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7/30/2019 fisica lab o 5.docx

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EXPERIMENTO N 5

DINAMICA Y MOMENTO DE INERCIA

1. OBJETIVO: Verificar la segunda ley de Newton.

Determinar Experimentalmente el momento de Inercia.

2. FUNDAMENTO TEORICO:Para comprender el significado de la segunda ley de Newton es conveniente tener una

idea de un sistema de referencia inercial. Estrictamente hablando un sistema de

referencia inercial es un observador O sobre el cual no acta ninguna fuerza y que

describe sus observaciones en un sistema de coordenadas cartesianas. Cualquier

observador O, en reposo o movindose a velocidad constante con respecto a O,

puede tambin construir su propio sistema de referencia inercial.

Para muchos fenmenos un sistema de referencia ligado a la Tierra es

aproximadamente un sistema de referencia inercial.

Segunda ley de Newton:

Si en un instante medimos la fuerza resultante sobre un cuerpo en movimiento y

simultnea pero independientemente medimos la aceleracin de dicho cuerpo

respecto a un sistema de referencia inercial se encontrar que ambas estn

relacionadas por la expresin:

Donde es la constante de proporcionalidad y se llama masa del cuerpo.

Momento de Inercia:

Es una medida de la inercia rotacional de un cuerpo, refleja la distribucin de masa de

un cuerpo o de un sistema de partculas en rotacin, respecto a un eje de giro. Elmomento de inercia slo depende de la geometra del cuerpo y de la posicin del eje

de giro; pero no depende de las fuerzas que intervienen en el movimiento.

El momento de inercia desempea un papel anlogo al de la masa inercial en el caso

del movimiento rectilneo y uniforme.


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3. MATERIALES: Carril, 1.5m

Carrito para medidas y

experimentos (50g)

Torre para carrito para

medidas y experimentos

Sensor de barrera luminosa (2)

Contador digital

Trpode variable

Varillas de acero inoxidable

(600mm) (2)

Pndulo de barra con disco.

Nuez doble (2)

Soporte universal de mesa

Polea loca D = 65mm

Mango para polea

Platillo para pesas de ranura,

10g

Pesa de ranura, 10g (4)

Pesa de ranura, 50g (3)

Cinta mtrica, 2m

Sedal


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4. PROCEDIMIENTO: PARTE 1:

a. Disponer el sistema carril/plano en posicin horizontal segn la figura 1.b. Coloca los sensores de barrera luminosa en los extremos del carril, y estos

conectados al contador.

c. Coloca la polea con su mango en el soporte en un extremo del carril, colcala justopara que no roce con el borde la mesa.

d. Pon una masa de 50g en la torre del carrito.e. Ata un trozo de sedal (aprox. 1.4m) al carrito, y cuelga en el otro extremo el

platillo para pesas de 10g.

f. Colocar el carrito en el carril cerca del primer sensor y sostenerlo (de manera queel carrito pueda empezar con velocidad inicial cero).

g. Sujeta el carrito cuando llegue al final del carril, toma nota de la masa =10g,desplazamiento S (cm), S puede ser 60 cm, y el tiempo empleado t (s) en este

tramo. Repite tres veces el experimento para obtener un tiempo promedio. Anota

los resultados en la tabla 1.

h. Repita el paso anterior aumentando la masa que de traccin: = 20, 30, 40 y50g. Anotar los resultados en la Tabla 1.


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FIGURA 1. Montaje experimental.

PARTE 2:

a. Disponer el sistema carril/plano en posicin horizontalb. Colocar los sensores de barrera luminosa en los extremos del carril, y estos

conectados al contador.

c.

Colocar la polea con su mango en el soporte en un extremo del carril, colcalajusto para que no roce con el borde la mesa

d. Pon una masa de 50g en la torre del carrito.e. Ata un trozo de sedal (aprox. 1.4m) al carrito y cuelga en el otro extremo el

platillo para pesas de 10g, con una masa de 10g ( = 20g).

f. Colocar el carrito en el carril cerca del primer sensor y sostenerlo (de manera queel carrito pueda empezar con velocidad inicial cero).


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g. Sujeta el carrito cuando llegue al final del carril, toma nota de la masa = 100g,desplazamiento S (cm), S puede ser 60 cm, y el tiempo empleado t (s) en este

tramo. Repite tres veces el experimento para obtener un tiempo promedio. Anota

los resultados en la tabla 2.

h. Repita el paso anterior aumentando la masa que est encima del carrito: = 150,200 y 230g. Anotar los resultados en la Tabla 2.

