3 Informe de laboratorio-Fsica 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniera Geolgica, Minera y Metalrgica

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniera Geolgica, Minera y MetalrgicaInforme de laboratorio 2

Universidad Nacional De IngenieraFacultad De Ingeniera Geolgica, Minera Y Metalrgica

Fsica 1

Escuela de ingeniera metalurgia

Prof. Efran Eugenio Castillo Alejos

Integrantesdel grupocdigoGmez Cabrera lucero20150203IDvila Urbano Jos20150279EVicente Quispe Ivn2014

2015

Introduccin:Lasleyes deNewton, tambin conocidas comoleyes del movimiento de Newton,son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por lamecnica, en particular, aquellos relativos almovimientode los cuerpos. Revolucionaron los conceptos bsicos de la fsica y el movimiento de los cuerpos en el universo. En este informe estudiaremos experimentalmente la segunda ley, analizaremos los resultados dados y verificaremos la Ley propuesta por Newton.

Objetivo: Verificar experimentalmente la segunda Ley de Newton.

Fundamento terico:LasLeyes de Newton, tambin conocidas comoLeyes del movimiento de Newton, son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por ladinmica, en particular aquellos relativos almovimientode los cuerpos.Las Leyes de Newton permiten explicar tanto el movimiento de losastroscomo los movimientos de los proyectiles artificiales creados por el ser humano, as como toda la mecnica de funcionamiento de lasmquinas.

El primer concepto que maneja Newton es el demasa, que identifica con "cantidad de materia".Newton asume a continuacin que lacantidadde movimiento es el resultado del producto de lamasa por la velocidad.

En tercer lugar, precisa la importancia de distinguir entre lo absoluto y relativo siempre que se hable de tiempo, espacio, lugar o movimiento.En este sentido, Newton, que entiende el movimiento como una traslacin de un cuerpo de un lugar a otro, para llegar al movimiento absoluto y verdadero de un cuerpo compone el movimiento (relativo) de ese cuerpo en el lugar (relativo) en que se lo considera, con el movimiento (relativo) del lugar mismo en otro lugar en el que est situado, y as sucesivamente, paso a paso, hasta llegar a unlugar inmvil, es decir, al sistema de referencias de los movimientos absolutos.

De acuerdo con esto, Newton establece que los movimientos aparentes son las diferencias de los movimientos verdaderos y que las fuerzas son causas y efectos de estos. Consecuentemente, la fuerza en Newton tiene un carcter absoluto, no relativo.Estas leyes enunciadas por Newton y consideradas como las ms importantes de la mecnica clsica son tres: la ley deinercia, relacin entrefuerza y aceleracin, y ley deaccin y reaccin.Newton plante que todos los movimientos se atienen a estas tres leyes principales formuladas en trminos matemticos. Un concepto es la fuerza, causa del movimiento; otro es la masa, la medicin de la cantidad de materia puesta en movimiento; los dos son denominados habitualmente por las letras F y m.

La segunda ley del movimiento de Newton dice que Cuando se aplica una fuerza a un objeto, ste se acelera. Dicha a aceleracin es en direccin a la fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve.Esta ley explica qu ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qu ser constante) acta una fuerza neta: la fuerza modificar el estado de movimiento, cambiando la velocidad en mdulo o direccin.

En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la direccin de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.Ejemplo: Si un carro de tren en movimientocon una carga, se detiene sbitamente sobre sus rieles, porque tropez con un obstculo, su carga tiende a seguir desplazndose con la misma velocidad y direccin que tena en el momento del choque.

