fisica general sesion 2

Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD Sede Jos Celestino Mutis Calle 14 Sur No. 14-23 Piso 2, Bogot, Colombia.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA

PRACTICAS DE LABORATORIO PARA EL CURSO DE FSICA GENERAL

SESION 2

Desarrollado por:

Wilmer Ismael ngel Benavides1

Miguel Andrs Heredia Ramos2

Mnica Marcela Pea Crdenas3 Juan Carlos Gonzlez Sanchez4

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD

FACULTAD DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGIA E INGENIERA 2012

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1 Tutor Curso de Fsica General. Universidad Nacional Abierta y a Distancia. 2 Tutor Curso de Fsica General. Universidad Nacional Abierta y a Distancia

3 Tutor Curso de Fsica General. Universidad Nacional Abierta y a Distancia 4 Coordinador de Laboratorio de Fsica JCM. Universidad Nacional Abierta y a Distancia.



PRACTICA N 6: Ley de Hooke

TITULO: Ley de Hooke

OBJETIVO: Comprobar la validez de la ley de Hooke, usando varios resortes helicoidales.

PROCEDIMIENTO

Realice el montaje de la figura.

Cuelgue el resorte en el sensor (Newton Sensor). Conecte el otro extremo del resorte y fjelo a la

base deslizante, a travs del sensor de movimiento- Realice las conexiones elctricas de acuerdo

con la figura.



Inicie el software Measure, y fije los parmetros de medida de acuerdo con las siguientes figuras.

PROCEDIMIENTO

Coloque la base deslizante en la posicin inicial, (tenga especial cuidado de no estar ejerciendo

fuerza sobre el resorte). Y haga clic en contine (ntese que las medidas comenzaran y terminaran

de forma manual como se fij en los parmetros anteriores). A continuacin, despacio y

continuamente mueva la base por la regla, a lo largo de 10 cm. El Resultado obtenido debe ser as:



Si los resultados obtenidos no son semejantes al anterior, la principal causa es que el movimiento

de la barrera y la velocidad con que fue hecho. Repita hasta obtener una lnea recta.

En esta prctica el programa MEASURE le proporciona una recta de F vs S F (Newton) y S

(milmetros), para encontrar la constante de proporcionalidad debe tomar por lo menos dos puntos

sobre ella y completar la tabla 1.; Repita el procedimiento para el otro resorte.

RESORTE 1 RESORTE 2

FUERZA (N)

S (m)

TABLA 1

Fuerza en elongacin de resortes

INFORME

1. Encuentre la constante de proporcionalidad de cada resorte e indique sus unidades.

2. Qu significado tiene la pendiente de la recta obtenida?

3. Grafique los resultados obtenidos en la prctica y realice el anlisis respectivo.

4. Haga un anlisis de la prueba y sus resultados.

5. Conclusiones.



PRACTICA N 7: SISTEMAS EN EQUILIBRIO

TITULO: Equilibrio de Fuerzas.

OBJETIVO: Aplicar los conceptos de descomposicin de un vector y sumatoria de fuerzas.

PROBLEMA

Entender la descomposicin de un vector en sus componentes, hacer uso de diagrama de cuerpo

libre para mostrar todas las fuerzas externas que actan sobre un cuerpo y demostrar que el

sistema implementado en la prctica se encuentra en equilibrio.

MATERIALES

1. Dos soportes universales

2. Dos poleas

3. Juego de pesas

4. Una cuerda.

5. Un transportador

PROCEDIMIENTO

Monte los soportes y las poleas como se indica

1. Tome varias pesas y asgneles el valor M3

2. Como se indica en el dibujo, encuentre dos masas M1 y M2 que equilibren el sistema. El

equilibrio del sistema est determinado por los ngulos de las cuerdas con la horizontal y

Tome dos posiciones diferentes para la misma masa M3 y dibuje los diagramas de fuerzas; escriba

los datos obtenidos en la tabla 2, sistema 1.



3. Repita los pasos 1 y 2 con diferentes valores para M1, M2 y M3 y complete la tabla 2, sistemas

2 y 3. Tenga en cuenta que en EL sistema 3, el valor de es diferente al de

M1 M2 M3

SISTEMA 1

SISTEMA 2

SISTEMA 3

TABLA 2

Sistemas en equilibrio.