PARTE 3:

a. Disponer el pndulo de barra de acuerdo a la figura 2.b. Colocar el sensor de barrera luminosa, conectada al contador.c. Aparte aproximadamente 5 el pndulo de barra a partir de su posicin de

equilibrio y mida el periodo en el contador, anote sus datos en la tabla 3.

d. Repita la parte c. variando la posicin del disco a otras posiciones diferentes ycomplete la tabla 3.


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1. PARTE I1.1. Complete la tabla 1 de acuerdo a los pasos g y h del procedimiento.

mF (g) S (cm) t (s) (N) t2

(s2) (cm/s2)

10 60 0.9326 0.013797182 0.86974276 1.3797182

20 60 0.6853 0.05110338 0.46963609 2.555169

30 60 0.5873 0.14374176 0.34492129 3.4791392

40 60 0.5193 0.17799368 0.26967249 4.449842

50 60 0.4783 0.26227113 0.22877089 5.2454226

Tabla 1.

Donde: = 100g; : masa del carrito con la pesa de 50g.

1.2. Calcula la fuerza de aceleracin y halla el cuadrado de t. Antalos en la tabla 1.

En la tabla 1 mostramos la realizacin de la fuerza y el cuadrado del

tiempo de los datos obtenidos.

1.3. Calcula la aceleracin a con la frmula = 2S/t2 y antalaen la tabla 1.

Hallamos la aceleracin con la formula a = 2s/ y la anotamos en la tabla 1.

1.4. Realiza un grfico aceleracin-fuerza, = f (), ajuste la curva. Qu grfica resulta y qu

relacin existe entre y ?

2. En la grfica con la ayuda de Excel. La grfica a continuacin es de la forma:

aceleracin vs. Fuerza. Donde el eje x corresponde a la aceleracin y el eje

y a la fuerza en Newton. Adems ajustamos los puntos a una curva

parablicapolinomial, dndonos la funcin de grado 2 de la forma que se

aprecia al pie de la grfica:


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a = (0,7824 + 0,74709 + 0,80943 ) / 4 = 0,77964

F = (0,0367633 + 0,0541987 + 0,0423268) / 3 = 0,0444296

Efectuamos el cociente: k = 0.77964 / 0.0444296 = 17,54776

La inversa es: 1/k = 0,058 aprox.

Si lo comparamos con la masa que es menos que 100, y este valor de 1/k,

vemos un ligero acercarse, debido a la proximidad de valores, de 60 contra

90 aproximadamente. Debido a los errores de clculo y humanos este valor

se ha alterado, pero vemos que la ley de F = ma es cumple

2.2. Expresa verbalmente la relacin entre masa, fuerza y aceleracin.

3. Podemos decir que la Fuerza directamente proporcional a la masa, adems

que la aceleracin es inversamente proporcional a la masa. Adems la fuerza y

la aceleracin son directamente proporcionales.

4. PARTE 2

4.1. Complete la tabla 2 de acuerdo a los pasos g y h del procedimiento.

m (g) S (cm) t (s) t2

(s2) (cm/s2) 1/ (1/g) (N)

100 59 0,929 0,863041 1,367 0,010 0,1367

150 59 1,118 1,249924 0,944 0,006 0,1416

200 59 1,316 1,731856 0,681 0,005 0,1362

230 59 1,409 1,985281 0,594 0,004 0,1366

Tabla 2.

4.2. Calcula la fuerza de aceleracin en newtons (N).

Observemos la tabla 2 y para hallar la fuerza utilizamos la formula F= m*a

4.3. Halla el cuadrado t2 y calcula la aceleracin a con la frmula = 2S/t2. Anota los valores

en la tabla 2.

1.1

anota los valores en la tabla 2.


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Ver la tabla n 2

4.4. Realiza un grfico aceleracin-masa: = f(), ajuste la curva. Qu curva resulta, qu

relacin existe entre y?

GRFICO 2. Aceleracin en funcin de la masa

La grfica, nos muestra perfectamente una relacin inversamente

proporcional, ajustada con la funcin logartmica negativa que en su mejor

presentacin con eje rotados, sera de la forma: a = k/m. La relacin es de

tipo inversamente proporcional.

