FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIALESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE

INGENIERÍA TEXTIL CONFECCIONESLABORATORIO DE FÍSICA I

PRÁCTICA Nº 7

Dinámica y las leyes de NewtonHorario:

12:00 – 14:00 h

Integrantes:Quintero Paredes , Alvaro Patricio15070084García ronceros , Diego Alonso15170235Saldaña Mucching, , Alex Daniel 15070086

Profesor: Vittor, Francisco GarcíaFecha de realización:

viernes, 30 de octubre del 2015

Fecha de entrega:Viernes, 06 de noviembre del 2015

Índice

I. Introducción 3

II. Objetivos 4

III. Materiales 4

IV. Fundamento teórico 5

V. Procedimiento 6

VI. Cuestionario 12

VII. Conclusiones 19

INTRODUCCIÓN

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En el presente trabajo que mostramos a continuación hemos realizado un breve análisis

del estudio de la dinámica y su relación con las leyes de Newton, teniendo como uno de

los objetivos dejar en claro el concepto y manifestación de inercia como propiedad de

los cuerpos , en capítulos anteriores nuestro análisis se centró en el equilibrio mecánico

de los cuerpos y su influencia de las fuerzas para mantener dicha situación mecánica ,en

esta oportunidad nuestro propósito será examinar situaciones físicas contrarias a la de

equilibrio mecánico de un cuerpo o sistema pues ahora en dinámica estudiaremos

situaciones en las cuales el equilibrio es alterado .

El análisis de esta experiencia no nos es ajeno a nuestra vida cotidiana pues en muchos

de nuestros casos diría que estamos acostumbrados a que la velocidad de un cuerpo

solo puede variar cuando otro cuerpo actúa sobre él. Por ejemplo, un libro que está en

nuestra mesa comienza a moverse (cambia la velocidad) cuando lo empujamos, jalamos

o lanzamos.

Si la velocidad cambia, tanto su módulo como su dirección pueden variar. Pero, ¿por

qué cambia la dirección de la velocidad? Cambia porque el cuerpo interactúa con otro

cuerpo. Esto lo comprobamos lanzando un balón contra la pared, observamos que

luego del impacto, este cambia la dirección de su movimiento. Otro ejemplo a citar es

cuando un estudiante que a corriendo con gran rapidez por la vereda desea doblar en la

esquina, para ello las anuras de sus zapatillas interactúan con las asperezas de la vereda

para dar la vuelta.

Los casos que citado anteriormente has sido con la intención de examinar y entender

una propiedad de los cuerpos en la naturaleza denominada inercia y su relación con la

aplicación de las leyes de Newton.

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I.-OBJETIVO:

Verificar las leyes de newton

Experimentar con diferentes implementos de laboratorio

Describir las interacciones entre cuerpos materiales

II.-MATERIALES:

Carro de madera

Prensas

Juego de pesas

Prensa porta poleas

Poleas

Regla

Prensas de dos ganchos

Soportes universales

Cronometro

Varilla

Clamps

Listón de madera

Dinamómetro

Cordelitos

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III.-FUNDAMENTO TEORICO:

Principios Fundamentales de la dinámica o leyes de Newton:

Las ideas básicas de la Dinámica fueron establecidas por Galileo donde llegó a las siguientes

conclusiones:

Es necesaria una influencia externa para poner un cuerpo en movimiento, pero no se necesita una

influencia externa para conservar el movimiento de un cuerpo.

Los estados naturales de un cuerpo son: el reposo y el movimiento rectilíneo y uniforme.

Todo cuerpo por naturaleza tiende a conservar dichos estados mientras no haya una causa

exterior que los modifique.

Esta tendencia de los cuerpos a conservar su estado natural se llama inercia.

La causa capaz de vencer la inercia de un cuerpo es la interacción con otros cuerpos.

El movimiento de un cuerpo es el resultado de las interacciones que existen entre él y los cuerpos

que le rodean.

La interacción entre dos cuerpos recibe el nombre de fuerza.

