lab 5 maquina de atwood - fuerza centripeta.pdf

8/16/2019 lab 5 maquina de atwood - fuerza centripeta.pdf

1/35

Alumno (s):

Apellidos y Nombres NotaQuecaño Huallpa Ever Evelio

Condori Jimenez Juan GustavoAguirre Succlla Luis Diego

Chavez Chavez hugo

Profesor: Prof. Fis. Julio Cesar Rivera Taco

Especialidad: C-2 Grupo: D

Fecha de entrega : 10 05 2016 Mesa de Trabajo : 6

CURSO: MECANICA DE SOLIDOSLABORATORIOPRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 05“MÁQUINA DE ATWOOD – FUERZA

CENTRIPETA”


2/35

1. INTRODUCCION

La máquina de Atwood es una máquina inventada en 1784 por George Atwoodcomo un experimento de laboratorio para verificar las leyes mecánicas delmovimiento uniformemente acelerado. La máquina de Atwood es unademostración común en las aulas usada para ilustrar los principios de la Física, específicamente en Mecánica.

La máquina de Atwood consiste en dos masas, y , conectadas por unacuerda inelástica de masa despreciable con una polea ideal de masa

despreciable. Cuando , la máquina está en equilibrio neutral sin importar

la posición de los pesos. Cuando ambas masas experimentan una aceleración

uniforme.

En esta práctica trataremos el fenómeno que sucede en el experimento de lamáquina de atwood, para lo cual realizaremos el experimento donde seobservara el efecto del sistema mecánico de masa cuerda. Utilizaremos losconocimientos adquiridos en clase para realizar los histogramas y se aplicaranen las mediciones tomadas. Determinaremos la ley física no lineal y susimplicaciones.

https://es.wikipedia.org/wiki/1784https://es.wikipedia.org/wiki/George_Atwoodhttps://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Poleahttps://es.wikipedia.org/wiki/Poleahttps://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nicahttps://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttps://es.wikipedia.org/wiki/George_Atwoodhttps://es.wikipedia.org/wiki/1784


3/35

2. OBJETIVOS

1) Estudiar la relación entre fuerza, masa y aceleración empleando una máquinade Atwood.

2) Determinar experimentalmente la aceleración del sistema.3) Determinación de la fuerza centrípeta en un péndulo.

3. ANALISIS DE TRABAJO SEGURO

Anàlisis de trabajo seguro (ATS) EXPERIMENTO MAQUINA DE ATWOOD FUERZA

CENTRIPETAFECHA DE ENTREGA 10/05/16

DOCENTE Julio César Rivera Taco MESA DE TRABAJO 06Nº PASOS BASICOS

DEL TRABAJODAÑO (RIESGO)PRESENTE EN CADACASO

CONTROL DEL RIESGO

1 Ingreso allaboratorio

Tropiezos al momento delingreso

Dejar as mochilas en los anaqueles para que nointerrumpan el laboratorio.

1 Recepción de losmateriales que seutilizaran para el lab.

Mientras nos trasladamospodemos tropezar y dañarlos materiales

Recoger los materiales con cuidado sinapresurarse

2 Reconocimiento delos materiales, equipo

y software

La mala posición de losmateriales en lugares

inadecuados

Colocar los materiales en lugares segurosdonde no puedan correr riesgos

3 Instalación de losmateriales para elexperimento

Daño de los materialesdelicados por una malamanipulación apresurada.

Manipular los materiales con cuidado siguiendolas reglas del laboratorio

4 Utilización del sensorpara realizar loscálculos respectivos.

Una mala manipulación delos sensores podríadificultar el trabajo delaboratorio.

Mantener los materiales peligrosos a unadistancia considerable respetando las medidasde seguridad del laboratorio

5 Verificación ydevolución de losmateriales utilizados

Caída de materiales ,tropiezos y daños físicos alos materiales yestudiantes

Transportarse por el laboratorio con cuidado y evitar obstáculos en el camino

6 Orden y limpieza Lesiones Tener cuidado al limpiar, evitar obstáculos

7 EPP adecuado Electrocución, accidentesgraves

Antes de cualquier laboratorio, usar el equipode protección personal adecuado. Ejm. Comobotas de seguridad, mameluco, guantesadecuados, etc.

