Dinamica y Las Leyes de Newton

DINAMICA Y LAS LEYES DE NEWTONI. OBJETIVOS: Reafirmar la existencia de las leyes de Newton.

II. EXPERIMENTO: a) MODELO FISICO O FUNDAMENTO TEORICO: A la masa y la fuerza se le considera como principales influyentes en el exterior de un cuerpo. Las leyes del movimiento que fueron dadas hacia tres siglos antes y que fueron dadas por Isaac Newton, expresan una relacin entre la masa de un cuerpo y la fuerza que se le aplica. Primero daremos unos conceptos previos: 1. Fuerza: es la interaccin con un objeto a travs de una actividad muscular y producen algn cambio de velocidad, aunque no necesariamente producen movimiento. Las fuerzas se pueden clasificar segn el siguiente grfico:

CONTACTO (a,b,c) FUERZAS CAMPO

F. GRAVITACIONAL (d) F. ELECTRICA (e) F. DEL IMAN (f)

LABORATORIO DE FSICA 1-DINAMICA Y LAS LEYES DE NEWTON

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2. Masa: es una propiedad inherente que indica que tan susceptible es un objeto al cambio de velocidad. La masa se distingue del peso de modo que este ltimo es la magnitud de la fuerza gravitacional. LEYES DE LA DINAMICA DE NEWTON: 1. PRIMERA LEY DE NEWTON O LEY DE LA INERCIA: Qu es inercia? La inercia es la capacidad que posee un cuerpo de resistir a cualquier intento en cambiar su velocidad. La Primera Ley de Newton se resume as: si la sumatorio de fuerzas (fuerza resultante) es igual a cero; entonces su aceleracin es cero. Con lo cual se puede afirmar que si un objeto est en reposo estar en reposo, pero si se mueve tendr velocidad constante (M.R.U). 2. SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY DE LA FUERZA Y ACELERACION: La segunda ley de Newton dice: sila fuerza resultante sobre un cuerpo es diferente de cero, entonces producir una aclaracin. El valor de la aceleracin se obtendr de la siguiente relacin F=ma donde la masa es una constante. En el caso de que le masa no fuera constante no se cumplira la relacin, por lo que tendramos que generalizar la segunda ley de Newton. Para el cual tendramos que introducir el concepto de momento lineal o cantidad de movimiento (p). Donde p=m.v y las unidades de p serian kgm/s. Con estos conceptos la segunda ley de Newton se define as: La fuerza que acta sobre un cuerpo es igual a la variacin temporal de la cantidad de movimiento de dicho cuerpo; mejor dicho:

En el cual:

Ahora llegaremos al caso particular ya conocido. Como la masa es constante entonces:

Reemplazando en (1) y recordando la definicin de aceleracin:


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3. TERCERA LEY DE NEWTON O LEY DE ACCION Y REACCION: Si dos objetos interactan, y el objeto 1 ejerce una fuerza sobre el objeto 2; entonces la fuerza que ejerce objeto 1 al 2 ser la misma fuerza le ejerza el objeto 2 al 1 con la diferencia que tendrn direccin opuesta.


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b) DISEO:


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c) MATERIALES: Carro de madera Prensas Juego de pesas Prensa porta polea Regla Soportes universales Pesas de dos ganchos Cronometro Varilla Listn de madera Dinammetro cordelitos

d) RANGO DE TRABAJO: Dinammetro (0-5)kg Regla (0-1)m Cordel (0-80) Balanza (0-5)kg Cronometro(0.01-999.9)s e) VARIABLE DEPENDIENTE_: f) VARIABLE INDEPENDIENTE: g) DATOS DIRECTOS: DE LA RELACION FUERZA Y ACELERACION 1. Use la balanza de tres brazos para masa mayores de 610g. coloque la pesa de 295g en el extremo de los brazos, lo cual le permitir medir hasta 1610g.Mida la masa del carro. 2. Coloque la prensa porta- polea en el borde ancho de la mesa, y ajuste verticalmente el listn de madera al borde de la mesa utilizando para ello las dos prensas, el cual se comporta como parachoques. 3. Marque la distancia de 80cm sobre la mesa, que es la longitud entre el punto de partida y el parachoques.


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4. Alinee la cuerda que ha de jalar al carro a la altura de la polea, esta debe estar paralela a la mesa; vea que la cuida tenga la longitud apropiada desde el carro pegado al parachoques hasta el piso cuyo extremo tiene al porta pesas vertical . 5. Coloque cuatro masas de 50g sobre el carro y ate el porta pesas al extremo de la cuerda despus de la pole, tal como indica la fig. 7.2, considere todas las masas y la masa del portapesas como parte de la masa total del sistema. 6. Ponga el carro antes de la lnea del partidor, sincronice el inicio del desplazamiento con el cronometro y tome la medida del tiempo. El peso de la portapesas ser llamada .