INFORME

1. Realice el diagrama de fuerzas para cada configuracin implementada.

2. Realice el anlisis matemtico y encuentre el valor de F1, F2 y F3. (Ver anexo 1)

3. Demuestre que el sistema est en equilibrio.

4. Enuncie y explique las dos condiciones necesarias para que un sistema fsico se encuentre en

equilibrio mecnico. Por qu, en esta prctica, solo es necesaria una sola de estas condiciones?

5. Realice las conclusiones respectivas sobre la prctica



PRACTICA N 8: MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE

TITULO: El Pndulo Simple

OBJETIVO: Comprobar la leyes del movimiento armnico simple MAS

TEORIA

Un pndulo consta de una esfera de masa m sujeta a una cuerda ligera de longitud l. Comunicando

al pndulo la energa adecuada se produce un movimiento de carcter peridico.

El periodo de cada oscilacin est dada por:

T

Donde l es la longitud del pndulo y g es la gravedad de la tierra. Esta expresin solamente es

vlida para oscilaciones con pequeas amplitudes, es decir, cuando el ngulo entre la cuerda y la

vertical es muy pequeo (tiende a cero).

MATERIALES

1. Un soporte universal

2. Una cuerda

3. Una pesita.

4. Un cronmetro

PROCEDIMIENTO

1. Ate un extremo de la cuerda a la pesita y el otro al soporte universal.

2. Para una longitud de la cuerda de 100 cm. mida el periodo de la oscilacin de la siguiente

manera: Ponga a oscilar el pndulo teniendo cuidado que el ngulo mximo de la oscilacin no

sobrepase de 25. Tome el tiempo de 10 oscilaciones completas, entonces el periodo (tiempo de

una oscilacin) ser el tiempo de 10 oscilaciones dividido por 10. Repita varias veces.

3. Vare la longitud del pndulo gradualmente disminuyendo 10 cm. cada vez y en cada caso halle

el periodo de oscilacin.

4. Consigne estos datos en la tabla 3



TABLA 3

Tiempo de oscilacin variando longitud del pndulo

INFORME

1. Por qu se debe poner a oscilar el pndulo teniendo cuidado que el ngulo mximo de la

oscilacin no sobrepase los 25?

2. Por qu no es conveniente medir directamente el tiempo de una oscilacin en vez de medir el

tiempo de 10 oscilaciones?

3. Realice una grfica de T = f (L), o sea del periodo en funcin de la longitud y determine qu

tipo de funcin es. Realice el anlisis respectivo de la misma.

4. Calcule la constante de proporcionalidad e indique sus unidades.

5. Qu se puede concluir acerca de la dependencia del periodo de un pndulo con respecto a la

masa?

6. Conclusiones

L(M)

1,0

0,9

T(s)



PRACTICA N 9: SISTEMA MASA - RESORTE

TITULO: Sistema Masa - Resorte

OBJETIVO: Verificar la leyes del movimiento armnico simple MAS en sistema masa-resorte

TEORIA

Cuando se suspende el extremo superior de un resorte de un punto fijo y del extremo inferior se

cuelga una masa m, el movimiento del sistema masa-resorte corresponde al movimiento armnico

simple (MAS), si se le proporciona la energa adecuada.

El periodo de cada oscilacin est dada por:

T

Donde m es la masa suspendida de la parte inferior del resorte y k es la constante de elasticidad

del resorte.

Como se observa, para el sistema masa-resorte el periodo de oscilacin en este caso si depende

de la masa oscilante m.

Despejando k de la expresin del periodo

K=

MATERIALES

1. Un soporte universal

2. Un resorte

3. Un juego de pesitas

4. Un cronmetro



PROCEDIMIENTO

1. Establezca previamente el valor experimental de la masa de cada una de las cinco pesitas de

esta prctica.

2. Fije el extremo superior del resorte al soporte universal y del extremo inferior cuelgue una

pesita.

3. Ponga a oscilar el sistema resorte-masa. Tome el tiempo de 10 oscilaciones completas, entonces

el periodo (tiempo de una oscilacin) ser el tiempo de 10 oscilaciones dividido por 10. Realice

como mnimo tres mediciones y tome el valor promedio.

