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INFORME DE FÍSICA

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INFORME DE FÍSICA

I.- INTRODUCCIÓN

Una de las leyes fundamentales que se estudia en la mecánica es la segunda ley de Newton. Esta se utiliza para analizar los movimientos próximos a la superficie terrestre y a la vez en el comportamiento de los cuerpos celestes. Por otra parte, numerosas comprobaciones a lo largo de la historia han permitido confirmar la validez de estas leyes. Por ello, la esencia de este informe se basa en esta comprobación. El determinar qué tan cierta son estas leyes por nuestras propias experiencias.

Este informe está constituido en dos partes importantes. Las cuales son:

- La calibración de los resortes, para así obtener sus valores aproximados de sus constates de proporcionalidad.

- A partir de los datos anteriores se realizara en cálculo de fuerzas de los agentes que intervinieron en la experiencia

Posteriormente se realizará el análisis respectivo de todos los datos obtenidos en la experiencia en general. Para ello utilizaremos tanto tablas y gráficos los cuales nos permitirán ver que tan ciertos son nuestros resultados

II.- OBJETIVO

2.1.-EXPERIMENTO N0 3

a) Estudiar la elasticidad de los resortes por medio de los datos obtenidos experimentalmente.

b) Comprobando la existencia de la fuerza de rozamiento que se generó en la segunda experiencia de laboratorio.

c) Analizar el coeficiente de rozamiento de la superficie donde se realizó la experiencia de laboratorio.

2.2.- EXPERIMENTO N° 4

a) Analizar la variación de la energía mecánica de la experiencia anterior.b) Hallar la fuerza de rozamiento y compararla con la obtenida en la

experiencia N° 3

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III.- PROCESO EXPERIMENTAL (*)

Acoplar el disco a los dos resortes. Conectar la manguera de aire al disco para eliminar la fricción. Instalar el mecanismo del chispero con una frecuencia de 40Hz. Colocar una cartulina blanca debajo del disco. Un integrante del grupo tuvo que manipular el disco para formar una

trayectoria parecida a una L. El chispero dejó una huella de la trayectoria dejada por el disco, luego se contó

un total de 25 puntos desde el punto inicial. Después, en el papel, se usó como referencia la ubicación fija del resorte A,

(punto O), para analizar la trayectoria. Fue necesario medir los radio ri desde el punto O, con una regla, y a la vez los

ángulos i desde un eje de referencia, con un transportador.

(*) Los datos obtenidos para cada experiencia son los mismos, pero se analizará de distinta forma.

IV.-HERRAMIENTAS DE CÁLCULO

4.1.- LEY DE ELASTICIDAD DE HOOKE:

Caso de resortes

F: fuerzaK: constante elástica X: elongación

4.2.-SEGUNDA LEY DE NEWTON:

F: fuerza (N) P: cantidad de movimiento (Kg.m/s)

T: tiempo (s)La fuerza es proporcional a la variación de la cantidad de movimiento respecto del tiempo.

4.3.-FUERZA DE ROZAMIENTO CINÉTICO (fk)

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F=KX

Es aquel fenómeno que se produce cuando dos cuerpos que se encuentran en contacto se mueven o pretenden moverse uno respecto del otro. La fuerza de rozamiento se manifiesta cuando las superficies de contacto están en movimiento relativo.

4.4.- TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA MECÁNICA

→ W (F.N.C.) +W (F.C.)=DEC +DEPG + DEPE

m: masa (Kg) v: rapidez (m/s)k: constante elástica (N/m) x: elongación (m)h: altura (m) g: aceleración de la gravedad (m/s2)b: constante

V.- HOJA DE DATOS Y TABLAS

5.1.- DATOS EXPERIMENTALES

a. Pesos de los instrumentos usados durante la experiencia:

- Resorte 1: longitud natural 10 cm- Resorte 2 : longitud natural 9.5 cm- M20: 20.5 g- M50: 51 g- M100: 10O.5 g- M150: 150 g- M200: 200.5 g- Masa del disco: 845.5 g