7. Lugo retire una de las masas de 50 g que se encuentra sobre el carro y colquela sobre el portapesas. A este nuevo valor ser llamada . No olvide de registrar los tiempos. Contine este procedimiento hasta llegar a . 8. Consigne las medidas en la tabla 1.MASA DEL SISTEMA=1.5745 kg Distancia a recorrer (s) 3.12 1.66 1.29 0.95 0.82 9.73 2.76 1.67 0.9 0.68 0.16 0.58 0.96 1.78 2.35 d=0.80m

(s) 3.18 1.75 1.31 0.97 0.88

(s) 2.96 1.6 1.28 0.9 0.79

(s) 3.21 1.63 1.3 0.98 0.8

m kg 0.0496 0.0996 0.1496 0.1996 0.2496

F(N) 0.485088 0.974088 1.463088 1.952088 2.441088

LA RELACION MASA Y ACELERACION. 1) Arme el sistema tal como indica la fig. 7.3. coloqu el portapesas, esta es la fuerza constante que se aplicar al coche para desplazar una distancia de 0.8m. 2) Tome 3 veces el tiempo que demora el carro en cubrir la distancia de 0.80m.


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3) Aumente la masa del mvil colocando sobre el carro una carga de 100g de masa proceda a medir tres veces el tiempo, prosiga de igual manera aumentado la carga de 100g y as llegar a 500g.

Fig. 7.3

TABLA N2FUERZA CONSTANTE ( PORTAPESAS)=0.1*9.78+0.496*9.78=5.828 N Distancia a recorrer d=0.80m Carga de masa(g) 500 400 300 200 100 sin carga Masa del Coche con Carga m(kg) 1.3248+0.5 1.3248+0.4 1.3248+0.3 1.3248+0.2 1.3248+0.1 1.3248

1.63 1.5 1.46 1.38 1.33 1.27

1.6 1.47 1.4 1.36 1.29 1.26

1.57 1.45 1.41 1.3 1.28 1.27

1.6 1.47 1.42 1.35 1.3 1.27

2.56 2.17 2.01 1.82 1.69 1.6


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Calculamos la aceleracin mediante la frmula:

Entonces como

Hallando: o o o o o o

DE LA RELACIN DE LA FUERZA EN LA ACCIN Y REACCION 1. Arme el sistema tal como indica la figura 7.4. conteste la pregunta qu significa el valor que indica el dinammetro?

Al realizar este experimento obtuvimos que el dinammetro indicaba 0.6kilogramos fuerza. EXPLICACION: Hacemos el diagrama correspondiente


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Empezando por la derecha La figura siguiente muestra la polea

Figura *

Para que el trozo de cuerda este en equilibrio Descomponiendo las fuerzas sobre el trozo de cuerda en los ejes x e y .Como la cuerda se considera sin masa. La suma de fuerzas a lo largo del eje x es: En la polea de la izquierda, como el caso anterior se obtendra: En la masa izquierda:

El dinammetro, considerndolo de masa despreciable. De la figura * tenemos: Como conclusin todas las tensiones son iguales. Como se observa en la figura el dinammetro es tensionado por lectura del dinammetro ser: . Entonces la

En el experimento m=0.5kg, entonces la lectura del dinammetro terico ser: En el experimento la lectura fue 0.6kg; hallaremos el error experimental:


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2. Arme el sistema tal como indica la fig. 7.5. para evitar que la pesa caiga al suelo sujtela de la varilla superior con un cordel grueso; luego jale del extremo C de la cuerda fina de dos modos diferentes. i. De un tirn normal en C con una fuerza de ms o menos 1/8 kg hacia abajo en qu punto de las cuerdas se rompe? Explique lo sucedido. Al tensar la cuerda normalmente las cuerdas y la pesa se convierten en solo sistema; por lo tanto se fragmenta en el punto A que es el final de la cuerda. ii. De un tirn seco C con una fuerza de ms de o menos 3/4kg hacia abajo. En qu punto de las cuerdas se rompe? Explique lo sucedido. Al dar un tirn seco o mejor dicho demasiado rpido; entonces la cuerda y la pesa ya no se convierten en una sola; por lo tanto solo se considera la continuidad de la cuerda sea del punto en el que se aplica la fuerza hasta el C. Entonces la cuerda se fragmenta en el final de la cuerda que es C.