Las observaciones de Galileo fueron recogidas por Newton en tres leyes:

Principio de Inercia - . 1ª LEY DE NEWTON:

Todo cuerpo tiende a conservar su estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme mientras no

se ejerza sobre él una fuerza.

La fuerza es toda causa capaz de vencer la inercia de los cuerpos.

Principio de proporcionalidad - 2ª LEY DE NEWTON

Toda fuerza aplicada sobre un cuerpo, que no esté equilibrada, produce una aceleración que es

proporcional a dicha fuerza.

La masa inerte es la expresión cuantitativa de inercia: cuanto mayor sea la masa mayor resistencia

ofrece el cuerpo a cambiar su estado de movimiento, es la relación que existe entre la fuerza aplicada a

un cuerpo y la aceleración adquirida por éste.

La masa gravitatoria es la relación que existe entre el peso de un cuerpo y la aceleración de la

gravedad.

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La masa es una magnitud intrínseca de un cuerpo y su valor es constante. El peso es una magnitud

extrínseca y su valor depende del lugar y de las condiciones en que se mida.

Newton: es la fuerza que aplicada a un cuerpo de 1 kilo de masa le comunica una aceleración de

1 m/s2

Kilopondio: es la fuerza que aplicada a un cuerpo de una unidad técnica de masa le comunica

una aceleración de 1 m/s2.

Características:

1. Si un cuerpo tiene movimiento rectilíneo y uniforme la resultante de las fuerzas que actúan

sobre él es nula.

2. Una fuerza instantánea produce un movimiento rectilíneo y uniforme.

3. Una fuerza constante produce un movimiento rectilíneo y uniformemente acelerado.

4. Una fuerza constante en módulo y sentido, pero que cambia continuamente de dirección,

produce un movimiento circular uniforme.

Principio de acción y reacción - 3ª LEY DE NEWTON.

Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce otra fuerza igual y de sentido contrario

sobre el primero.

La acción y la reacción jamás se pueden anular mutuamente porque actúan sobre cuerpos distintos.

IV.- PROCEDIMIENTO:

De la relación FUERZA y ACELERACIÓN

1. Use la balanza de 3 brazos para masas mayores de 610 g. Coloque la pesa de 295,0 g en el

extremo de los brazos, lo cual le permitirá medir hasta 1 610 g. Mida la masa del carro.

2. Coloque la prensa porta-polea en el borde ancho de la mesa y ajuste verticalmente el listón

de madera en el borde con las dos prensas, el cual se comporta como parachoques para

carro.

3. Coloque la cinta sobre la mesa y marque una distancia de 0.80 m. Longitud entre el punto de

partida y el parachoques.

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4. Alinee la cuerda que ha de jalar al carro con la altura de la polea, debe estar paralelo a la

mesa; vea que la cuerda tenga la longitud apropiada desde el carro pegado al parachoques

hasta el piso cuyo extremo tiene al portapesas vertical.

5. Coloque sucesivamente bloques de 50.4 g sobre el carro, hasta cuatro bloques, para tener el

carro con masa variable. Coloque el portapesas en el extremo de la cuerda después de la

polea.

6. Ponga el carro antes de la línea del partidor, sincronice el inicio del desplazamiento con el

cronómetro y tome la medida de tiempo, para bloques del portapesas de 50 g de masa, que

lo llamará F1 ; luego continúe colocando bloque de 50 g colocándolos sobre el portapesas,

que son las F2, F3, F4 y F5 respectivamente y tome los tiempos que demore el carro en

recorrer la distancia de 0.65 m para cada bloque.

7. Consigne las medidas en la Tabla 1.

La

relación MASA y ACELERACION

1. Arme el montaje N° 2 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 80 cm.

2. Tome 3 veces el tiempo que demora el carro en cubrir la distancia de 80 cm.

3. Aumente la masa del móvil colocando sobre el carro una carga de 100.3 g de masa y proceda

a medir 3 veces el tiempo, prosiga de igual manera aumentando la carga en 100.3 g y así

hasta llegar a 501.5 g.

