trabajo de fisica 7

Ao del Centenario de Machu Picchu para el Mundo

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE CIENCIAS FISICASTEMA:

DINAMICA Y LEYES DE NEWTONCURSOPROFESOR ALUMNO

:: :

Laboratorio de Fsica ILic. Trujillo CDIGO:

HORARIO N DE LABORATORIO

: :

Sbado 8 - 10 am 07 1 2 -1 1 -1 1 1 9 -1 1 -1 1

FECHA DE EJECUCIN : FECHA DE ENTREGA :

Ciudad Universitaria, 19 de noviembre del 2011

LABORATORIO 07: EQUILIBRIO DE UN CUERPO RIGIDO

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INTRODUCCIN

En el presente trabajo que mostramos a continuacin hemos realizado un breve anlisis del estudio de la dinmica y su relacin con las leyes de Newton, teniendo como uno de los objetivos dejar en claro el concepto y manifestacin de inercia como propiedad de los cuerpos , en captulos anteriores nuestro anlisis se centro en el equilibrio mecnico de los cuerpos y su influencia de las fuerzas para mantener dicha situacin mecnica ,en esta oportunidad nuestro propsito ser examinar situaciones fsicas contrarias a la de equilibrio mecnico de un cuerpo o sistema pues ahora en dinmica estudiaremos situaciones en las cuales el equilibrio es alterado . El anlisis de esta experiencia no nos es ajeno a nuestra vida cotidiana pues en muchos de nuestros casos dira que estamos acostumbrados a que la velocidad de un cuerpo solo puede variar cuando otro cuerpo acta sobre l. Por ejemplo, un libro que est en nuestra mesa comienza a moverse (cambia la velocidad) cuando lo empujamos, jalamos o lanzamos. Si la velocidad cambia, tanto su modulo como su direccin pueden variar. Pero, por qu cambia la direccin de la velocidad? Cambia porque el cuerpo interacta con otro cuerpo. Esto lo comprobamos lanzando un baln contra la pared, observamos que luego del impacto, este cambia la direccin 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 interactan con las asperezas de la vereda para dar la vuelta. Los casos que citado anteriormente has sido con la intencin de examinar y entender una propiedad de los cuerpos en la naturaleza denominada inercia y su relacin con la aplicacin de las leyes de Newton.

__________________________________________________________________________INFORME DE LABORATORIO FISICA I

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________________________________________________________________________________I.-OBJETIVO:

Verificar las leyes de Newton

II.-MATERIALES: Carro de madera Prensas Juego de pesas Prensa porta poleas Poleas Regla Prensas de dos ganchos Soportes universales Cronometro Varilla Clamps Listn de madera Dinammetro Cordelitos


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III.-FUNDAMENTO TEORICO: Principios Fundamentales de la dinmica o leyes de Newton: Las ideas bsicas de la Dinmica fueron establecidas por Galileo donde lleg 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 rectilneo 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 interaccin con otros cuerpos. El movimiento de un cuerpo es el resultado de las interacciones que existen entre l y los cuerpos que le rodean. La interaccin entre dos cuerpos recibe el nombre de fuerza. Las observaciones de Galileo fueron recogidas por Newton en tres leyes: Principio de Inercia - . 1 LEY DE NEWTON:

Todo cuerpo tiende a conservar su estado de reposo o de movimiento rectilneo y uniforme mientras no se ejerza sobre l una fuerza. La fuerza es toda causa capaz de vencer la inercia de los cuerpos.


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________________________________________________________________________________ Principio de proporcionalidad - 2 LEY DE NEWTON Toda fuerza aplicada sobre un cuerpo, que no est equilibrada, produce una aceleracin que es proporcional a dicha fuerza. La masa inerte es la expresin cuantitativa de inercia: cuanto mayor sea la masa mayor resistencia ofrece el cuerpo a cambiar su estado de movimiento, es la relacin que existe entre la fuerza aplicada a un cuerpo y la aceleracin adquirida por ste. La masa gravitatoria es la relacin que existe entre el peso de un cuerpo y la aceleracin de la gravedad. La masa es una magnitud intrnseca de un cuerpo y su valor es constante. El peso es una magnitud extrnseca 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 aceleracin de 1 m/s2 Kilopondio: es la fuerza que aplicada a un cuerpo de una unidad tcnica de masa le comunica una aceleracin de 1 m/s2. Caractersticas: 1. Si un cuerpo tiene movimiento rectilneo y uniforme la resultante de las fuerzas que actan sobre l es nula. 2. Una fuerza instantnea produce un movimiento rectilneo y uniforme. 3. Una fuerza constante produce un movimiento rectilneo y uniformemente acelerado. 4. Una fuerza constante en mdulo y sentido, pero que cambia continuamente de direccin, produce un movimiento circular uniforme.