GRUPO D ESPECIALIDAD C-2 COORDINADORDE GRUPO


4/35

4. FUNDAMENTO TEORICO

La máquina de Atwood es unademostración común en lasaulas usada para ilustrar los

principios de la Física,específicamente en Mecánica.

F cp = m a cp Se llama fuerza centrípeta a la fuerza,o al componente de la fuerza que actúasobre un objeto en movimiento sobreuna trayectoria curvilínea, y que estádirigida hacia el centro de curvatura dela trayectoria .

MAQUINA DE ATWOOD – FUERZACENTRIPETA

https://es.wikipedia.org/wiki/Centro_de_curvaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Trayectoriahttps://es.wikipedia.org/wiki/Trayectoriahttps://es.wikipedia.org/wiki/Trayectoriahttps://es.wikipedia.org/wiki/Centro_de_curvatura


5/35

5. MATERIALES

Computadorapersonal conprogramaPASCO

CapstonTM instalado

SENSOR DEFUERZA

Interface850 universalInterface

Pesas conportapesas

Sensor demovimientorotacional (1)

Un PhotogatePort PS-2123

Un PhotogateHead ME-9498A Regla

Una nuezinvertida

varillas de 25cm


6/35

6. PROCEDIMIENTO

4.1 Determinación de la aceleración.

Ingrese al programa PASCO CapstoneTM, haga clic sobre el icono crearexperimento y seguidamente reconocerá el sensor de movimiento rotacional,previamente insertado a la interfase 850 universal Interface.

Seguidamente configure el sensor a aceleración lineal a 50 Hz y arrastre elicono GRÁFICOsobre dicha aceleración (configúrelo a 2 decimales).

Haga el montaje de la figura 3, ponga el sensor rotacional perfectamentevertical a fin de que no reporte lecturas erróneas y utilice la polea de mayortamaño.

Con el montaje de la figura sólo hace falta que suelte las pesas que se iráincrementando gradualmente de velocidad hacia abajo, mientras se hace estaoperación, su compañero grabará dicho proceso.

Verifique el radio de la polea al configurar el sensor, no trabaje con datoserróneos.

No permita que las pesas golpeen la polea del sensor rotacional, lapesa M1 debe tocar ligeramente el piso al iniciar el experimento.

Sensor

rotacional

Varilla

Nuez doble

Base

Pesa M 1

Pesa M 2

Figura 3.Montaje experimental.


7/35

Inicie la toma de datos soltando el móvil y oprimiendo el botón INICIO en labarra de configuración principal de PASCO CapstoneTM. Utilice lasherramientas de análisis del programa para determinar la aceleración lineal.

Repita pel proceso hasta completar 5 mediciones. Borre las medicionesincorrectas, no almacene datos innecesarios.

Llene las tablas 1, 2, 3 y 4, calculando el error porcentual, para lo cual halleademás la aceleración teórica.

Tabla N° 1

M1 + M 2 = 100.5 gM1 = 40,1 g y M 2 = 60.3

g 1 2 3 4 5Prom.Total

Aceleración lineal (m/s 2) 1.730 1.631 1.734 1.723 1.678 1.699

Fuerza neta (N) 0.104 0.098 0.105 0.104 0.101 0.102

Análisis Valor Teórico Valor PromedioExperimentalError porcentual

Aceleración (m/s 2) 1.960 1.699 13.3 %

= 9.74 . − .

. + . = 1.960

= 100 | . − . |

.= 13.3 %

Gráfica 1. Aceleración en función del Tiempo


8/35




9/35




10/35

Tabla N° 2

M1 + M 2 = 50.7 gM1 = 20.3 g y M 2 = 30.4g 1 2 3 4 5 Prom. Total


Fuerza neta (N) 0.046 0.046 0.047 0.046 0.045 0.046

Análisis ValorTeórico

ValorPromedio

Ex erimentalError porcentual

Aceleración (m/s 2) 1.940 1.513 22 %

= 9.74 . − .. + .