4.5. Halla el valor recproco de: 1/ y antalo en la tabla 2. Luego realiza un grfico

= f(1/), ajuste la curva. Qu curva resulta y qu relacin existe entre y 1/?

y = 2.7166ln(x) - 0.2284

-1

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6

A

celeracin

Masa

Aceleracin en funcin de la Masa


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GRFICO 3. Aceleracin en funcin de la masa

La grfica, nos muestra perfectamente una relacin proporcional que existe.

La cual est ajustada con la funcin logartmica que en su mejor

presentacin con eje rotados, sera de la forma: a = km. La relacin es de

tipo directamente proporcional.

4.6. Halla el producto de cuatro mediciones distintas, coloque estos resultados en la tabla

2. Luego haz la media y compara el resultado con la fuerza aceleradora . Qu resulta?

Expresa verbalmente el resultado.

Al hacer dichos productos y analizarlos, vemos que la ma (N) que sera la

fuerza aceleradora, tiene prcticamente la misma medida comparada en los

4 casos. Su variacin es mnima (centsimas).

Esta asegura la formula de: F = ma.

La relacin que hallamos es: La inversa de la masa vara directamente

proporcional con la aceleracin. A su vez, la fuerza vara directamente

proporcional con la masa y la aceleracin.

y = 2.7166ln(x) - 0.2284

-1

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6

Aceleracin

1/Masa

Aceleracin en funcin de la Masa


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CONCLUSIONES

PARTE I:

En el experimento se us la ley de Newton teniendo como una constante a la

masa. As que la aceleracin iba a depender exclusivamente de la fuerza o

peso que tuviera la carga al extremo del carril. Aqu se comprob que la

Fuerza y la aceleracin son directamente proporcionales.

PARTE II:

En el siguiente experimento se us la segunda ley de Newton tambin, la

diferencia con el experimento 1 es que en este caso, s vari la masa y la

aceleracin pero la fuerza no, debido a que se cumple que si la masa aumenta

y la aceleracin disminuye, entonces la fuerza aceleradora es constante. Aqu

se comprueba que la masa y la aceleracin son inversamente proporcionales.

BIBLIOGRAFIA:

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oratorios/FIMF/Dinamica%20rotacional.pdf

http://www.fisica-

facil.com/Temario/Dinamicarotacional/Teorico/Momento/mome

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http://fisica.laguia2000.com/dinamica-clasica/una-de-

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http://copernico.escuelaing.edu.co/ceciba/dep_cnaturales/upload/file/Laboratorios/FIMF/Dinamica%20rotacional.pdfhttp://copernico.escuelaing.edu.co/ceciba/dep_cnaturales/upload/file/Laboratorios/FIMF/Dinamica%20rotacional.pdfhttp://copernico.escuelaing.edu.co/ceciba/dep_cnaturales/upload/file/Laboratorios/FIMF/Dinamica%20rotacional.pdfhttp://copernico.escuelaing.edu.co/ceciba/dep_cnaturales/upload/file/Laboratorios/FIMF/Dinamica%20rotacional.pdfhttp://copernico.escuelaing.edu.co/ceciba/dep_cnaturales/upload/file/Laboratorios/FIMF/Dinamica%20rotacional.pdfhttp://www.fisica-facil.com/Temario/Dinamicarotacional/Teorico/Momento/momento.htmhttp://www.fisica-facil.com/Temario/Dinamicarotacional/Teorico/Momento/momento.htmhttp://www.fisica-facil.com/Temario/Dinamicarotacional/Teorico/Momento/momento.htmhttp://www.fisica-facil.com/Temario/Dinamicarotacional/Teorico/Momento/momento.htmhttp://www.fisica-facil.com/Temario/Dinamicarotacional/Teorico/Momento/momento.htmhttp://www.fisica-facil.com/Temario/Dinamicarotacional/Teorico/Momento/momento.htmhttp://www.fisica-facil.com/Temario/Dinamicarotacional/Teorico/Momento/momento.htmhttp://www.fisica-facil.com/Temario/Dinamicarotacional/Teorico/Momento/momento.htmhttp://www.fisica-facil.com/Temario/Dinamicarotacional/Teorico/Momento/momento.htmhttp://copernico.escuelaing.edu.co/ceciba/dep_cnaturales/upload/file/Laboratorios/FIMF/Dinamica%20rotacional.pdfhttp://copernico.escuelaing.edu.co/ceciba/dep_cnaturales/upload/file/Laboratorios/FIMF/Dinamica%20rotacional.pdf

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