15 EXPERIMENTO Nº 4 SEGUNDA LEY DE NEWTON

LABORATORIO DE FÍSICA – Experimento 4
EXPERIMENTO Nº 4
SEGUNDA LEY DE NEWTON
INTRODUCCIÓN
La segunda ley de Newton relaciona la fuerza total y la aceleración. Una fuerza neta
ejercida sobre un objeto lo acelerará, es decir, cambiará su velocidad. La aceleración será
proporcional a la magnitud de la fuerza total y tendrá la misma dirección y sentido que ésta. La
constante de proporcionalidad es la masa m del objeto
F = ma
Esta ecuación complementa a la primera ley en el siguiente sentido. Ya nos han dicho
que las fuerzas son las causas de los cambios en el movimiento de los cuerpos, la ecuación de
Newton nos dice cuantitativamente cómo se relaciona una fuerza específica con este cambio.
La aceleración, es una medida de cuánto cambia la velocidad de un cuerpo cuando
transcurre el tiempo.
La velocidad es, a su vez, una medida de cuánto cambia la posición de un cuerpo al
transcurrir el tiempo. Esta rata de cambio de la velocidad (la aceleración), es mayor mientras
más grande sea la fuerza.
OBJETIVOS
1. Determinar experimentalmente la 2da Ley de Newton.
2. Obtener la aceleración de un sistema a través de métodos cinemáticos y dinámicos.
3. Analizar el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado que experimenta un deslizador
durante el experimento.
4. Evidenciar en los modelos físicos de las experiencias, los modelos matemáticos de las leyes
que se corroboran.
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EQUIPO A UTILIZAR
SUPLIDOR Y CONDUCTO DE AIRE
PISTA DE AIRE
CRONÓMETRO FOTOCELULAR
DESLIZADOR
MASAS
POLEA
RECOMENDACIONES PARA LA PRÁCTICA Nº 4
1. Buena colocación de las fotocélulas, que deben estar perpendiculares al deslizador.
2. Evitar una mala nivelación de la pista de aire.
3. Presurización de la pista.
4. Apagar el suplidor cuando no se utilice.
5. No permitir que el deslizador golpee el final de la pista.
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6. Soltar el deslizador de la manera mas uniforme posible.
7. No mover los cronómetros al momento de resetearlos.
8. Tener en cuenta la forma de colocar los cronómetros (ayudarse con el deslizador)
9. coloque las masas de manera equitativa de cada lado del deslizador,
10. Tenga cuidado al momento de leer los datos, y este seguro de cual tiempo es cual, para que
no tenga confusiones que alteren los datos.
11. Anote bien los datos y verifique con sus compañeros, y repita el procedimiento de ser
necesario, para que estos sea los más precisos posibles.
12. Realice el experimento con la mayor seriedad y responsabilidad posible, para que el mismo
tenga éxito y los resultados sean correctos.
PROCEDIMIENTO
1. Instale la pista de aire como se muestra en la siguiente figura. Nivele muy cuidadosamente la
pista de aire a través del pie nivelador. Un deslizador permanecerá ubicado sobre la pista de
aire sin aceleración alguna.
La distancia entre los cronómetros fotocelulares debe ser de 40 cm. el primer cronómetro debe
ubicarse en la posición de 120 cm. y el segundo en 160 cm. La longitud del hilo que se coloca
para sujetar las masas debe ser de 129 cm. para así lograr perfectos resultados.
2. Mida la longitud del deslizador y anote el valor como L en la tabla 4.1
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3. Adicione 50-60 gr. al deslizador usando masas de 10 ó 20 gr. las
masas deben ser
distribuidas, simétricamente sobre el deslizador para que permanezca balanceado. Determine la
masa total del deslizador con la masa agregada y anote el total como “m” en la tabla 4.1.
4. Coloque una masa aproximadamente 5-10 gr. sobre el peso colgante (anote el total de la
masa “ma” (colgante más masa).
5. coloque el cronómetro fotocelular en modo GATE.