Otro ejemplo puede ser: una pelota de ftbol impulsada con una velocidad determinada hacia arriba, seguira en esa misma direccin si no hubiesen fuerzas que tienden a modificar estas condiciones.Estas fuerzas son la fuerza de gravedad terrestre que acta de forma permanente y est representada por las pesas en el dibujo, y que son las que modifican la trayectoria original. Por otra parte, tambin el roce del aire disminuye la velocidad inicial.Otro ejemplo:Si queremos darle la misma aceleracin, o sea, alcanzar la misma velocidad en un determinado tiempo, a un automvil grande y a uno pequeo, necesitaremos mayor fuerza y potencia para acelerar el grande, por tener mayor masa que el ms chico.

Esta ley explica qu ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qu ser constante) acta una fuerza neta: la fuerza modificar el estado de movimiento, cambiando la velocidad en mdulo o direccin. En concreto, los cambios experimentados en elmomento linealde un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la direccin de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.

Consecuentemente, hay relacin entre lacausa y el efecto, esto es, la fuerza y la aceleracin estn relacionadas. Dicho sintticamente, la fuerza se define simplemente en funcin del momento en que se aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas sern iguales si causan la misma tasa de cambio en el momento del objeto.En trminos matemticos esta ley se expresa mediante la relacin:

Dondees el momento lineal yla fuerza total. Si suponemos la masa constante y nos manejamos con velocidades que no superen el 10% de la velocidad de la luz podemos reescribir la ecuacin anterior siguiendo los siguientes pasos:

Sabemos quees el momento lineal, que se puede escribir m.V donde m es la masa del cuerpo y V su velocidad.

Consideramos a la masa constante y podemos escribir:

Aplicando estas modificaciones a la ecuacin anterior:

Esto es la ecuacin fundamental de la dinmica, donde la constante de proporcionalidad, distinta para cada cuerpo, es sumasa de inercia. Veamos lo siguiente, si despejamos m de la ecuacin anterior obtenemos que m es la relacin que existe entrey. Es decir la relacin que hay entre la fuerza aplicada al cuerpo y la aceleracin obtenida. Cuando un cuerpo tiene una gran resistencia a cambiar su aceleracin (una gran masa) se dice que tiene mucha inercia. Es por esta razn por la que la masa se define como una medida de la inercia del cuerpo.

Por tanto, si la fuerza resultante que acta sobre una partcula no es cero, esta partcula tendr una aceleracin proporcional a la magnitud de la resultante y en direccin de sta. La expresin anterior as establecida es vlida tanto para lamecnica clsicacomo para lamecnica relativista, a pesar de que la definicin de momento lineal es diferente en las dos teoras: mientras que la dinmica clsica afirma que la masa de un cuerpo es siempre la misma, con independencia de la velocidad con la que se mueve, la mecnica relativista establece que la masa de un cuerpo aumenta al crecer la velocidad con la que se mueve dicho cuerpo.

De la ecuacin fundamental se deriva tambin la definicin de la unidad de fuerza onewton(N). Si la masa y la aceleracin valen 1, la fuerza tambin valdr 1; as, pues, el newton es la fuerza que aplicada a una masa de un kilogramo le produce una aceleracin de 1 m/s. Se entiende que la aceleracin y la fuerza han de tener la misma direccin y sentido.

Parte experimental:

Equipo:

Chispero electrnico Fuente del chispero Tablero con superficie de vidrio y conexiones para aire comprimido Papel bond tamao A3 Un disco de 10 cm. de dimetro Un nivel de burbuja Dos resortes Una regla de 1 m graduada en milmetros Procedimiento:

Obtencin de una trayectoria bidimensional del disco:

Fije los dos resortes y el disco como lo indica el profesor. Colocar el papel bond A3 sobre el papel elctrico. Marque los puntos fijos de cada resorte A y B. Abra la llave del aire comprimido moderadamente. Un estudiante mantendr fijo el disco aproximadamente entre el centro del tablero y una esquina de este. Su compaero prendera el chispero y un instante despus el primer estudiante soltara el disco. El disco har una trayectoria que se cruza a si misma varias veces. El estudiante que prendi el chispero estar alerta cuando el disco describa una trayectoria como se muestra en la figura 2 y apagara el chispero.