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W (neto) = EM

f (𝛅)= kx + bEpe= ∫

0

δ

f (δ¿)dδ ¿ EPG= mghEC= (mv2)/2

DATOS DE LAS PESAS Y DE LOS RESORTES

masa(gr) Long. 1(cm) ᵟa(cm) Long. 2 (cm) ᵟb(cm) F (N)100.5 10.2 0.2 9.9 0.4 0.9849151.5 10.5 0.5 11.3 1.8 1.4847199 11.8 1.8 12.9 3.4 1.9502

251.5 13.9 3.9 14.5 5 2.4647301 15.7 5.7 16.3 6.8 2.9498

348.5 17.4 7.4 18 8.5 3.4153399.5 19.3 9.3 19.7 10.2 3.9151449 20.9 10.9 21.3 11.8 4.4002500 22.7 12.7 23.1 13.6 4.9

520.5 23.5 13.5 23.7 14.2 5.1009

GRAFICA DE LA FUERZA VS DEFORMACION

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0 2 4 6 8 10 12 14 160

1

2

3

4

5

6

f(x) = 0.275010332229707 x + 1.39030235250092R² = 0.999414663387219

F(N) VS DEFORMACION 1

0 2 4 6 8 10 12 14 160

1

2

3

4

5

6

f(x) = 0.289480863260833 x + 0.975887888495475R² = 0.999768727679939

F(N) VS DEFORMACION 2

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5.2.- TABLA DE RESULTADOS DE LA EXPERIENCIA N° 3

N° ti (s) Θi (₀) ax (m/s) ay (m/s) aaju (m/s2) ᵟ1(cm) F1(N)

Eje x (m/s2) Eje y (m/s2) FX (N) FY (N)0 0 120 -9.473 4.709 -9.473 4.709 30 4.868 -8.4311 0.025 119 -1.663 -0.859 -1.663 -0.859 28.6 4.529 -8.172 0.05 117.5 3.378 -4.137 3.378 -4.137 26.6 4.053 -7.7863 0.075 115 6.134 -5.566 6.134 -5.566 24.24 3.429 -7.3534 0.1 112 7.049 -5.553 7.049 -5.553 21.42 2.742 -6.7875 0.125 108 6.533 -4.467 6.533 -4.467 18.45 2.004 -6.1666 0.15 102 4.959 -2.642 4.959 -2.642 15.4 1.17 -5.5027 0.175 96 2.666 -0.377 2.666 -0.377 12.65 0.507 -4.8248 0.2 87 -0.047 2.067 -0.047 2.067 10.05 -0.216 -4.1139 0.225 74.5 -2.916 4.464 -2.916 4.464 8.25 -0.965 -3.481

10 0.25 60.5 -5.711 6.624 -5.711 6.624 7.65 -1.696 -2.99711 0.275 49.5 -8.241 8.393 -8.241 8.393 7.95 -2.291 -2.68312 0.3 40 -10.351 9.652 -10.351 9.652 8.95 -2.918 -2.44913 0.325 34.5 -11.921 10.32 -11.921 10.32 10.35 -3.464 -2.38114 0.35 31 -12.869 10.351 -12.869 10.351 11.25 -3.82 -2.29515 0.375 33 -13.147 9.734 -13.147 9.734 12.9 -4.127 -2.6816 0.4 37 -12.745 8.495 -12.745 8.495 13.1 -3.975 -2.99617 0.425 43 -11.689 6.697 -11.689 6.697 13.25 -3.671 -3.42418 0.45 50.5 -10.041 4.437 -10.041 4.437 13.47 -3.232 -3.92119 0.475 58 -7.9 1.849 -7.9 1.849 13.97 -2.768 -4.42920 0.5 68 -5.4 -0.897 -5.4 -0.897 14.9 -2.054 -5.08521 0.525 77 -2.713 -3.596 -2.713 -3.596 16.4 -1.329 -5.75522 0.55 84 -0.046 -6.005 -0.046 -6.005 17.93 -0.662 -6.30323 0.575 90.5 2.357 -7.847 2.357 -7.847 19.65 0.06 -6.82124 0.6 96.5 4.217 -8.808 4.217 -8.808 21.45 0.83 -7.28125 0.625 102 5.218 -8.538 5.218 -8.538 22.85 1.606 -7.554