= 1.940

= 100 | . − . |

.= 22 %



11/35




12/35




13/35

Tabla N° 3

M2 - M1 = 40.2 gM1 = 60.3 g y M 2 = 20.1 g 1 2 3 4 5 Prom. Total


Fuerza neta (N) 0.26 0.258 0.256 0.263 0.259 0.259

Análisis Valor Teórico Valor PromedioExperimental Error porcentual

Aceleración (m/s 2) 4.87 4.299 11.7 %

= 9.74 . − .. + . = 4.87

= 100 | . − . |

.= 11.7 %



14/35




15/35




16/35

Tabla N° 4



Fuerza neta (N) 0.103 0.102 0.103 0.104 0.101 0.103


Aceleración (m/s 2) 1.631 1.458 10.6 %

= 9.74 . − .. + .

= 1.631

= 100 | . − . |

.= 10.6 %



17/35




18/35




19/35

4.2 Determinación de la fuerza centrípeta en un péndulo.

Ingrese nuevamente al programa Data Studio TM, haga clic sobre el icono crearexperimento y seguidamente reconocerá el sensor de fotopuerta y de fuerza,previamente insertado a la interfase 850.

Seguidamente configure el sensor de fotopuerta a la opción “fotopuerta ypéndulo”, introduzca el ancho de la masa pendular. Arrastre el icono GRAFICO sobre la velocidad del péndulo.

Haga clic en el icono CONFIGURACION y seleccione tiro positivo a unafrecuencia de 50 Hz . Luego presione el icono del SENSOR DE FUERZA 1 luegoseleccione numérico y cambie a 2 cifras después de la coma decimal. Arrastreel icono GRAFICO sobre el sensor de fuerza tiro positivo.

Haga el montaje de la figura 4, ponga el sensor de fuerza perfectamente verticala fin de que no reporte lecturas erróneas y una vez colocado de esta manera ysin ninguna fuerza adicional apriete el botón Zero colocado sobre el mismosensor.

Haga oscilar el péndulo, mientras se hace esta operación, su compañero grabarádicho proceso, la longitud del péndulo se mide desde el punto d oscilación hastael centro de masa del cuerpo, que debe estar a la altura del diodo LED del sensor(ver figura 4).

Varilla

Nuez doble

Base

Nuez doble

Fotopuerta

Sensor defuerza

Figura 4. Montaje experimental.Inicie la toma de datos alejando la masa pendular 30 centímetros y soltando elmóvil y oprimiendo el botón INICIO en la barra de configuración principal dePasco Casptone TM. Utilice las herramientas de análisis del programa paradeterminar la aceleración lineal.

Llene las tablas 5 y 6 en base a mediciones registradas durante 20 segundos,

calculando el error porcentual, para lo cual halle además la aceleración centrípetateórica.


20/35

Tabla N° 5

Longitud 30 cmMasa = 0.0495 kg 1 2 3 4 5 Prom. Total

velocidad (m/s) 0.7 0.7 0.7 0.82 0.79 0.742

Fuerza centrípetamedida (N)

0.081 0.081 0.081 0.111 0.103 0.092


Aceleración centrípeta(m/s 2)

1.859 1.835 1.3 %

= 0.0495 . . = 0.092

. = . ó =

. =.

.= 1.835 . ó =

..

= 1.859

= 100 1.859 1.835

1.859 = 1.3 %

Gráfica 21. Fuerza en función del Tiempo


21/35

Gráfica 22. Velocidad en función del Tiempo





22/35






23/35


Tabla N° 6

Longitud 39.7 cmMasa = 0.0596

kg 1 2 3 4 5Prom.Total

velocidad (m/s) 0.80 0.74 0.70 0.69 0.74 0.734

Fuerza centrípetamedida (N)

0.096 0.082 0.074 0.071 0.082 0.081

Análisis Valor Teórico Valor PromedioExperimentalError

porcentual

Aceleracióncentrípeta (m/s 2)

1.359 1.357 0.2 %

= 0.0596 ..

= 0.081

. = . ó =

. =..

= 1.357 . ó =.

.= 1.359

= 100 1.359 1.357

1.359 = 0.2 %


24/35






25/35






26/35



7. CUESTIONARIO

5.1 Después de realizar el proceso Determinación de la aceleraciónresponda:

5.1.1 Compare la diferencia entre el valor de la aceleración teórica y laexperimental ¿Qué razones justificarían esta diferencia?

Ambos valores, valor teórico y el valor experimental son diferentesya que el valor teórico es un valor ideal de la aceleración, mientraslos valores experimentales influyen diferentes y diversos factoresque se presentan como la oscilación de las pesas al descender,precisión de las pesas al momento de detenerlas, etc.