6. Presione el botón RESET.
7. Sostenga el deslizador fijo en X0 (120 cm.), luego suéltelo. Anote “t1”, que es el tiempo que el
deslizador tarda en pasar a través de la primera fotocélula, y “t2”, que es el tiempo que emplea
el deslizador para pasar a través de la segunda fotocélula. Repita éstas mediciones cuatro (4)
veces. Tome el promedio de los tiempos “t1 y t2” y anote estos promedios como t1 y t2 en la
tabla 4.1.
Nota: Si dispone de la fotocélula tipo ME-9215 A, use la función memoria para medir los dos
tiempos.
Si no será necesario un reloj
cronómetro durante el experimento y anotar
rápidamente t1, antes de que el deslizador pase por la segunda fotocélula.
8. Coloque el cronómetro fotocelular en el modo PULSE
9. Presione el botón RESET.
10. Nuevamente, empiece con el deslizador en X0(120 cm.). Mida éste tiempo y anótelo como
t3, que es el tiempo tomado cuando el deslizador pase por entre las fotocélulas. Repita estas
mediciones cuatro veces y anote el promedio como t3 en la tabla 4.1.
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11. Varíe “ma” constante con el valor usado previamente. Varíe la masa “m”, adicionando
masa desde el deslizador. Repita los pasos del 5 al 11. Ensaye por lo menos cuatro veces
valores para “m”.
CÁLCULOS
Para cada una de las condiciones experimentales:
1. Use la longitud del deslizador y el tiempo promedio para determinar V1 y V2, la velocidad
promedio del deslizador cuando pasa por cada fotocélula.
2. Use la siguiente ecuación para determinar la aceleración del deslizador cuando pase entre
las dos fotocélulas.
a = (V2 - V1) / t3
3. Determine Fa, la fuerza aplicada al deslizador por las masas colgantes.
Fa = ma*g
DATOS
Xo: Punto Inicial = 120 cm.
L: Longitud del deslizador. L = ___________
m: Masa del deslizador mas agregado.
ma: Masa del colgante más agregado.
t1, t2: Tiempo que el deslizador tarda en pasar a través de la 1ra y 2da fotocélula. Sabiéndose que
t2 = tt - t1.
t3: Tiempo que el deslizador tarda en pasar desde la 1ra hasta la 2da fotocélula.
V1, V2: Velocidad promedio del deslizador cuando pasa por cada fotocélula.
a: Aceleración del deslizador cuando pase entre las dos fotocélulas.
Fa: Fuerza aplicada al deslizador por la masa colgante.
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TABLA 4.1.
m
ma
t1
t2
t3
V1
V2
a
Fa
V1
V2
a
Fa
TABLA 4.2.
m
ma
t1
t2
t3
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POSTLABORATORIO
PREGUNTAS AL ESTUDIANTE
1. Dibuje una gráfica mostrando la aceleración promedio del deslizador como una función de la
fuerza aplicada, Fa.
Gráfico 4.1
Fuerza aplicada
Fa (N)
a Vs. Fa
Aceleración Promedio
a (m/s2)
2. Dibuje otra gráfica mostrando la aceleración promedio como función de una masa
total, m + ma.
Gráfico 4.2
Masa total
mt = m+ma (Kg)
a Vs. mt
Aceleración Promedio
a (m/s2)
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3. Examine cuidadosamente sus gráficas. ¿Son líneas rectas? Use sus gráficas para determinar
la relación entre la fuerza aplicada, la masa y la aceleración promedio para el deslizador.
4. En éste experimento, Ud. Midió solo la aceleración promedio del deslizador entre las
fotocélulas. ¿Tiene razón al creer que sus resultados también son exactos para la aceleración
instantánea? Explique.
5. ¿Qué experimentos futuros podrían ayudarle a ampliar sus resultados para incluirlos en la
medición de la aceleración instantánea?
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Considerando el basamento teórico y los resultados obtenidos en el experimento plantee un
análisis de los resultados
Conclusiones y Recomendaciones
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