Principio de accin y reaccin - 3 LEY DE NEWTON.

Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, ste ejerce otra fuerza igual y de sentido contrario sobre el primero. La accin y la reaccin jams se pueden anular mutuamente porque actan sobre cuerpos distintos.


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IV.- PROCEDIMIENTO: De la relacin FUERZA y ACELERACIN 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 permitir 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 listn 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 75 cm. Longitud entre el punto de partida y el parachoques.

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 g sobre el carro, hasta cuatro bloques, para tener el carro con masa variable. Coloque el portapesas en el extremo de la cuerda despus de la polea.

6. Ponga el carro antes de la lnea del partidor, sincronice el inicio del desplazamiento con el cronmetro y tome la medida de tiempo, para bloques del portapesas de 50 g de masa, que lo llamar F1 ; luego contine colocando bloque de 50 g colocndolos 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 75 cm para cada bloque.

7. Consigne las medidas en la Tabla 1.


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________________________________________________________________________________Tabla N 1 Masa del sistema = 1.468 Kg Distancia a recorrer d = 0.80m t1(s) 2.66 1.36 1.28 1.14 1.02 t2(s) 2.26 1.39 1.3 1.17 1.06 t3(s) 2.57 1.31 1.27 1.13 1.07 t(s) 2.4967 1.3533 1.2833 1.1467 1.05 t2 6.24 1.83 1.65 1.31 1.1 a m/s2 0.26 0.52 0.32 1.22 1.45 m (Kg) 0.06 0.11 0.16 0.21 0.26 F(N) 0.6 1.1 1.6 2.1 2.6

La relacin MASA y ACELERACION 1. Arme el montaje N 2 segn la figura. Mida la masa del carro. Coloque el portapesas, esta es la fuerza constante que se aplicar 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 mvil colocando sobre el carro una carga de 200 g de masa y proceda a medir 3 veces el tiempo, prosiga de igual mabera aumentando la carga en 200 g y as hasta llegar a 800 g. Tabla N 2 Fuerzas constantes (portapesas) = 1.96N Distancia a recorrer d= 0.80 m t1(s) 1.43 1.34 1.16 1.06 1.00 1.02 t2(s) 1.31 1.32 1.13 1.10 1.06 0.88 t3(s) 1.32 1.30 1.19 1.15 1.07 0.83 t(s) 1.35 1.32 1.16 1.10 1.04 0.91 t2 1.82 1.74 1.34 1.21 1.08 0.82 a (m/s2) 1.10 1.17 1.25 1.33 1.43 1.54 Carga Masa del de coche con masa(g) carga(Kg) 500 400 300 200 100 Sin carga 1.768 1.668 1.568 1.468 1.368 1.268


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0.3 0.25a(m/s2)

0.2 0.15 0.1 0.05 00 0.5 1 M(Kg) 1.5 2

y = -0.25x + 0.625

Series1 Linear (Series1)

Tabla N 3 a m/s2 1.10 1.17 1.25 1.33 1.43 1.54 1/M(Kg-1) 0.56 0.59 0.63 0.68 0.73 0.78

0.3 0.25 0.2 a(m/s2) 0.15 0.1 0.05 0 0 0.2 0.4 1/M(Kg-1) 0.6 0.8 Series1 Linear (Series1)


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________________________________________________________________________________ De la relacin FUERZA EN LA ACCION Y REACCION 1. Arme el montaje N 2 segn la figura. Conteste la pregunta Qu significa el valor que indica el dinammetro? 2. Haga el montaje de la Figura. 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, con una masa de ms o menos 1/8 Kg, hacia abajo. En qu punto de las cuerdas se rompe ? Explique los sucedido

ii.

De un tirn seco con una masa de ms o menos Kg hacia abajo. En qu punto de las cuerdas se rompe ?Explique lo sucedido.

3. Experimente, arrastrando la pesa de ganchos de 0,5 Kg 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. Cmo explica este efecto ? Se cumple las leyes de Newton ?

ii.

Aplique un tirn seco al extremo de la cuerda. Explique lo ocurrido y comprelo con el caso (2).