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ᵟ2(cm) F2 (N) res (N) exp (m/s2) aexp (m/s2) k (N) fk (N)FX (N) FY (N) FX (N) FY (N) ax (N) ay (N) fx (N) fy (N)

11.8 4.19 1.361 9.057 -7.069 9.484 -7.403 12.031 -18.104 11.567 21.48411 3.884 1.569 8.413 -6.6 8.809 -6.911 11.197 -10.001 5.78 11.551

10.55 3.591 1.91 7.645 -5.877 8.005 -6.153 10.097 -4.418 1.926 4.829.5 3.042 2.251 6.47 -5.103 6.775 -5.343 8.629 -0.613 -0.213 0.649

8.35 2.391 2.519 5.133 -4.268 5.374 -4.469 6.99 1.599 -1.035 1.9058.1 1.754 2.919 3.757 -3.247 3.934 -3.4 5.2 2.481 -1.018 2.6828.9 1.179 3.424 2.349 -2.078 2.459 -2.176 3.284 2.388 -0.445 2.429

10.4 0.56 3.988 1.068 -0.837 1.118 -0.876 1.42 1.478 0.477 1.55312.6 -0.161 4.619 -0.377 0.505 -0.395 0.529 0.66 0.332 1.469 1.50615.6 -0.85 5.366 -1.815 1.885 -1.901 1.973 2.74 -0.969 2.379 2.56918.7 -1.728 6.027 -3.424 3.03 -3.585 3.173 4.788 -2.03 3.296 3.87121.2 -2.376 6.527 -4.667 3.845 -4.887 4.026 6.332 -3.204 4.17 5.25923.5 -3.078 6.914 -5.996 4.465 -6.279 4.675 7.828 -3.889 4.753 6.14125.4 -3.794 7.135 -7.258 4.755 -7.6 4.979 9.086 -4.127 5.101 6.561

26.35 -4.169 7.221 -7.989 4.926 -8.366 5.158 9.828 -4.3 4.959 6.56425.6 -4.129 7.01 -8.256 4.329 -8.646 4.533 9.762 -4.299 4.966 6.56824 -4.025 6.568 -8 3.572 -8.377 3.741 9.174 -4.171 4.541 6.166

21.55 -3.573 6.067 -7.245 2.643 -7.586 2.767 8.075 -3.918 3.753 5.42518.7 -3.135 5.43 -6.368 1.509 -6.668 1.58 6.852 -3.221 2.728 4.222

15.65 -2.64 4.763 -5.408 0.334 -5.663 0.35 5.673 -2.136 1.432 2.57211.9 -1.873 4.017 -3.928 -1.068 -4.113 -1.118 4.262 -1.229 0.211 1.2478.3 -1.069 3.29 -2.398 -2.465 -2.511 -2.581 3.601 -0.193 -0.969 0.9885.3 -0.46 2.608 -1.122 -3.694 -1.175 -3.869 4.043 1.078 -2.04 2.3083.1 0.054 2.053 0.113 -4.768 0.119 -4.993 4.994 2.138 -2.726 3.4642.1 0.536 1.701 1.366 -5.58 1.43 -5.843 6.016 2.662 -2.831 3.886

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GRAFICA DE FUERZA DE ROZAMIENTO VS TIEMPO

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70

5

10

15

20

25

Fk vs t

tiempo

fuer

za d

e ro

zam

ient

o

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5.3.- TABLA DE RESULTADOS DE LA EXPERIENCIA 4

N° ti (s) 𝛅1 Epe1(mJ) 𝛅2 Epe2(mJ) Epetot(mJ) V(m/s) Ec (mJ) Emec (mJ) S(mm) Wfk (mJ) fk (N) fk(exp3) fk (N)

0 0 0.3 1653.75 0.118 331.552 1985.302 0.993 470.838 2456.14 ----- ------ ----- 21.484 3.977

1 0.025 0.286 1520.218 0.11 297.181 1817.399 0.856 349.881 2167.28 16.5 -288.859 17.507 11.551 0.133

2 0.05 0.266 1339.03 0.105 278.607 1617.637 0.914 398.901 2016.538 38.5 -439.601 11.418 4.820 -2.996

3 0.075 0.242 1139.711 0.095 237.397 1377.108 1.086 563.161 1940.269 66 -515.871 7.816 0.649 -4.656

