2a. Ley de Newton – Relación entre fuerza y aceleración

1. Resumen
3. Objetivos
4. Marco
   teórico
5. Análisis y
   discusión de los resultados
6. Preguntas
7. Conclusiones
8. Referencias
   bibliográficas

RESUMEN

Como sabemos la segunda ley de Newton es una
de las leyes
básicas de la mecánica (Rama de la física que estudia
los fenómenos relacionados con el movimiento de los
cuerpos); se utiliza en el análisis de los movimientos próximos
a la superficie de la tierra y
también en el estudio de los cuerpos celestes.

Mediante este trabajo
presentamos los resultados de un experimento básico para
comprobar la segunda ley de Newton (Análisis de
fuerzas).

Abstract

We know that Newton’s second law is one of the
basic laws in mechanics, because with this we studying the
movement in the surface of the earth and the study from the
celestial body’s, too.

By means of this work we present the results of a basic
experiments to comprise Newton’s second law which consist
in the forces analysis.

INTRODUCCIÓN

Cuando estudiamos l primera ley de Newton vemos que la
resultante de la fuerza que actúan es nula este cuerpo se
encuentra en reposo un movimiento
rectilíneo uniforme.

En cualquiera de estos casos la aceleración del
cuerpo es nula. De modo que si:

Consideremos un objeto colocado sobre una superficie
horizontal lisa (sin fricción), y que es arrastrado por
una fuerza; como las demás fuerzas que actúan en el
(Peso y normal) se equilibran, podemos considerar la fuerza
como la
única fuerza que actúa en el cuerpo. Como la
distancia entre dos posiciones sucesivas esta aumentando,
obviamente la velocidad de
un cuerpo también aumenta, ósea, que el movimiento
del cuerpo es acelerado.

Concluimos entonces que un cuerpo, por la acción
de una fuerza única adquiere una aceleración,
ósea, si ¹ 0 tenemos que ¹ 0.

OBJETIVOS

• Desarrollar los conceptos de fuerza, masa y
  aceleración.
• Verificar el cumplimiento de que la fuerza es
  igual a la masa por la aceleración.
• Estudiar los conceptos básicos de la dinámica.
• Analizar las diferentes graficas que
  nos ayuden a entender el movimiento

MARCO TEÓRICO

La dinámica es parte de la mecánica y se encarga de estudiar las
fuerzas que intervienen en un movimiento y las leyes que lo rigen
a diferencia de la cinemática.

Segunda Ley de Newton

La aceleración que un cuerpo adquiere es
directamente proporcional a la resultante de las fuerzas que
actúan en él, y tiene la misma dirección y el mismo sentido que dicha
resultante.

R = m a , o bien, å F = m a.

Consideremos un cuerpo sometido a la acción de
varias fuerzas (F1, F2, F3,
etc.). Sabemos que al suceder esto, es posible sustituir el
sistema de
fuerzas por una fuerza única, la resultante R del
sistema.

La aceleración que el cuerpo vaya a adquirir por
la acción del sistema de fuerza, se obtendrá como
si el cuerpo estuviese sometido a la acción de una fuerza
única, igual a R. La ecuación F = ma
será en este caso, sustituida por R = ma, y el
vector a tendrá la misma dirección y el
mismo sentido que el vector R. La ecuación R =
ma es la expresión matemática
de la Segunda Ley de Newton en su forma más
general.

La Segunda Ley de Newton es una de las leyes
básicas de la mecánica, se utiliza en el
análisis de los movimientos próximos a la
superficie de la tierra y
también en el estudio de los cuerpos celestes.

El mismo Newton la aplicó al estudiar los
movimientos de los planetas, y el
gran éxito
logrado constituyó una de las primeras confirmaciones de
esta ley.

La masa de un cuerpo es el cociente entre la fuerza que
actúa en el mismo, y la aceleración que produce en
él, o sea:

m = F / a .

Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo, tanto mayor
será su inercia; es decir, la masa de un cuerpo es una
medida de la inercia del mismo.