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V.-CUESTIONARIO: 1. Trace la Grfica 1, F versus a, y halle la formula experimental por el mtodo de par de puntos. Que valor indica la pendiente que denominaremos? Calcule el error porcentual cometido a (m/s2) 6.24 1.83 1.65 1.31 1.1 F (N) 0.6 1.1 1.6 2.1 2.6

3 2.5 2F (N)

1.5 1 0.5 00 0.5 1 a(m/s2) 1.5 2

Series1

Ajuste de la Tabla 1: a (m/s2) 6.24 1.83 1.65 1.31 1.1 ai = 7,167 F (N) 0.6 1.1 1.6 2.1 2.6 Fi = 7,28 a*F 0,021 0,201 0,698 1,448 2,313 (a*F)i = 14,106 a2 0,021 0,198 0,687 1,426 2,277 (a i ) 2 = 13,887


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m=

p (a * F )i ai Fi p (ai ) ai 22 i i

2

=

5 * (14 .106 ) (7.167 )( 7.28 ) = 1.102 5 * (13 .887 ) (7.167 ) 2(13 .887 ) * (7.28 ) (7.167 )(14 .106 ) 5 * (13 .887 ) (7.167 ) 2

b=

a F a (a * F ) p (a ) a i 2 2 i i

i

=

= -1,89273*10-5 donde p es el nmero de mediciones. Luego, la frmula experimental es la ecuacin de la recta: y = mx + b.

Por lo tanto, la frmula experimental por el mtodo de par de puntos para la Tabla 1 (Grfica F vs. a) es: F = 1,102 a - 1,89273*10-5 Newtons.

Eex,r %

ValorTerico ValorExperimental *100% = 0.716 1.102 = 53%. 0.716 ValorTerico

2. Cmo interpreta dinmicamente el origen de coordenadas de la grfica 1? Podra definir la masa? Cmo?

Observando la grfica, y el origen de coordenadas se observa que para: a = 0 la fuerza F = 0. No se podra definir el valor de la masa y que podra tomar cualquier valor positivo ya que no afecta la ecuacin. Tambin se interpreta como el momento en el que el cuerpo esta en reposo y por lo tanto la aceleracin es nula y por lo tanto la fuerza tambin. La masa se puede obtener dividiendo el valor de la fuerza entre la aceleracin; como una magnitud escalar y es una propiedad intrnseca de la materia. 3. Trace la grfica 2: a versus m, si la recta forma un ngulo mayor de 90 con cualquier recta paralela al eje x que la intercepta, ensaye la Grafica 3 de proporcionalidad


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a)

Halle la frmula experimental por par de puntos Qu valor indica esta otra pendiente? Tenemos: X M (Kg) 0.816 0.916 1.016 1.116 1.216 0,716 Y a (m/s2) 0,168 0,156 0,145 0,131 0,098 0,218

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 lnea recta, a menos que sobre ella acta una fuerza. 2da. Ley: Cuando un cuerpo es afectado por una fuerza resultante esta experimenta una aceleracin cuyo valor es directamente proporcional a dicha fuerza e inversamente proporciona a la masa del cuerpo a =

Fr m

3ra. Ley: Si un cuerpo le aplica una fuerza a otro (Accin); entonces el otro le aplica una fuerza igual y en sentido contrario al primero (reaccin). 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


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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 mnibus.

Cuando una persona, viaja en un mnibus esta dependen de lo que pase con la velocidad del mnibus, por ejemplo si el mnibus frena repentinamente la persona tiende a cambiar su posicin inicial debido a que posee masa y tiende a seguir la direccin del movimiento que posea el mvil. Caso contrario si el mnibus estando en reposo, de manera violenta inicia su marcha, el individuo tiende a mantenerse en reposo, entonces una fuerza actuara sobre l haciendo que su cuerpo se vaya hacia atrs.

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 posicin y aparentemente no se mueven de su sitio. 6. Defina como relacin de masas de los dos cuerpos al recproco de sus aceleraciones producidas sobre estos cuerpos por la misma fuerza. De una interpretacin Cul de los mviles tiene mayor inercia y cul es su valor? La oposicin 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 un

cuerpo; es decir, a mayor masa, mayor inercia. Por ejem.: es ms fcil levantar cuaderno que un mueble. Mvil A F=m1*a1 m1*a1=m2*a2 Mvil B F=m2*a2

El mvil que tiene mayor inercia es aquel que tiene mayor masa. si: si: m1 >m2 m1

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