UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE INFORME

ANÍBALCADENA E.
PRÁCTICAS DE LABORATORIO
UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE
INFORME DE LABORATORIO DE FÍSICA II
NOMBRE: Rivadeneira Yepéz Patricia Noemi
SEMESTRE: Segundo
CURSO: Fisica II
FECHA: 24-10-2014
LABORATORIO Nº 2
TEMA: DINÁMICA DE PARTÍCULAS
Objetivos:
1.
Utilizar un simulador de fuerzas para comprender la primera ley de
Newton
2.
Determinar el coeficiente de rozamiento estático para diferentes
superficies e inclinaciones, utilizando un plano inclinado Fundamento Teórico:
Deberán consultar sobre: tipos de fuerzas, Isaac Newton, las tres leyes de Newton con
aplicaciones prácticas en la vida real, la fuerza de rozamiento, coeficiente de
rozamiento estático y cinético
Tipos de fuerzas
En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la Intensidad del intercambio de
momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas.
La unidad científica de fuerza es el newton, que se abrevia con la letra N.
En la naturaleza existen 4 tipos de fuerzas fundamentales:
a) Fuerza gravitacional:
Es la atracción que ejercen entre si dos cuerpos, a causas de sus masas. Generalmente
la masa es de un cuerpo es la cantidad de substancia que tiene.
b) Fuerza Electromagnética:
Es la producida por un cuerpo cargado eléctricamente, ya sea que esté en reposo o en
movimiento. Si está en reposo, solo se genera una fuerza eléctrica; si el cuerpo cargado
se mueve, además de a fuerza eléctrica, se genera una fuerza magnética.
c) Fuerza nuclear fuerte:
Es la responsable de mantener unidos los protones y neutrones en el núcleo
atomico.Esta fuerza no obedece a ninguna ley conocida, si no que decrece rápidamente,
hasta prácticamente anularse cuando la distancia entre los cuerpos es mayor a 10ˉ15 m.
d) Fuerza nuclear débil:
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Es de naturaleza y característica diferente a lo anterior, a pesar de que también se origina
a nivel nuclear. Esta fuerza tampoco cumple una ley establecida y se encuentra en el
fenómeno físico de la radiación.
Isaac Newton
Isaac Newton nació el 25 de diciembre de 1642), en la pequeña aldea de Woolsthorpe,
en el Lincolnshire. Su padre, un pequeño terrateniente, acababa de fallecer a comienzos
de octubre.
En 1680 Newton fue inscrito en la King's School de la cercana población de Grantham.
Hay testimonios de que en los años que allí pasó alojado en la casa del farmacéutico,
se desarrolló su poco usual habilidad mecánica, que ejercitó en la construcción de
diversos mecanismos.
En 1663 se despertó su interés por las cuestiones relativas a la investigación
experimental de la naturaleza.
Newton realizo grandes descubrimientos que hoy en día todavía seguimos utilizando.
Murió el 20 de marzo después de haberse negado ante la ayuda de la iglesia.
Las tres leyes de Newton con aplicaciones prácticas en la vida real
Primera ley
(Principio de inercia): Todo cuerpo permanece en su estado inicial de reposo o
movimiento rectilíneo uniforme a menos que sobre el actué una fuerza externa neta no
nula a la fuerza de rozamiento.
Segunda ley:
La aceleración de un objeto es inversamente proporcional a su masa y directamente
proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el
1
a =𝑚. F o F= m.a
Donde F es la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el (fuerza neta).Tercera ley
(Principio de Acción y Reacción): Si un objeto A ejerce una fuerza sobre un objeto B,
este ejerce sobre el A una fuerza igual en modulo y dirección pero de sentido contrario.
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Coeficiente de rozamiento estático y cinético
El coeficiente de rozamiento o coeficiente de fricción expresa la oposición al
deslizamiento que ofrecen las superficies de dos cuerpos en contacto. Es un coeficiente
adimensional. Usualmente se representa con la letra griega μ (mi).
El valor del coeficiente de rozamiento es característico de cada par de materiales en
contacto; no es una propiedad intrínseca de un material. Depende además de muchos
factores como la temperatura, el acabado de las superficies, la velocidad relativa entre
las superficies, etc. La naturaleza de este tipo de fuerza está ligada a las interacciones
de las partículas microscópicas de las dos superficies implicadas.