27/35

5.1.2 Compare los resultados de las tablas 1 y 2 ¿A qué relación llega? Explique

Tabla N° 1

M1 + M 2 = 100.5 gM1 = 40,1 g y M 2 = 60.3

g 1 2 3 4 5Prom.Total


Fuerza neta (N) 0.104 0.098 0.105 0.104 0.101 0.102

Análisis Valor Teórico Valor PromedioExperimentalError porcentual

Aceleración (m/s 2) 1.960 1.699 13.3 %

Tabla N° 2

M1 + M 2 = 50.7 gM1 = 20.3 g y M 2 = 30.4g 1 2 3 4 5 Prom. Total


Fuerza neta (N)0.046

0.046 0.047 0.046 0.045 0.046

Análisis ValorTeórico

ValorPromedio

Ex erimentalError porcentual

Aceleración (m/s 2) 1.940 1.513 22 %

Al usar masas de distintos pesos en la tabla 1 y 2 las aceleraciones en ambastienen una aproximación con un porcentaje de error aproximado, esto se debe

a las diferentes causas como por ejemplo el rozamiento de las poleas o el malmovimiento de las pesas durante el experimento.


28/35

5.1.3 Compare los resultados de las tablas 3 y 4 ¿A qué relación llega? Explique.

Tabla N° 3



Fuerza neta (N) 0.26 0.258 0.256 0.263 0.259 0.259


Aceleración (m/s 2) 4.87 4.299 11.7 %

Tabla N° 4



Fuerza neta (N) 0.103 0.102 0.103 0.104 0.101 0.103

Análisis Valor TeóricoValor Promedio

Experimental Error porcentual

Aceleración (m/s 2) 1.631 1.458 10.6 %

Se observa en la tabla 3 y 4 una aceleración de ambas tablas más distanciadas quese diferencia la las tablas 1 y 2 que tienen su aceleración cercanas, la magnitud estahará que su aceleración neta cuente en función al de mayor.


29/35

5.1.4 Represente y analice tres situaciones de la máquina de Atwood en su

especialidad

la maquina de atwood se ve en el funcionamiento de ascensores ya

que es importante la diferencia entre la masa que en este casosería la caja de elevador y el contrapeso, esto es para que elmotor una fuerza minima para que la elevación no sea dificultoza

y por ende no consuma demasiada energía.

En el sistema de funcionamiento de esta grúa ya que requiere peso en elotro extremo para cargar una cantidad de material u objetos.


30/35

Se ve un sistema de poleas que ayuda a cargar el peso requerido graciasa contrapeso.

5.1.5 Podría establecerse alguna relación en la máquina de Atwood de acuerdoa los resultados obtenidos de las cuatro tablas. Justifique su respuesta

Se comprobó que mientras la diferencia entre las masasaumente, la aceleración resultante será mayor, y si esta

diferencia disminuye la aceleración resultante disminuyetambién.

5.2 Después de realizar el proceso de la Determinación de la fuerzacentrípeta en un péndulo responda:

5.2.1 Compare la diferencia entre el valor de la fuerza centrípeta teórica y laexperimental ¿Qué razones justificarían esta diferencia?

La causa podría ser de un error técnico o mala manipulación de losequipos, también pudo ser un error de medición por una malacalibración.

5.2.2 Compare los resultados de las tablas 5 y 6 ¿A qué relación llega? Explique

El error que se obtuvo podría ser por no considerar la mas de la cuerda, tamnienpor no tomar los datos exactos de las pesas tomando su peso exacto en la balanzaelectrónica, el cual se le tubo q aumentar más peso para alcanzar lo indicado, almomento de unir las pesas no se consideró el peso de la cinta, esto influye en elerror que se calculó.


31/35

5.2.3 ¿Qué factores afectan a la fuerza centrípeta de un péndulo en sumovimiento pendular?

Los factores que podrían influir en la fuerza centrípeta serian: Laresistencia del aire, la gravedad, el cambio de dirección por el ángulo,la posición donde sueltas la partícula.

5.2.4 ¿Depende la fuerza centrípeta de la velocidad del péndulo?

Si la fuerza depende directamente de la velocidad al igual que de laaceleración.