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Masa del sistema = 1.628 KgDistancia a recorrer d = 0.65m

t1(s) t2(s) t3(s) t(s) t2 a (m/s2) m (Kg) F(N)

2.29 2.67 2.53 2.49 6.2001 0.306 1.4269 0.4371.62 1.61 1.61 1.61 2.602 0.602 1.4763 0.8891.40 1.36 1.35 1.37 1.877 0.905 1.5267 1.3821.23 1.23 1.30 1.25 1.570 1.214 1.5781 1.9161.03 1.11 1.14 1.09 1.195 1.516 1.6285

2.469

Tabla Nº 2Fuerzas constantes (porta pesas) =0, 498 NDistancia a recorrer d= 0.65 m

t1(s) t2(s) t3(s) t(s) t2 a (m/s2) Carga de masa(g)

Masa del coche con carga(Kg)

1.72 1.75 1.69 1.72 2.9584 0.2652 501.5 1.8775

1,69 1,73 1,70 1,71 2,9127 0.2802 401.2 1.77721,66 1,59 1,59 1,61 2,6028 0.2970 300.9 1.6769

1,50 1,53 1,50 1,51 2,2801 0.3159 200.6 1.5766

1,31 1,38 1,44 1,38 1,8952 0.3373 100.3 1.4763

1,28 1,28 1,25 1,27 1,6129 0.3619 Sin carga 1.376

De la relación FUERZA EN LA ACCION Y REACCION

1. Arme el montaje N° 2 según la figura. Conteste la pregunta ¿Qué significa el valor que

indica el dinamómetro?

El dinamómetro indica el valor de la tensión de la cuerda. Ya que la tensión vendría hacer igual al peso del bloque que sostiene la cuerda. Y es por ello que no indica cero como se hacía suponer. En el siguiente grafico se expresara mejor, la lectura del dinamómetro.

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Del gráfico:

2. Haga el montaje de la Figura. Para evitar que la pesa caiga al suelo sujétela de la varilla

superior con un cordel grueso ; luego jale del extremo C de la cuerda fina de dos modos

diferentes:

i. De un tirón normal, con una masa de más o menos 1/8 Kg, hacia abajo.

¿En qué punto de las cuerdas se rompe? Explique los sucedido

En esta parte de la experiencia la cuerda se rompe en la parte superior, debido a que la fuerza se distribuyó a todo el sistema, cumpliéndose las leyes de newton.En el sistema, en la parte superior solo había la fuerza de tensión, y en la parte inferior había fuerza con la que se jalaba, más la fuerza del bloque, lo que hizo que se rompa la cuerda en la parte superior.En el siguiente grafico se explica el diagrama de fuerzas que actuaron sobre el bloque.

De la gráfica:

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T = Mg

Mg + F > T

ii) De un tirón seco con una masa de más o menos ¾ Kg hacia abajo. Hacia abajo. ¿En qué punto de la cuerda se rompe? Explique lo sucedido.

Para esta parte de la experiencia la cuerda se rompe en la parte inferior. Esto es por la rapidez de la fuerza que se aplicó en la cuerda, dejando de cumplirse las leyes de newton.La fuerza fue tan rápida que, no se distribuyó en todo el sistema, y como la acción fue tan rápida la masa quería seguir en reposo lo que género que la cuerda se rompa en la parte inferior.

3.-Experimente jale del extremo de la cuerda arrastrando la pesa de ganchos de 0.5Kg que se encuentra sobre la mesa de dos modos:

i) Jale del extremo de la cuerda con una fuerza que sea suficiente como para arrastrar o deslizar la pesa sobre la mesa. ¿Cómo explica este efecto? ¿se cumple las leyes de newton?

La fuerza que se aplicó a esta masa fue e lo suficiente como para mover el bloque, venciendo la fuerza de fricción, de este modo se cumplen las leyes de newton.

ii) Aplique el tirón en seco al extremo de la cuerda. Explique lo ocurrido y compárelo con el caso anterior.