4. Repita el paso 3 para 5 diferentes masas.

5. Escriba los datos en la tabla 4 y calcule en cada caso k.

m

T

K

TABLA 4

Datos para determinacin de la constante de elasticidad de un resorte

INFORME

1. Establezca la k promediando los valores obtenidos.

2. Determine las unidades de k

3. Grafique m vs T y realice el anlisis respectivo.

4. Analice el efecto producido al sistema masa-resorte por una fuerza externa. Explique.

5. Analice los factores de los que depende la constante de elasticidad de un resorte.

6. Realice el anlisis de la prctica y de sus resultados.

7. Conclusiones.



PRACTICA N 10: LEYES DE NEWTON

TITULO: Segunda Ley de Newton

OBJETIVO: Comprobar la segunda ley de Newton

TEORIA

La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. La fuerza neta aplicada

sobre un cuerpo es proporcional a la aceleracin que adquiere dicho cuerpo. La constante de

proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que se puede expresar la siguiente relacin:

F = m.a MATERIALES

Pida los materiales para el experimento de segunda ley de newton (con riel de aire) asistido por

computador. Y realice el montaje de la figura



Tenga en cuenta que la cuerda que hala el deslizador, no debe golpear contra ningn objeto en el

riel.

PROCEDIMIENTO

1. Inicie el programa Measure, seleccione el mdulo Cobra3 Translation Rotation. Y fije los siguientes parmetros de medida



2. Coloque el deslizador en la posicin inicial y fjelo al sistema de arranque mediante el imn. En el

otro extremo se encuentran las pesas con las que ser halado el objeto. Luego, suelte el deslizador,

observara que la medida comenzara y finalizara automticamente.

3. Observe los resultados obtenidos, y exprtelos a una hoja de Excel para realizar su posterior

anlisis.

4. Incremente la masa del deslizador en 20g (10g a cada lado) realice el mismo procedimiento,

para tomar los datos.

5. En la tabla realice el diagrama de cuerpo libre para el sistema propuesto en la prctica.

M1: Masa del deslizador.

M2: Masa del lastre.

Diagrama 1: FUERZAS QUE ACTAN

SOBRE M1

Diagrama 2: FUERZAS QUE ACTAN

SOBRE M2

TABLA 5

Diagramas de cuerpo libre.

INFORME

1. Grafique utilizando los valores obtenidos en la prctica: v vs t, x vs t, a vs t y realice los anlisis

respectivos.

2. Calcule la aceleracin del sistema, aplicando la segunda ley de Newton, muestre el

procedimiento realizado. (Ver anexo 1)

4. Conclusiones de la prctica.



ANEXO 1

LEYES DE LA DINMICA

FUERZAS

Las fuerzas tienen carcter vectorial. As, no es igual el efecto que produce sobre un cuerpo una

fuerza dirigida hacia arriba que otra, de la misma intensidad, pero dirigida hacia abajo. Por este

motivo, las fuerzas se presentan mediante vectores, con las caractersticas propias de stos5.

El mdulo de un vector Fuerza se mide en el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) en Newtons

(N). Un Newton equivale a la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de 1 Kg de masa, para

causar en este una aceleracin de 1 m/s2. Un newton puede expresarse como:

Es posible clasificar las fuerzas en dos grandes grupos:

Fuerzas de contacto: Son ciertos tipos de fuerzas que se presentan cuando existe contacto

directo entre el cuerpo que produce la fuerza y el cuerpo sobre el que se aplica6. Por ejemplo: la

fuerza de friccin, la fuerza con que se empuja un objeto, etc.

Fuerzas de accin a distancia: Este tipo de fuerzas se presenta cuando no existe contacto

directo entre el cuerpo que produce la fuerza y el cuerpo sobre el que se aplica5. Por ejemplo: la

repulsin o atraccin que ejercen dos cargas elctricas, la fuerza de atraccin gravitatoria, la fuerza

magntica, etc.

_______________________________

5 Serway, R. A. Beichner, R. J. Fsica para Ciencia e Ingeniera Quinta edicin Tomo I. Editorial Mc

Graw Hill. (2004)

6 Bautista, M. Romero, B. C. Carrillo, E. Castiblanco, S. G. Valenzuela, J. P. Fsica I. Editorial

Santillana S.A. (2005)



Primera Ley de Newton (El principio de Inercia)

La primera ley enuncia que para modificar el estado de reposo o de movimiento rectilneo uniforme

de un cuerpo, se debe aplicar una fuerza sobre ste. En trminos generales, cuando ninguna fuerza

acta sobre un objeto, la aceleracin de ste es cero5.