Por ejemplo, el hielo sobre una lámina de acero pulido tiene un coeficiente bajo; mientras
que el caucho sobre el pavimento tiene un coeficiente alto. El coeficiente de fricción
puede tomar valores desde casi cero hasta mayores que la unidad.
Rozamiento estático y dinámico
La mayoría de las superficies, aun las que se consideran pulidas son extremadamente
rugosas a escala microscópica. Cuando dos superficies son puestas en contacto, el
movimiento de una respecto a la otra genera fuerzas tangenciales llamadas fuerzas
de fricción, las cuales tienen sentido contrario al movimiento, la magnitud de esta
fuerza depende del coeficiente de rozamiento dinámico.
Existe otra forma de rozamiento relacionada con el anterior, en que dos superficies
rígidas en reposo no se desplazan una respecto a la otra siempre y cuando la fuerza
paralela al plano tangente sea suficientemente pequeña, en este caso el coeficiente
relevante es el coeficiente de rozamiento estático. La condición para que no haya
deslizamiento es que:
Donde:
, es la fuerza paralela al plano de tangencia que intenta deslizar las
superficies.
, es la fuerza normal o perpendicular al plano de tangencia.
, es el coeficiente de rozamiento estático.
Para superficies deformables conviene plantear la relación anterior en
términos de tensiones normal y tangencial en un punto, habrá deslizamiento
relativo si en algún punto:
Donde:
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es el vector normal unitario al plano tangente de contacto entre superficies.
es el tensor de tensiones en uno de los dos sólidos en contacto.
Materiales necesarios:
•
•
•
•
•
•
•
Plano inclinado
Paralelepípedos
Base triangular (proporcionado en el laboratorio)
Varilla (proporcionado en el laboratorio)
dinamómetro
Papel milimetrado (3 hojas)
Computador portátil
Esquema:
PRIMERA PARTE
LA PRIMERA LEY DE NEWTON UTILIZANDO SIMULADOR DE FUERZAS
IDEAS PREVIAS
Repasa tus ideas:
1. ¿Cómo se puede cambiar el movimiento de un objeto?
Se puede cambiar el movimiento de un objeto, cuando se le aplica una fuerza igual e
inversa de la fuerza que el objeto lleva, porque si el objeto lleva una aceleración
entonces la fuerza debe de hacer una fricción para detener el movimiento y así poder
cambiar el movimiento de un objeto.
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2. ¿Qué hace posible que un objeto en movimiento cambie de dirección?
Es posible cuando se ejerce presión al contrario del objeto teniendo en cuenta la masa
del objeto que lo va a presionar y la fuerza que se ejercerá para que cambie de dirección.
3. ¿Qué se necesita para frenar un objeto en movimiento?
Se necesita equilibrar las dos partes es decir ejercer la presión de los dos lados que
contengan la misma masa y asi se puede equilibrar y mantener el objeto sin
movimiento Y asi se puede frenar el movimiento del objeto
PROCEDIMIENTO
Selecciona el simulador que se encuentra en el blog del curso de física en práctica de
dinámica. http://phet.colorado.edu/en/simulation/forces-and-motion-basics
Abre el archivo dándole doble click o enter y se abrirá el simulador de la siguiente
manera
Después juega 5 minutos con el simulador. Trata de usar todas las herramientas
disponibles.
Después de a ver jugado, coloca un objeto (persona), deslizándolo hacia la cuerda y da
click en vaya. Observa lo que sucede y descríbelo a continuación.
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Se puede observar que el objeto (persona) ejerce una presión hacia la parte de atrás
produciendo una fuerza de rozamiento tanto en el objeto como en la persona y así
halando el móvil.
Ahora coloca diferente cantidad de objetos en cada lado y observa lo que sucede.
Descríbelo.
Al colocar en la parte izquierda del grafico dos personas y en parte derecha del grafico
cuatro personas el móvil se deslizara haca la parte derecha ya que se pude observar
que la fuerza que ejercen los cuatro cuerpos es mayo, también da a entender que la
masa de las personas influye para q el móvil se deslice hacia la derecha
Ahora trata de acomodar diferente cantidad de objetos y que no se mueva el móvil.
¿Qué hiciste para que el móvil no se moviera? Descríbelo.
Se debe colocar el mismo peso a los dos lados, así equilibrando y no permitiendo que
el móvil se deslizara hacia ninguna de las dos partes.
Ahora ve a la opción de motion y dale click. Aparecerá otra imagen donde los objetos
estarán en estado de reposo.
