DINAMICA: CONSTRATACION DE LAS LEYES

DE NEWTON

EXPERIENCIA N°07

I. OBJETIVO

- Verificar las leyes de Newton

II. FUNDAMENTO TEORICO

Hay que conocer las leyes de Newton que son tres:

a) Ley de Inercia

“Si no existe una fuerza resultante sobre un cuerpo, su aceleración es cero”.

Luego la inercia de reposo cuando un cuerpo no cambia de posición respecto de las

coordenadas referenciales con que es descrito; y la inercia de movimiento rectilineo

uniforme (MRU) cuando el cuerpo se mueve con velocidad constante o invariante.

b) Ley de Fuerza y Aceleración

“La velocidad con la cual cambia la cantidad de movimiento un cuerpo, es

proporcional a la fuerza resultante no equilibrada que soporta el cuerpo, y esa

variación de la velocidad con respecto al tiempo se encuentra en la misma dirección

y sentido de la fuerza”

Se expresa en la fórmula: F = d p

d t

Donde:dp = mdv , cantidad de movimiento o momentum lineal

m , masa del móvil

v ; velocidad

c) Ley de Acción y Reacción

“La interacción mutua que se ejercen dos cuerpos son dos fuerzas

simultáneas iguales y dirigidas en sentido contrario”.

Indistintamente una es fuerza de acción y la otra de reacción.

Hay que notar que estas fuerzas actúan sobre cuerpos diferentes y sobre la

base de estas leyes se desarrollan las acciones experimentales.

III. PROCEDIMIENTO

* De la Relación Fuerza y Aceleración

1. Use la balanza de 3 brazos para masas mayores de 610g. Coloque la

pesa de 295.0g en el extremo de los brazos, lo cual le permite medir hasta 1610g.

Mida la masa del carro.

2. Se coloca la prensa porta-polea en el borde ancho de la mesa y ajuste

verticalmente el listón de madera, el cual servirá como parachoques.

3. Se coca la cinta sobre la mesa y marque una distancia de 75cm entre

el punto de partida y el parachoques.

4. Se alinea la cuerda que ha de jalar el carro con la altura de la polea

estando paralelo a la mesa; vea que la cuerda tenga la longitud apropiada.

5. Se coloca sucesivamente bloques de 50g sobre el carro, hasta 4

bloques, para tener el carro con masa variable. Se coloca el portapesas en el extremo

de la cuerda después de la polea.

6. Se coloca el carro antes de la línea del partidor, se sincroniza el inicio

del desplazamiento con el cronómetro y se toma el tiempo; p[ara bloques del

portapesas de 50g de masa que lo llamará F1 , luego se continua colocando bloques

de 50gr sobre el portapesas, que son las F2 , F3, F4 y F5 respectivamente y se toma

los tiempos que demore en recorrer la distancia de 75 cm para cada bloque.

7. Se consignan los datos en la Tabla 1.

TABLA 1

Masa del carro = 1.43 Kg

(d) Distancia a recorrer = 0.75 m

t1

(

s)

t2

(

s)

t3

(

s)

t

(

s)

t2

(

s)

a

(

m/s2)

m

(

Kg)

F

(=mg)

(

N)

5

.42

2

.30

1

.80

1

.53

1

.32

5

.90

2

.45

1

.81

1

.46

1

.41

5

.79

2

.52

1

.71

1

.43

1

.35

5

.70

2

.42

1

.77

1

.47

1

.36

3

2.57

5

.88

3

.14

2

.17

1

.85

0

.023

0

.128

0

.239

0

.346

0

.4

0

.05

0

.10

0

.15

0

.20

0

.25

0

.49

0

.98

1

.47

1

.96

2

.45

* La Relación Masa y Aceleración

1. Arme el Montaje N°1 según la figura. Mida la masa del carro.

Coloque el portapesas, esta es la fuerza constante que se aplicará al coche para

desplazarlo una distancia de 75 cm.

2. Tome 3 veces el tiempo que demora el carro en cubrir la distancia de

75 cm

3. Aumente la masa del móvil colocando sobre el carro una carga de

200g de masa y proceda a medir 3 veces el tiempo, se prosigue de igual manera

aumentando la carga en 200g y así hasta llegara 800 g.