Si la fuerza neta F ejercida sobre un objeto es cero, el objeto continuar en su estado

original de movimiento. Esto es, un objeto permanece en reposo y un objeto en

movimiento con alguna velocidad contina con esa misma velocidad.

Segunda Ley de Newton

La segunda ley explica qu ocurre si sobre un cuerpo en movimiento acta una fuerza. En ese caso,

la fuerza modificar el movimiento, cambiando la velocidad en mdulo o direccin.

La fuerza neta que se ejerce sobre un cuerpo es proporcional a la aceleracin que

produce dicha fuerza, siendo la masa del cuerpo la constante de proporcionalidad5.

Tercera Ley de Newton

Para toda accin existe una reaccin en igual magnitud, pero en sentido contrario.

Algunas Fuerzas comunes

EL PESO: Es la fuerza ejercida por la Tierra sobre un cuerpo5. La direccin del peso est

representada por una recta que une el cuerpo con el centro de la Tierra, con sentido hacia ella.

Para un objeto colocado cerca de la superficie de la Tierra se representa el vector peso hacia abajo.

El peso se denota como W, donde:

LA FUERZA NORMAL: Es la que produce una superficie sobre un objeto que est apoyado en ella.

La fuerza normal es perpendicular a la superficie.

FUERZA DE FRICCIN: Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de friccin entre dos

superficies en contacto a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra



(fuerza de friccin dinmica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de friccin

esttica). Se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscpicas, entre las superficies

en contacto7.

TENSIN: La fuerza que se transmite por medio de una cuerda recibe el nombre de tensin. La

direccin de la cuerda determina la direccin de la tensin, Mecanismos como aquellos de

ascensores o funiculares, se basan en la tensin ejercida a travs de una cuerda.

SOLUCIN DE EJERCICIOS SOBRE LEYES DE NEWTON

1. Un objeto se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal, el peso del objeto es 200 N y

una persona ejerce una fuerza de 120 N sobre ste. Con base en esta informacin:

a. Dibuje las fuerzas que actan sobre el objeto. b. Calcule el mdulo de la fuerza normal y de la fuerza de rozamiento6:

Se tienen presente los datos que se estn dando en el ejercicio:

,

Se realiza el diagrama de cuerpo libre, para revisar las fuerzas que estn actuando sobre el cuerpo:

Puesto que el cuerpo se encuentra en reposo, la fuerza neta que acta sobre el objeto es cero, en consecuencia, la suma de las fuerzas verticales y horizontales es cero.

Se plantean las sumatorias de fuerzas:

_________________________________

7 http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion



Se remplazan los valores conocidos en ambas ecuaciones:

De donde:

La fuerza normal es de 200 N y la fuerza de rozamiento es de 120 N.

2. Para la situacin de la figura, determine la tensin de las cuerdas, teniendo en cuenta que el

peso del objeto es 100 N6.

Se realiza el diagrama de cuerpo libre, para revisar las fuerzas que estn actuando en el cuerpo:

Puesto que el sistema se encuentra en equilibrio, la sumatoria de las fuerzas presentes es cero.

Se plantean las sumatorias de fuerzas:

Se remplazan valores para ambas ecuaciones, haciendo la descomposicin de T1 en cada uno de

los ejes:

(1)

(2) Despejando la ecuacin (2) se obtiene el valor de T1:



Se remplaza el valor de T1 en la ecuacin (1) para determinar el valor de T2

( ) Las tensiones son:

3. Un cuerpo que pesa 20 Kg se encuentra sobre el piso de un ascensor que sube con una aceleracin constante de 0.5 m/s

2 Qu fuerzas actan sobre el cuerpo?, Cul es la magnitud de

cada una de estas fuerzas?

Se tienen presente los datos proporcionados por el ejercicio:

Se realiza el diagrama de cuerpo libre, para revisar las fuerzas que estn actuando en el sistema:

La fuerza neta sobre el sistema es:

(1) Pero segn la ecuacin fundamental de la dinmica, la fuerza neta es:

(

)

Por otra parte el peso del objeto es:

(

)



Remplazando los valores en la ecuacin (1) se obtiene:

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