulo, a, es tal que: F = m*a De acuerdo a esta ecuación si la masa es constante, la aceleración es directamente proporcional a la fuerza y si la fuerza es constante, la aceleración es inversamente proporcional a la masa, luego la segunda ley de newton desde estos 2 puntos de vista; lo cual se hará con el arreglo de la figura 1 2

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En el arreglo de la figura 1 la fuerza es provocada por el peso de la masa m2: la aceleración se determinara con la foto puerta y la rejilla colocada en el deslizador. La rejilla tiene franjas oscuras que obstruyen el haz infrarrojo de la foto puerta; con esto y con la distancia entre las franjas de la rejilla, la computadora con la que trabaja la foto puerta determinara la aceleración del deslizador. Se asumirá que el rozamiento en la polea y en el carril de aire son despreciables; además, tanto m1, que esta constituido por el deslizador, como m2 que esta constituida por el porta pesas , pueden variarse mediante la colocación de diferentes pesas. 5

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En el sistema de la Figura 1, la fuerza que acelera a las dos masas, que están unidas entre si por un hilo inextensible, es el peso del porta pesas, es decir: F = m2*g Y como la masas acelerada es m1 + m2, la segunda ley de Newton, para este caso, puede escribirse de la siguiente manera: F = (m1+m2)*a 6

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o de la siguiente forma: F = M*a

donde: M = m1+m2

Manteniendo M constante puede estudiarse la relación entre F y a; para ello habrá que variar F y ver como varia a, pero como F es el peso de m2 habrá que variar m2 y, para mantener M constante, también habrá que variar m1. Para estudiar la relación entre a y M la ecuación 4 puede escribirse como: 7

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a = F/M manteniendo F constante puede estudiarse la relación entre a y M; F se mantiene constante manteniendo constante m2, M puede variarse variando m1 y así ver como varia a. MATERIAL Y MONTAJE  Carril de aire para el movimiento  Computadora 8

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 Cuerpos para variar las masas  Balanza 3) PROCEDIMIENTO Masa constante.  Montar el arreglo de la figura 1 nivelando el carril con sus tornillos de soporte. También de be verificarse que la foto puerta este a una altura tal que las franjas de la rejilla bloqueen el haz infrarrojo al pasar por la foto puerta. 9

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 A través del conector tipo telefónico, conectar la foto puerta a ala entrada DIG/SONIC 1 de la interfaz LabPro y conectar esta interfaz a la entrada usb de la computadora.  Iniciar el programa Logger pro y abrir el archivo 03NEWTON.cmbl.  Colocar todas las masas disponibles en el porta pesas. Medir la masa M del deslizador y del porta pesas juntos  Medir la masa del porta pesas m2 y anotar su valor en la tabla 1 de la hoja de datos.  Sujetar el deslizador como se muestra en la figura 1. activar el botón tomar datos de la barra de herramientas y, después de que este botón se convierta 10

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en el botón detener, soltar el deslizador. Después de que el deslizador haya pasado por la foto puerta, detener el deslizador antes de que choque con el extremo izquierdo del carril. El programa automáticamente calculara 8 valores de la aceleración, que se supone constante, y el valor promedio.  Verificar que el programa haya calculado los 8 valores de la aceleración y anotar el valor promedio en la tabla 1 de la hoja de datos.  Quitar dos mazas del porta pesas y colocarlas en el deslizador (una en cada lado). De esta manera no se altera el valor de M, pero si de F  Volver al punto 5, hasta llenar la tabla 1. 11

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Fuerza constante.  Colocar todas las masas disponibles en el porta pesas y medir su masas, m2.  Medir la masa del deslizador en aproximadamente 100(g) colocándole las pesas necesarias (la misma en cada lado)  Repetir el mismo proceso hasta llenar la tabla 2 de la hoja de datos. 4) ANALISIS DE DATOS. Masa constante: 12

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5) CUESTIONARIO. 4.1.- En el sistema de la figura 1, ¿Cuál es la fuerza que acelera la masa m1 ? Explicar. 15

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F = m2 * g De acuerdo a esta ecuación, la fuerza que acelera el sistema ( m1 + m2 ) es el peso de m2 ya que esta masa no tiene interacción horizontal y por lo tanto tiene atracción gravitacional debido a su propio peso y considerando que esta masa esta unida a m1 mediante un hilo inextensible, entonces el sistema es acelerado gracias a la fuerza que ejerce el peso de m2 .

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4.2.- En el sistema de la figura 1, ¿Cuál es la fuerza que acelera la masa m2 ? Explicar. Como se explico anteriormente, todo el sistema es acelerado por el peso de m2 . 4.3.- En el sistema considerado en este experimento ¿Cuál seria el valor de la masa m2 necesaria para hacer que el deslizador se mueva con velocidad constante? Explicar. . 17

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Velocidad constante implica que la aceleración del sistema sea cero, entonces si es Ali se tiene:

F = ( m1 + m2 ) * a

a=0=

F m1 + m2

F =0 m2 * g = 0 m2 = 0 18

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De acuerdo a esta deducción y considerando la primera ley de Newton que dice: “Todo cuerpo continua en su estado de reposo o de velocidad uniforme en línea recta a menos que una fuerza neta que actué sobre el y lo obligue a cambiar ese estado “. Si en el experimento la fuerza es cero entonces m2 no debería existir. Pero si m2 no existe entonces el sistema esta en reposo y no con velocidad constante. Conclusión: El deslizador NUNCA se moverá con velocidad constante

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4.4.- De acuerdo con la segunda ley de Newton. ¿Qué es la masa? Masa es la medida cuantitativa de la inercia ,e inercia es la tendencia que presenta un cuerpo en reposo a permanecer inmóvil o la de un cuerpo en movimiento a tratar de detenerse. Cabe mencionar también que la masa es una magnitud escalar. 4.5.- ¿Qué es el peso?

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Peso, es una magnitud vectorial la cual representa la fuerza con la que el cuerpo es atraído hacia un centro gravitacional. 6) CONCLUSIONES El experimento definió claramente la segunda ley de Newton y la relación entre fuerza-aceleración y masa-aceleración.

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También se pudo notar que en la primera parte (masa constante) la grafica a vs. f no fue una recta perfecta, esto puede deberse a los diferentes errores aleatorios que se presentan en todo experimento.

7) BIBLIOGRAFÍA -

Laboratorio de Física Básica I Ing. René A. Delgado Salguero 22

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Física Mecánica 5ª EDICIÓN 2005 Alfredo Álvarez C. Eduardo Huayta C. La Paz – Bolivia La Biblia de la Física Y Química EDICIÓN 2003 Lexus Editores (Printed España)

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