TABLA 2

Portapesas, fuerza constante = 0.49 N

Distancia a recorrer (d) = 0.75 m

t

1

(

s)

t

2

(

s)

t

3

(

s)

t

(

s)

t2

(

s)

a

(

m/s2)

Ca

rga de

masa (g)

Masa

del móvil con

carga (Kg)

5

.42

5

.92

7

.31

1

1.3

5

.9

5

.88

7

.33

1

0.9

5

.79

5

.94

7

.29

1

1.1

5

.70

5

.93

7

.31

1

1.1

3

2.6

3

4.96

5

3.44

1

23.24

0

.023

0

.021

0

.014

0

.006

20

0

40

0

60

0

80

0

0.2

0.4

0.6

0.8

* De la Relación de la Fuerza en la Acción y Reacción

1) Arme el Montaje N°2 según la figura:

Ahora conteste la pregunta ¿Qué significa el valor que indica el

dinamómetro?

El valor del dinamómetro significa que el sistema está en equilibrio porque

esta marcando la fuerza del peso de la izquierda lo cual es igual a la fuerza aplicada

por el peso de la derecha.

2) Arme el Montaje N° 3

i) De un tirón normal con una fuerza que sea suficiente como arrastrar

o deslizar la pesa sobre la mesa. ¿En qué punto de las cuerdas se rompe?

Explique lo sucedido.

La cuerda se rompe en el punto A porque al jalar lenta y progresivamente

todo el sistema, la pesa y las 2 cuerdas se vuelven una y al llegar a su límite la

cuerda se rompe en el punto A.

ii) De un tirón seco, con una fuerza brusca, en forma rápida ¿en qué

punto de las cuerdas se rompe? Explique lo sucedido.

La cuerda se rompe en el punto B porque al jalar rápido y bruscamente el

sistema solo es formado por la pesa y la cuerda inferior y de esta forma todo es tan

rápido que al llegar al límite la cuerda se rompe en el punto B.

IV. CUESTIONARIO

1. Trace la Gráfica 1, “F versus a”, y halle la formula experimental por

el método de par de puntos. ¿Que valor indica la pendiente que denominaremos?.

Calcule el error porcentual cometido.

Y F 0.98 1.47 1.96 2.45

X a 0.12

3

0.22

3

0.32

3

0.42

3

* Aplicando el método de par de puntos:

a) Los puntos están igualmente espaciados

b) Dividimos los grupos:

Grupo de valores altos de Y : 2.45 ; 1.96

Grupo de valores bajos de X : 1.47 ; 0.98

c) Apareamos los puntos y calculamos la diferencia entre cada par:

2.45 - 1.47 = 0.98

1.96 - 0.98 = 0.98

d) Calculamos el valor medio de las diferencias Y

Y = 0.98 + 0.98 = 0.98

2

e) Calculamos la pendiente de la recta ajustada:

m = Y = 0.98 = 9.8

X 0.1

f) Determinamos el valor medio de X y el valor medio de Y

X = 0.123 + 0.223 + 0.323 + 0.423 = 0.273

4

Y = 0.98 + 1.47 + 1.96 + 2.45 = 1.72

4

g) Ecuación de la recta ajustada

Y = mx + (y - mx ) = 9.8 x + (1.72 - 9.8 (0.273) )

Y = 9.8 x - 0.96

La pendiente indica el valor de la gravedad en forma aproximada por lo tanto

Error porcentual Experimental = 9.78 - 9.8 x 100 = -0.2%

9.78

2) ¿Cómo interpreta dinámicamente el origen de coordenadas de la

gráfica 1? ¿Podría definir la masa? ¿Cómo?

Los interpreto como el momento en la que el cuerpo esta en reposo y por lo

tanto la aceleración es nula y por lo tanto la fuerza también. La masa se puede

obtener dividiendo el valor de la fuerza entre la aceleración.