Después sube un objeto a la patineta y aumenta la fuerza. Observa algunos segundos,
analiza y escribe que sucede.
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Aumentar
fuerza
Al empezar a mover el objeto que comienza con una velocidad inicial de 0 newtons se
puede observar q mientras más fuerza se ejerce la velocidad aumenta del móvil. Así
aumentando la velocidad de la patineta.
Describe el movimiento de la patineta
La patineta comienza con velocidad inicial cero, mientas se va empujando más su
velocidad va cambiando y aumentando
¿Por qué crees que el objeto no se detiene?
El objeto no se detiene en la aplicación que nos hiso utilizar por que la persona ejerce
una fuerza la cual llega a su nivel máximo y por eso no se detiene
¿Qué harás para que el objeto se detenga? Descríbelo
Se puede ejercer la misma fuerza del lado posterior para así ir reduciendo la velocidad
hasta q llegue a estar el móvil completamente parado y sin que se mueva
¿Qué pasa si aplicas una fuerza mayor a lado contrario? Descríbelo
La fuerza que ejerce es negativa por qué. Al tomar en cuenta las mediciones que nos
presenta el juego.
REGISTRO DE RESULTADOS
Ahora que ya realizaste todas las indicaciones anteriores. Contesta las siguientes
cuestiones
¿Cuándo un objeto se encuentra en estado de reposo? Cuando el objeto no tiene
aceleración hacia ningún lado ¿Cuándo un objeto se moverá?
Se moverá cuando se ejerza una presión hacia el móvil
¿Cuándo Un objeto en movimiento cambiara de dirección?
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Cuando se ejerza fuerza del lado posterior cambiara de dirección, ya que la fuerza que
se aplica es del lado contrario
¿Cuándo un objeto en movimiento se detendrá?
Cuando su aceleración llegue a estar en cero, hay el objeto de detendrá y no se moverá
¿Qué sucede cuando existen dos fuerzas contrarias iguales aplicadas en un móvil?
El móvil no se moverá ya que las fuerzas son iguales, así que proporciona una misma
fuerza sin dejarlo que el móvil se mueva a ningún lado.
¿Explica con tus palabras que es la inercia?
Para mi la inercia es cuando un objeto no se mueve, no tiene aceleracion y no existe
fuerza en el objeto y permanece en estado de reposo.
CONCLUSIONES
Anota los aprendizajes que obtuviste al desarrollar esta práctica.
Fue una experiencia nueva, primera vez que lo utilizo
Hubiera sido más favorable haber tenido una pequeña introducción por parte del
docente para entenderlo con más facilidad
La tecnología es i importante para el desarrollo de clases
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SEGUNDA PARTE
COEFICIENTE DE ROZAMIENTO
Realización de la Experiencia
Utilizaremos un tablero de madera que iremos elevando y midiendo su inclinación con
diferentes cuerpos. La práctica la dividiremos en cuatro partes:
a) La relación entre la fuerza de rozamiento y el área de las superficies puestas en
contacto.
b) Relación entre la fuerza de rozamiento y la naturaleza de las superficies puestas en
contacto.
c) Cálculo de los coeficientes de rozamiento.
d) Comprobación del coeficiente de rozamiento utilizando un dinamómetro.
Para la primera parte realizaremos una tabla en la que cogemos un prisma
rectangular y medimos la altura cuando comience a deslizar el prisma por sus
diferentes caras.
Datos
Altura a la que comienza a deslizar
Prisma
H1
H2
H3
H4
HMedia
Rectangular
CARA 1
24.8 cm
22,8cm
23,5cm
22,3cm
23,35cm
CARA 2
23.2cm
23cm
24cm
22,9cm
23,38cm
CARA 3
21,5cm
21,9cm
21,6cm
20,5cm
21,38cm
1)
En esta parte utilizaremos un prisma rectangular de madera y variaremos con
diferentes superficies, empezando primero con una superficie de madera, después una
de aluminio y por último una de acero inoxidable. Deberemos realizar una tabla
calculando la altura en que comienza a deslizar el prisma con las diferentes rampas.
2)
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Datos Prisma
H1
Madera-Madera
24cm
Madera-Aluminio 14,9cm
Madera-Acero
19,5cm
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Altura a la que comienza a
deslizar
H2
H3
H4
22,5cm
23,8cm
22cm
15cm
14cm
14,5cm
19,5cm
19,4cm
18,8cm
HMedia
23,08cm
14,60cm
19,30cm
En esta parte utilizamos las alturas medias calculadas en la tabla anterior para
obtener el ángulo del plano para el cual comienza a deslizar el prisma. De este
mediante la ecuación dada
anteriormente
3)
Obtendremos una tabla con los coeficientes de rozamiento para las diferentes
superficies puestas en contacto.