4 0.1 0.214 922.102 0.083 195.682 1117.784 1.305 813.194 1930.978 99 -525.162 5.305 1.905 -1.417

5 0.125 0.184 717.121 0.081 187.086 904.207 1.519 1101.76 2005.967 135.5 -450.172 3.322 2.682 0.712

6 0.15 0.154 532.462 0.089 215.187 747.649 1.69 1363.78 2111.429 175 -344.710 1.970 2.429 1.206

7 0.175 0.126 388.416 0.104 272.538 660.954 1.791 1531.66 2192.614 215.5 -263.525 1.223 1.553 0.553

8 0.2 0.1 271.806 0.126 367.654 639.46 1.807 1559.15 2198.61 257.5 -257.530 1.000 1.506 0.499

9 0.225 0.082 202.222 0.156 518.441 720.663 1.731 1430.76 2151.423 302.5 -304.716 1.007 2.569 1.402

10 0.25 0.076 181.055 0.187 699.811 880.866 1.567 1172.49 2053.356 345 -402.784 1.167 3.871 2.381

11 0.275 0.079 191.512 0.212 864.998 1056.51 1.323 835.782 1892.292 378.3 -563.847 1.490 5.259 3.546

12 0.3 0.089 228.199 0.235 1031.89 1260.08 1.018 494.844 1754.933 409.3 -701.207 1.713 6.141 4.368

13 0.325 0.103 284.289 0.254 1180.54 1464.82 0.68 220.796 1685.625 434.5 -770.514 1.773 6.561 4.801

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INFORME DE FÍSICA

14 0.35 0.112 323.261 0.263 1258.53 1581.79 0.388 71.884 1653.675 456 -802.464 1.760 6.564 4.886

15 0.375 0.129 400.632 0.256 1196.76 1597.39 0.399 76.018 1673.41 466.5 -782.730 1.678 6.568 5.023

16 0.4 0.131 410.531 0.24 1070.06 1480.59 0.692 228.657 1709.248 483.5 -746.892 1.545 6.166 4.870

17 0.425 0.132 418.029 0.215 889.472 1307.5 1.014 490.963 1798.464 507.5 -657.676 1.296 5.425 4.447

18 0.45 0.134 429.141 0.187 699.811 1128.952 1.296 802.016 1930.968 536.8 -525.172 0.978 4.222 3.534

19 0.475 0.139 454.901 0.156 521.16 976.062 1.51 1088.74 2064.801 568.6 -391.338 0.688 2.572 2.033

20 0.5 0.149 504.689 0.119 335.97 840.659 1.642 1287.418 2128.077 609.1 -328.063 0.539 1.247 0.769

21 0.525 0.164 590.121 0.083 193.949 784.07 1.688 1360.561 2144.631 652.1 -311.509 0.478 0.988 0.450

22 0.55 0.179 683.786 0.053 102.358 786.145 1.649 1298.42 2084.564 690.9 -371.575 0.538 2.308 1.648

23 0.575 0.196 796.952 0.031 50.653 847.605 1.537 1128.031 1975.636 727.9 -480.504 0.660 3.464 2.682

24 0.6 0.214 924.299 0.021 31.475 955.774 1.375 902.773 1858.547 763.9 -597.593 0.782 3.886 3.002

25 0.625 0.228 1029.65 0.025 38.821 1068.473 1.196 683.023 1751.496 796.9 -704.644 0.884 3.175 2.285

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INFORME DE FÍSICA

ARUNI 13 13

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70

500

1000

1500

2000

2500

3000

Energía vs Tiempo

Epetot(mJ) Ec (mJ) Emec (mJ)

Tiempo (s)

Ene

rgía

(mJ)

INFORME DE FÍSICA

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INFORME DE FÍSICA

VI. – OBSERVACIONES

6.1.- EXPERIMENTO 3:

A pesar del uso de la manguera de aire, todavía está presente una pequeña fuerza de rozamiento que varía el comportamiento del movimiento del disco estudiado.

Se puede notar de la gráfica que la fuerza de rozamiento al inicio es mucho mayor.

Se aprecia que la ecuación de la fuerza elástica tiene la forma de un y = ax + b. En el punto inicial de la trayectoria la fuerza de rozamiento es máxima y muy

elevada.