LISTA DE MATERIALES
EMPLEADOS

• Carro de balineras.
• Riel o carril para el carro.
• Timbre con frecuencia de 40 Hz.
• 6 cintas de papel.
• Regla
• 2 Pesas 200g y una de 100g.
• Cuerda.
• Polea
• Porta pesas
• Papel carbón

PROCEDIMIENTO:

7.1 Se pesa el carro que tiene 552.4 ± 0.1 g y tenemos un peso
convencionalmente verdadero que es 560 g

7.2 Se monta el sistema mecánico, la cinta
de papel se une al extremo superior del carro y la cuerda al otro
extremo. Se debe colocar un porta pesas que pesa 51.8 g al final
de la cuerda para eliminar la fuerza rozamiento del carro con el
riel.

7.3 Se coloca un porta pesas en el extremo suelto
de la cuerda inicialmente sin ningún bloque y en la parte
superior del carro se ubican todos los bloques (500g).

7.4 Se suelta el carro y al mismo instante se
enciende el timbre el cual apagamos justo antes de que el porta
pesas choque contra el suelo.

7.5 Se corta la cinta que se encuentra en el
timbre y se suelta la que se encuentra sujeta a la parte
posterior del carro, se verifica que halla registrado los puntos,
y se marca
según el peso registrado en el peso utilizado en la porta
pesas

7.6 Este procedimiento se
repite quitando una de las pesas del carro y ubicándola en
la porta pesas, esto se realiza sucesivamente de 100g en 100g
hasta trasladar todas las pesas que inicialmente se encontraban
en el carro hasta el porta pesas.

8. DATOS
OBTENIDOS

Tabla No. 1 – (Cinta 1) Registro del
recorrido del Carro

Tabla No. 2 (Cinta 2)– Registro
del recorrido del Carro

Tabla No. 3 – Registro del
recorrido del Carro

Tabla No. 4 – Registro del
recorrido del Carro

Tabla No. 5 – Registro del
recorrido del Carro

Tabla No. 6 – Registro del
recorrido del Carro

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS
RESULTADOS

Hallaremos a continuación la fuerza que se ejerce
sobre los objetos.

De esto se deduce que:

De esto se deduce :

Al realizar la experiencia por primera vez pusimos una
masa de 51.8 g en el extremo de la cuerda y como ya sabemos que F
= w entonces tenemos que :

de
donde :

entonces :

Esto se repite con todas las cintas y el proceso se
muestra a
continuación:

cinta 2

de donde :

luego

cinta 3 :

de donde :

luego

cinta 4 :

de donde :

luego

cinta 5 :

de donde

luego

cinta 6 :

de donde :

luego

PREGUNTAS

-Hacer el diagrama de
fuerzas sobre el bloque y sobre el carro.

-¿Qué le sucede al tipo de movimiento
cuando la pesa toca el piso?

R/ El movimiento pasa de ser uniformemente acelerado a
ser uniforme, debido a que la aceleración de la gravedad
ya no es ejercida sobre el objeto, después de haber
tocado el piso lleva una velocidad constante.

Entonces hallamos el tiempo:

CONCLUSIONES

• Teóricamente el objeto debe seguir una
  trayectoria vertical dada por la ecuación.

• Dada las variables
  recogidas en la práctica pudimos establecer los tiempos
  de lanzamiento y la altura en la cual fue lanzado.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• Física general con experimentos
  sencillos. Beatriz Alvarenga, Antonio Máximo. Editorial
  Harla, México. 1979, 1980, 1981.

• Elementos de Física. Edel Vives. Editorial
  Luis Vives, Madrid.
  1934.

• Física Fundamental 1. Michael Valero.
  Editorial Norma, Colombia.
  1996.

• Física Grado 10º. Eduardo Zalamea,
  Roberto Paris, Jairo Arbey Rodríguez. Editorial Educar
  editores, Bogota. 1985.

• Física I. Cinemática, Dinámica y
  Energía. José Vicente Casas, Josué
  Muñoz Quevedo, Jorge Quiroga Chaparro. Editorial Norma,
  Colombia. 1974.

Física Vol. I. La naturaleza
de las cosas. Susan M. Lea, John Robert Burke. Editorial
international Thomson, Mexico.1999.

Javier Tenorio

Nathalia Guevara

María Carolina Ortiz

Carolina Ospina

PONTIFICIA UNIVERSIDAD
JAVERIANA

Facultad de Ingeniería.

Santiago de Cali