A

B C

h) ANALISIS DE DATOS: 1) Trace la grfica 1, F vs a, y halle la formula experimental por el mtodo de par de puntos. qu valor indica la pendiente que denominaremos ?Calcule el error porcentual cometido con respecto a la medida directa de la masa del carro.


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Al trazar la grfica el valor que obtenemos de

ser equivalente a la masa en kilogramos

Nos piden calcular la formula por el mtodo del par de puntos, para el cual solo tomamos dos puntos cualesquiera. En este caso consideraremos (2.35, 2.44) y (1.78, 1.95) Aplicando tendremos que la pendiente ser:

Entonces Reemplazamos (1.78, 1.95) para hallar b

El valor de que es el de la pendiente indica la masa debido a=F/m; entonces la masa experimental seria el valor de la pendiente Pero adems nos piden calcular e l error porcentual cometido durante la medicin directa de la masa del carro (error experimental porcentual).( )

El valor terico lo tenemos en la tabla 1 que es 1.5745kg( )


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2) Cmo interpreta dinmicamente el origen de coordenadas de la grfica 1? Podra definir la masa? Cmo? Como la grafica muestra a=0 y F=0 ; entonces se deducira que el objeto esta en reposo o M.R.U En el otro caso la masa se podra definir de la relacin F=m.a (enunciado de la segunda ley de Newton). Siendo la masa constante. La masa (kg) se calculara en la grafica como la pendiente de la recta. 3) Trace la grfica 2 a vs m , si la recta forma un ngulo mayor que 90 con cualquier recta paralela al eje x que la intercepta, ensaye la grfica 3 de proporcionalidad directa. a) Halle la formula experimental por par de puntos qu valor indica esta otra pendiente? b) Halle el error experimental cometido. Indique las causas de este error y como lo minimizara. 4) Exprese los enunciados de las leyes de Newton de otra manera. Primera ley de Newton: la primera ley se la puede enunciar de la forma siguiente: un cuerpo que no est siendo afectado por fuerzas sea que est en reposo o se mueve con velocidad constante, tiene aceleracin nula. Segunda ley de Newton: al ser sometido un cuerpo a una fuerza o a varias, y si la suma de todas las fuerzas que actan sobre el cuerpo es diferente de cero; entonces el cuerpo experimenta una aceleracin. Que se calculara mediante la relacin=ma. Tercera ley de Newton: al estar en contacto dos objetos, si uno le influencia una fuerza al otro; entonces al resultado de eso el cuerpo influenciado, le influye una fuerza al objeto inicial con una magnitud igual pero direccin contraria. 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 mnibus. Defina como relacin de masas de los dos cuerpos al reciproco de sus aceleraciones producidas sobre estos cuerpos por la misma fuerza. D una interpretacin. cul de los mviles tiene mayor inercia y cul es su valor? Analice los errores porcentuales y las causas correspondientes. Enuncie sus conclusiones. Con los datos obtenidos experimentalmente se cumplen las leyes de la dinmica? Exprese literalmente, en grfico y en smbolo las definiciones de newton, dina y kilogramofuerza. Adems de las equivalencias entre ellos. Sugerencia para las definiciones de las unidades fuerza:

5) 6)

7) 8)


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F

a

i) CUESTIONARIO: III. CONGLUSIONES: IV. BIBLIOGRAFIA: o Fsica 1 sptima edicin Serway o Mecnica I - Halliday o Manual de laboratorio de fsica 1 UNMSM o Fisca 1 editorial lumbreras. V. ENLACES: o www.fsicanet.com o www.fisicarecreativa.com o www.fisicahoy.com o http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.html o http://www.google.com.pe/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia /commons/thumb/9/91/LeyesNewton.jpg/250pxLeyesNewton.jpg&imgrefurl=http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton&usg= __pbeiQiMDa8uYg7MLR0QN6NCD6q0=&h=376&w=250&sz=25&hl=es&start=0&zo om=1&tbnid=v1L6uklWRENJ_M:&tbnh=116&tbnw=77&ei=WJj2TdHjBciltwfPoLnm Bg&prev=/search%3Fq%3DLEYES%2BDE%2BNEWTON%26hl%3Des%26sa%3DX %26rlz%3D1W1ADFA_es%26biw%3D1339%26bih%3D536%26tbm%3Disch%26 prmd%3Divns&itbs=1&iact=rc&dur=437&page=1&ndsp=24&ved=1t:429,r:0,s:0&tx =23&ty=16


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