5.2.5 Realice el DCL en la trayectoria del movimiento pendular en la posición deequilibrio encuentre el valor de la tensión (utilice los valores promedio)


32/35

8. PROBLEMAS.Los problemas a continuación se desarrollarán y se presentará en el informe.

Problema 01 . The 75-kg man climbs up the rope with an acceleration of 0.2Sm/s 2, measured relative to the rope. Determine the tension in the rope andthe acceleration of the 80-kg block.

Ecuaciones de movimiento: haciendo referencia a las figuras A y B .

↑ Σ = . ; 75 (9.81 ) = 75 (1) ↑ Σ = . ; 80 (9.81 ) = 80 (2) Cinemática:Aquí, la cuerda tiene una aceleración con una magnitud igual a lade bloque A, es decir, y se dirige hacia abajo.

(+↑) = + m/r

= − + 0.25 (3)Resolviendo las ecuaciones. (1), (2), y (3):

= −0.19548 ⁄ 2 = 0,195 ⁄ 2 ↓ = 769.16 = 769

= 0.4455 ⁄ 2


33/35

Problema 02. Blocks A and B have a mass of rnA and rn B, where rn A > rnB. If pulleyC is given an acceleration of a 0, determine the acceleration of the blocks. Neglectthe mass of the pulley.

Ecuaciones de movimiento: haciendo referencia a las figuras. (a y B)+↑ Σ = ; − ∗ = (1)+↑ Σ = ; − ∗ = (2)

Eliminando la T partir de las ecuaciones. (1) y (2)( − ) = − (3)

Cinemática: La aceleración de los bloques A y B con respecto a la polea C será de lamisma magnitud. Si suponemos que / = / = se dirige hacia abajo,/ también debe ser dirigido hacia abajo para ser coherente.

(+↑) = + ⁄ (+↑) = 0 − (4)

(+↑) = + / = 0 − (5)

Eliminando a partir de las ecuaciones (4) y (5)

=2 ( )

( )↑

=2 ( )

( )↑


34/35

9. Aplicación a la especialidad.

Se presentaran un mínimo de 2 aplicaciones del tema del laboratorio referido a suespecialidad.

APLICACION # 1 :

Una de las aplicaciones que podemos dar para la fuerza centrípeta es a la hora deponer en movimiento a una grúa la cual debe analizar la fuerza del móvil que deseemover para no tener complicaciones a la hora de ejercer el movimiento. Ademas quefacilota mucho el traslado de materiales pesados y de dicil transporte mas que todoen zonas altas y complicadas.

APLICACION # 2 :

La fuerza que soportan los pernos que sujetan el aspa al eje será la fuerza centrípetaque la obliga a girar más la acción del peso. Es un claro ejemplo en os molinos.


35/35

10. OBSERVACIONES

Se notó una deficiencia en la energía eléctrica ya que se cortaba,

esto demoro y dificulto la realización del laboratorio.No se tomó en cuenta el peso despreciable de la cuerda, estoocasiona un error porcentual e influye en los cálculos.se observó el efecto que causa el campo gravitacional de latierra sobre una partícula.La toma de datos no fue muy precisa ya que se tubo q detenercada vez el experimento con una persona que tenía quepercatarse de los movimientos para no dañar los objetos.

11. CONCLUSIONES

La aceleración es inversamente proporcional a la suma total delas masas del sistema.

La fuerza centrípeta aumenta si hay un aumento de masa porparte de la fuerza que esta sometida. La maquina de atwood presenta un movimiento con velocidad

constante. Dentro de lo que fue la hipótesis científica se establecieron lasrelaciones entre los hechos los cuales verificamos y de loscuales se pudieron predecir y explicar el comportamiento delcuerpo en caída libre.Se concluye que la aceleración de un sistema en la máquina deAtwood depende esencialmente de la proporción de las masas.

12. BIBLIOGRAFIA (según formato de la APA)

Serway. Jennet. FISICA PARA CIENCIAS E INGENIERIAS (2008) HIBBLER. R.C. INGENIERIA MECANICA ESTATICA (2010) 12ºED.

Mexico.Person Education. Serway. Física. Editorial McGraw-Hill (1992) Tipler P. A. Física. Editorial Reverté (1994). Alonso M. y Finn E. J. Física. Editorial Addison-Wesley

lab 5 maquina de atwood - fuerza centripeta.pdf

Documents