La fuerza de rozamiento tiene una forma oscilante a medida que el disco varía su posición.

En la posición inicial hubo influencia externa producida por el contacto entre el disco y la mano que lo sostenía en ese momento.

6.2.- EXPERIMENTO 4:

Se observa que los resortes en todo momento están deformados. La energía cinética es minina en los puntos 14 y 15 de la trayectoria. La energía mecánica tiene una tendencia a disminuir en el tiempo. Se aprecia que en algunas posiciones la energía la energía cinética y la potencial

alcanzan los mismos valores. A pesar de que el aire reduce la fricción, esta sigue apareciendo según las

gráficas obtenidas. La superficie no es uniforme en toda su extensión. La energía cinética en los primeros y últimos puntos son menores.

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VII – CONCLUSIONES

7.1. - EXPERIMENTO 3:

La fuerza de rozamiento que se presenta al inicio es la estática, pero cuando se logra vencer esta fuerza pasa a ser del tipo cinético, siendo esta última menor.

En el punto inicial se presentó una muy elevada fuerza de rozamiento debido al contacto entre la mano y el disco.

La notable diferencia entre las aceleraciones ajustada y experimental son debido a la existencia de la fuerza de rozamiento.

Debido a que la superficie no es uniforme, produce una variación del coeficiente de rozamiento (m).

Se demuestra experimentalmente que el coeficiente de rozamiento puede llegar a ser mayor que la unidad.

Se encontró la ecuación de la fuerza elástica de los resortes siendo estos:FA = 0.275δ + 1.3903 y FB = 0.2895δ + 0.9759.

7.2. - EXPERIMENTO 4:

La fuerza de rozamiento alcanza sus valores más altos cuando la energía cinética tiende a ser mínima. Prueba de ello son los puntos 14 y 15.

La energía mecánica en ningún momento alcanza su energía inicial debido al fuerza de rozamiento (no conservativa) existente.

Debido a que los resortes en todo momento están deformados, la energía potencial elástica nunca es cero en esta experiencia.

Al analizar la fuerza de rozamiento desde perspectivas distintas, ya sea a partir de la segunda ley de Newton o por la variación de la Energía Mecánica se obtiene resultados similares con una muy pequeña variación.

Se ha de concluir que solo la componente de la fuerza neta que es paralela a la trayectoria realiza trabajo sobre el disco, así que solo ella puede cambiar la rapidez y la energía cinética del disco.

La energía potencia elástica aumenta cuando la energía cinética disminuye debido a que la energía no se pierde totalmente, solo se transforma una en la otra.

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VIII - – RECOMENDACIONES

8.1.-EXPERIMENTO 3:

Para lograr un correcto análisis de la constate de elasticidad, se debe tomar los puntos donde se presenta una deformación más notoria.

Para una mayor precisión se debería evitar que la superficie presente alguna inclinación, de lo contrario los resultados podrían variar.

El tiempo de contacto entre la mano y el disco al momento de encender el chispero debe ser mínimo para evitar tener fuerzas adicionales que producen variaciones.

8.2.- EXPERIMENTO 4:

Una mayor calidad en los resortes podrían aumentar la precisión con la que se mida la energía potencial elástica.

Tener cuidado en la obtención de la longitud de la curva al momento de utilizar la cinta métrica.

Existiría una menor perdida de energía si es que se usara una superficie más lisa.

Siempre es necesario tener cuidado con las unidades con la que se trabaja, caso contrario se estaría induciendo al error, (Para ambas experiencias).

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IX. – BIBLIOGRAFÍA

Bolaños C. (2003) Guías de laboratorio de física. Colombia, Bogotá: Ediciones Uniboyaca.

Casado J. (2008). Física I para estudiantes de ciencias e ingeniería. Perú, Lima: Editorial universitaria.

Merian J. (2000). Dinámica (3era edición). España, Barcelona. Leyva H. (2004).Física 1. Perú, Lima Young, Hough D.  Freedman, Roger A., Zemansky, Mark

Waldo, 1900-1981, Sears, Francis Weston, 1898-1975. Física universitaria. México, D. F. : Addison-Wesley , 2010.

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