Coeficiente de
Rozamiento
HMedia
Angulo α
µ
Madera-Madera 23,08cm
27,79°
0,53
Madera- 14,60cm
17,15°
0,31
Aluminio
Madera-Acero
19,30
22,45°
0,42
Para verificar la validez de tus resultados, también podemos calcular el
coeficiente de rozamiento colocando los diferentes planos en horizontal y tirando de un
dinamómetro observar que fuerza es necesaria para que comience a moverse.
Mediante esta fuerza podremos calcular el coeficiente de rozamiento utilizando la
ecuación:
4)
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Debes realizar una tabla con los valores de las fuerzas obtenidas en el dinamómetro
para los diferentes materiales y calcular su coeficiente de rozamiento.
Coeficiente de
Fuerzas Medidas con el Dinamómetro
Rozamiento
F1
F2
F3
F4
FMedia
µ
Madera0,22
0,20
0,24
0,22
0,22
0,24
Madera
Madera0,14
0,14
0,16
0,14
0,15
0,17
Aluminio
ANÍBALCADENA E.
LABORATORIO
Madera-Acero
PRÁCTICAS DE
0,20
0,18
0,20
0,18
0,19
0,21
CUESTIONARIO:
1º ¿Crees que el coeficiente de rozamiento depende de la superficie que este en
contacto con el plano? Razona tu respuesta.
Si depende ya que influye mucho en el movimiento que va ha realizar el móvil. La
superficie es importante para tener datos exactos del ejercicio al realizar
2º ¿Es igual el coeficiente de rozamiento para todos los cuerpos? Razona tu respuesta
y propón alguna utilidad de la vida real.
No es igual ya que los objetos utilizados eran de diferentes características y no de las
mismas y por esta razón es diferente según mie punto de vista
3º ¿Son muy diferentes los resultados de los coeficientes de rozamiento obtenidos
mediante el plano de inclinación variable respecto de los obtenidos utilizando el
dinamómetro?
¿Deberían ser diferentes?
No son demasiado solo se puede decir que con el plano inclinado teníamos datos en
cm mientras que en el dinamómetro se obtenía datos en newton. Pero con los dos
métodos se puede calcular la fuerza de rozamiento
4º Demuestra matemáticamente las ecuaciones usadas en la práctica. Es decir,
demuestra las igualdades:
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LABORATORIO
PRÁCTICAS DE
5º ¿Se te ocurre otro método para calcular el coeficiente de rozamiento entre dos
superficies? En caso afirmativo explica cómo diseñarías la experiencia.
Se puede analizar la segunda ley de newton, al utilizar una rueda de un carro teniendo
en cuenta que la aceleración es constante para así poder determinar la fuerza de
rozamiento
CONCLUSIONES:
La práctica realiza nos mostró que la fuerza de rozamiento depende varios factores,
como el objeto utilizado y la superficie en donde se produjo la fuerza de rozamiento,
donde como resultados datos diferentes datos mientras se utilizó diferentes objetos
para calcularlo
La fuerza de rozamiento existe en todas partes, y se pudo demostrar en el laboratorio
al realizar mediante un proceso de maneja gráfica y sencilla analizando los datos
obtenidos y calculando para entender de mejor manera la segunda ley de newton.
MATRIZ DE EVALUACIÓN DE LA PRÁCTICA 2
RUBRICA
(1-3)
Realización de la
experiencia y
completado de
las 3 tablas
(50%)
Tablas
incompletas,
mala
organización
y respeto por
el material
de
laboratorio
Respuesta a las Poco interés
cuestiones 1, 2, y respuesta
3, 4 y 5. (10%)
(3-5)
(5-7)
Tablas
parcialmente
incompletas,
buena
conducta
y
respeto por el
material
Un poco
interés y
Tablas
y Desarrollo brillante
completas,
en el laboratorio,
respecto
buena actitud y
buena
tablas completas.
conducta.
de Bastante
interés
respuesta
ANÍBALCADENA E.
LABORATORIO
totalmente
errónea
(7-10)
y Respuesta
correctamente
desarrollada sin
PRÁCTICAS DE
respuestas
con lagunas
bastante
coherente
errores
conceptos.
de