En este caso la fuerza que aplicamos fue tan rápida que se rompía la cuerda, por la primera ley de newton este bloque quiere seguir en reposo, entonces jalar rápidamente la cuerda en forma horizontal no

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causaría ningún efecto sobre el bloque, porque este quiere seguir en reposo.

iii) Trace el respectivo esquema del montaje N5 que corresponda a este caso 3, en una hoja aparte.

i)

Del gráfico:

ii)

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F > Fr

V.-CUESTIONARIO:

1. Trace la Gráfica 1, “F versus a”, y halle la formula experimental por el método de par de puntos.

¿Qué valor indica la pendiente que denominaremos? Calcule el error porcentual cometido

y = 1.679x - 0.1

La pendiente K1 nos da un valor de 1.68

Calculando el error porcentual:

Eex ,r%=|ValorTeórico−ValorExperimental

ValorTeórico|

*100% = = -3.04%

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a F

0.306 0.437

0.602 0.889

0.905 1.382

1.214 1.916

1.516 2.469

2. ¿Cómo interpreta dinámicamente el origen de coordenadas de la gráfica 1? ¿Podría definir la

masa? ¿Cómo?

La grafica 1 me muestra que la relación que hay entre la fuerza y la aceleración para este sistema es directamente proporcional, ya que a mayor aceleración existe un aumento de la fuerza, esto a causa de que la aceleración para este sistema está dependiendo de la masa y no de la distancia ya que esta es constante. Por eso observando la gráfica: a= 0 y la fuerza F=0.De la ecuación experimental de la gráfica 1 se puede sacar la masa total, ya que ésta está definida en F=ma.

3. Trace la gráfica 2: “a versus m”, si la recta forma un ángulo mayor de 90º con cualquier recta

paralela al eje x que la intercepta, ensaye la Grafica 3 de proporcionalidad

a) Halle la fórmula experimental por par de puntos ¿Qué valor indica esta otra pendiente?

Tenemos:

a m/s2 M(Kg)0.2652 1.8775

0.2802 1.77720.2970 1.6769

0.3159 1.5766

0.3373 1.4763

0.3619 1.376

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1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 20

0.050.1

0.150.2

0.250.3

0.350.4

f(x) = − 0.191909984332716 x + 0.621772900346579R² = 0.991912332413127

a vs M

M

a

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

1ra. Ley: Un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, a menos que se aplique

una fuerza o una serie de fuerzas. Newton toma en cuenta que los cuerpos en movimiento

están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma

progresiva

“Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser

que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.”

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a m/s2 1/M(Kg-1)0.2652 0.5326

0.2802 0.56270.2970 0.5963

0.3159 0.6343

0.3373 0.6774

0.3619 0.7267

2da. Ley : La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera:F = m a

Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de

un valor, una dirección y un sentido.

3ra. Ley : La tercera ley es completamente original de Newton (pues las dos primeras ya habían sido propuestas de otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico y completo.“Las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y opuestas en sentido”. La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice esencialmente que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.

Sabemos:

F = dp / dt

donde: p : cantidad de movimiento

dp = dmv = m dv

reemplazando:

F = mdv / dt = ma => F = m*a v a = F/m

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.

Si se desliza un disco de hockey sobre la superficie de una calle, el disco se detiene muy pronto. Si se desliza sobre el hielo, el disco resbala una distancia mayor. La razón de ello es que la

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fuerza de fricción es muy pequeña. Si se desliza en una mesa de aire donde prácticamente no hay fricción, el disco se desplaza sin una pérdida aparente de rapidez. Vemos, pues, que en ausencia de fuerzas un objeto en movimiento tiende a desplazarse en línea recta de forma indefinida.

La ley de la inercia nos hace ver que la naturaleza no es perezosa ya que los objetos continúan moviéndose por sí solos. Se necesitan fuerzas para vencer la fricción y para poner los objetos en movimiento en el instante inicial. Una vez que el objeto se desplaza en un entorno libre de fuerzas, se moverá en línea recta por tiempo indefinido.