Calibracin de los resortes:

Con centro en A y con radio igual a la longitud natural del resorte fijo en ese punto trace una semicircunferencia en el papel donde est registrada la trayectoria. Repetir lo mismo con el resorte fijo en B.Halle la curva de calibracin de cada resorte utilizando los pesos otorgados por el profesor.Anlisis de resultados.1. presente la curva de calibracin de cada resorte.Para el resorte AfuerzaLongitud inicialLongitud final

0.117729.59.50

0.7406559.59.60.1

1.9835829.512.22.7

3.8327679.517.37.8

6.3196029.523.714.2

Grafica de

Del grafico Para el resorte B

FuerzaLongitud inicialLongitud final

0.117729.89.80

0.7406559.89.950.15

1.9835829.810.70.9

3.8327679.815.65.8

6.3196029.822.813

Grafica de

Del grafico 2. Determine en newton el mdulo de la fuerza resultante que los resortes ejercieron sobre el disco en los puntos 8, 13 y 18.Para el punto 8

Para el punto 13

Para el punto 18

3. Dibuje a escala sobre los puntos indicados de la trayectoria, el respectivo vector fuerza.

Para el tick 8

Para el tick 13

Para el tick 18

4) Determine aproximadamente el vector velocidad instantnea en los instantes t= 7.5tick y 8.5 tick. Para ello efecte la siguiente operacin vectorial. r9 = (9, 81; 11, 45) cmr8 = (8, 25; 11, 85) cmr7 = (6, 75; 12, 1) cm

r14 = (16, 55; 7) cmr13 = (15, 4; 8) cmr12 = (14.1; 9) cm

r19 = (19, 45; 1,75)cmr18 = (19,3; 2,65) cmr17 = (18,9; 3,85) cm

Primero procederemos a hallar las velocidades en dos puntos de su entorno:

(7.5) = =(0,6; -0,1)m/s (8.5) ==(0.624; -0,16)m/s5) Determine geomtricamente la aceleracin instantnea en el instante t =8 tick.Ahora hallamos la aceleracin utilizando los datos de las velocidades: (8) = =(0,96;-2,4) m/s2Por lo tanto:I (8) I = 2.584 m/s26) Utilizando el mismo criterio que en los pasos 2 y 3, determine la aceleracin en los instantes t=13 tick y t = 18 tick.t = 13 tick:Primero procederemos a hallar las velocidades en dos puntos de su entorno:(12.5) = =(0,52;-0.4) m/s (13.5) ==(0,46;-0,4) m/s Ahora hallamos la aceleracin utilizando los datos de las velocidades: (13) = =(-2,4;0 )m/s2Por lo tanto:I (13) I = 2.4 m/s2

t = 18 tick:Primero procederemos a hallar las velocidades en dos puntos de su entorno: (17.5) = =(0,16; -0,48)m/s (18.5) = =(0,06; -0,36)m/sAhora hallamos la aceleracin utilizando los datos de las velocidades: (18) = =(-4;4,8)m/s2Por lo tanto:I (18) I= 6,248 m/s2

7.-Compare la direccin de los vectores aceleracin obtenidos en los mismos puntos.

Tick 8:

Tick 13:

Tick 18:

8.-Determine la relacin entre los mdulos del vector fuerza y el vector aceleracin en cada instante considerado.Instante(Tick)Mdulo de a(m/s2)Mdulo de F(N)

82.5845.65

132.43.26

186.2484.55

9.-Definiendo como el ngulo entre los vecotres F y a en cada instante, llene la siguiente tabla:Instante(Tick)ngulo (grados sexagesimales)F/a (kg)

814

1313

1847

10. Conclusiones.- la fuerza resultante siempre apunta al radio de curvatura de la trayectoria- la aceleracin siempre apunta al centro de curvatura de la trayectoria-a menor radio de curvatura mayor es la aceleracin.19