3) Trace la gráfica 2: “a versus m”

a) Halle la fórmula experimental por par de puntos ¿Qué valor indica

esta otra pendiente?

Tenemos:

m X 0.05 0.10 0.15 0.2

a Y 0.02

3

0.12

3

0.22

3

0.32

3

- Los puntos están igualmente espaciados

- Se observa que por la pregunta 1: X = 0.05

Y = 0.2

- Calculamos la pendiente de la recta ajustada: m = Y = 0.2 = 4

X 0.05

- Determinamos el valor medio de X e Y:

X = 0.05 + 0.1 + 0.15 + 0.2 = 0.125

4

Y = 0.023 + 0.123 + 0.223 + 0.323 =

0.173

4

- La ecuación de la recta ajustada:

Y = mx + (y - mx ) = 4 x + (0.173 - 4 (0.125) )

Y = 4 x - 0.33

4) Explique los enunciados de las leyes de Newton de otra manera

1ra. Ley : “Un cuerpo de masa constante permanece en estado de reposo o de

movimiento con una velocidad constante en línea recta, a menos que sobre ella

actúa una fuerza”.

2da. Ley : “Cuando un cuerpo es afectado por una fuerza resultante esta

experimenta una aceleración cuyo valor es directamente proporcional a dicha fuerza

e inversamente proporciona a la masa del cuerpo”

a = F R

m

3ra. Ley : “Si un cuerpo le aplica una fuerza a otro (Acción); entonces el otro

le aplica una fuerza igual y en sentido contrario al primero (reacción)”.

5) ¿Es perezosa la naturaleza? Recuerde ejemplos: del mago; la mesa,

los platos y el mantel; de los efectos que experimenta una persona cuando viaja

parado en un ómnibus.

Cuando una persona, viaja en un ómnibus esta dependen de lo que pase con

la velocidad del ómnibus, por ejemplo si el ómnibus frena repentinamente la

persona tiende a cambiar su posición inicial debido a que posee masa y tiende a

seguir la dirección del movimiento que poseía el móvil. Caso contrario si el

ómnibus estando en reposo, de manera violenta inicia su marcha, el individuo tiende

a mantenerse en reposo, entonces una fuerza actuaría sobre él haciendo que su

cuerpo se vaya hacia atrás.

En el ejemplo del mago, los utensilios colocados sobre la mesa tienden a

mantenerse en reposo porque poseen masa por eso es que conservan su posición y

aparentemente no se mueven de su sitio.

6) Defina como “relación de masas de los dos cuerpos al recíproco de

sus aceleraciones producidas sobre estos cuerpos por la misma fuerza”. De una

interpretación ¿Cuál de los móviles tiene mayor inercia y cuál es su valor?

La oposición que presentan los cuerpos a cambiar su estado de reposo o de

movimiento se llama inercia. La inercia se mide por la cantidad de materia o masa

que tiene un cuerpo; es decir, a mayor masa, mayor inercia. Por ejem.: es más fácil

levantar un cuaderno que un mueble.

7) Analice los errores porcentuales y las causas correspondientes.

Enuncie sus conclusiones. Con los datos obtenidos experimentalmente ¿se cumplen

las leyes de la dinámica?

De los errores cometidos durante el desarrollo de esta experiencia, se les

puede atribuir a los diversos factores presentes como lo son por ejemplo la fricción

en las ruedas del móvil, la fricción en la polea, el rozamiento con el aire, errores

cometidos al momento de tomar los tiempos, etc.

8) Exprese literalmente, en gráfico y en símbolo las definiciones de

Newton, Dina y Kilogramo - Fuerza. Además de las equivalencias entre ellas.

Newton : Unidad física de fuerza que expresa la fuerza

con la masa expresada e Kg y la aceleración en m/s2.

F = m.a

N = Kg. m/s2

F m a

Dina: Unidad Física de fuerza que expresa a la fuerza con la masa

expresada en g y la aceleración en cm/s.

Asi tenemos: F = m . a

Dina = g. cm/s2

Equivalencias : 1N = 105 dinas

1N = 0.102 Kg - f

1Kg-f = 9.8 N

1g - f = 981 dinas