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 inercia es la oposición que presentan los cuerpos al cambiar su estado de reposo o de movimiento. Se puede observar que la inercia se mide a partir de la cantidad de materia o masa que tiene un cuerpo, es por ello que a mayor masa mayor será la inercia.

Igualando: F=m1 x a1=m2 xa2

Por tanto:El cuerpo que presenta mayor inercia es aquel que tiene mayor masa. si: m1 >m2 : entonces el cuerpo "A" presenta mayor inercia.

si: m1<m2 : entonces el cuerpo "B" presenta mayor inercia.

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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 LA RELACION FUERZA Y ACELERACIÓN:

Causas:

Al analizar los resultados obtenidos en el procedimiento experimental, se observa que existe una variación mínima, la cual se justifica en las siguientes líneas:

1) La balanza no estuvo bien calibrada, lo cual generó un margen de error mínimo en dicha pesada.2) En la obtención de los datos del tiempo encontramos ciertos errores, esto se debe al tiempo de

reacción que se tuvo al momento de tomar dicho tiempo con el cronómetro.3) Que al medir la distancia entre el punto de partida y el parachoques no fue exactamente 0.60 m.4) Que al soltar el carrito no se desplazó en línea recta, por la cual se obtuvo una pequeña variación en el

tiempo.

Conclusiones:

Luego de terminar la primera experiencia llegamos a las siguientes conclusiones:

1) Que para poder hallar la aceleración experimental, se debe tener como datos el tiempo y la distancia experimental.

2) La aceleración experimental se halla a través de la siguiente formula a=2d/t*t3) Para poder obtener buenos resultados se necesitó, obtener tres datos, de los cuales se utilizó el

promedio para los cálculos correspondiente.

LA RELACION MASA Y ACELERACION

Causas:

Al analizar los resultados obtenidos en el procedimiento experimental, se observa que existe una variación mínima, la cual se justifica en las siguientes líneas

1) Los errores se deben a que el controlador del tiempo se dejó llevar por el sonido del choque lo cual genero cierto margen de error.

2) La cuerda no estaba exactamente paralela a la mesa lo cual genero distorsión en los datos.

Conclusiones:

Luego de terminar la primera experiencia llegamos a las siguientes conclusiones:

1) Que para poder hallar la aceleración experimental, se debe tener como datos el tiempo y la distancia experimental.

2) La aceleración experimental se halla a través de la siguiente formula a=2d/t*t

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3) Para poder obtener buenos resultados se necesitó, obtener tres datos, de los cuales se utilizó el promedio para los cálculos correspondiente.

4) En esta experiencia a aunque parezca casi igual a la anterior, se observa que la masa del sistema si varia por lo que los resultados serán diferentes.

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

Dina: Unidad Física de fuerza que expresa a la fuerza con la masa expresada en g y la aceleración

en cm/s.

Así 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

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F m a

VI.- CONCLUSIONES:

En primer lugar, experimentalmente comprobamos la validez de las leyes de Newton.

Respecto a los resultados hemos podido notar que los márgenes de error en que un experimentador

puede incurrir (si es que no se realizan adecuadamente las medidas experimentales). Por lo tanto

esta práctica nos ha permitido afianzar nuestros conocimientos acerca de la Teoría de la Medición

Los cuerpos en movimiento, cuando se les ejerce alguna fuerza estos se aceleran, gracias a esa ley

pude ver por ejemplo, algo que encontramos producto de la investigación, por qué cuando las

patinadoras de hielo saltan, al caer, toman más velocidad, y es porque la presión ejercida sobre los

patines es muy grande y esto rompe la fricción y hace que el cuerpo, en este caso, la patinadora, se

deslice con más rapidez que antes.

También que los cuerpos siempre tienden a conservar su estado de movimiento, ya sea estacionario o

en movimiento, y que a este fenómeno se le denomina inercia.

De acuerdo al análisis de los errores experimentales porcentuales para la masa del carro en la gráfica

F (N) versus a (m/s2) y del portapesas en la gráfica a (m/s2) versus 1/m (1/kg.) podemos aceptar la

validez de la Segunda Ley de Newton para la justificación de nuestros experimentos.

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