Estudio del movimiento de un cuerpo ante la aplicación de fuerzas de distinto módulo e igual dirección.

•         Una pista

•         Un carro

•         Una regla plástica con franjas oscuras para el carro

•         Un soporte para pesas

•         Una polea

•         Dos sensores de barrera o FG

•         Un cronómetro ST

•         Pesas

•         Hilo

primera parte: estudio del movimiento del carro

En esta parte del T.P. se estudia el movimiento de un carrito sobre una pista horizontal, sometido a la acción de una fuerza de valor constante. Para ello se arma el dispositivo de la figura, colocando una pesa de 5g en el soporte para pesas. El resto de las pesas suministradas serán colocadas en el carrito junto con una de las dos barras de 500g. Se utilizaron dos detectores de posición FG ubicados a los costados de la pista y conectados a un medidor de tiempo. Por tratarse de censores de barrera, necesitan de las interrupciones provistas por la regla acrílica. Para esto se debe ajustar la altura de los FG para que efectivamente se produzca dicha interrupción. En esta primera parte, se seleccionan la altura que corresponde a la zona de dos rayas oscuras de la regla acrílica. El primer FG se ubicará en una posición X₀ que no se modificará durante toda la experiencia. Esta posición está dentro de un rango de unos 20cm de donde se dejó en libertad el carro:

X₀ = ( 30 + 0,2 )cm

El FG 1 se conectará al CANAL 1, mientras que el FG 2 se conectará al CANAL 2.

Con esta disposición se midieron sucesivos intervalos de tiempos correspondientes a distintos desplazamientos respecto de la posición elegida como referencia x0. Se tomaron las mediciones de 12 intervalos de tiempo correspondientes a 12 desplazamientos. Para determinar las incertezas experimentales se tomaron 3 mediciones para cada desplazamiento, tomando el tiempo promedio y su incertezas. Con estos datos se completó la primer columna de la tabla

Después se asociarán esos valores de posición y tiempo con las velocidades correspondientes a esas posiciones. Para este paso solo se necesitará un FG, por lo que será el FG 2 que se conectará al canal 1. Con el objetivo de determinar las incertezas experimentales se tomaron para cada posición 3 mediciones. Con estos datos se pudieron completar la tabla 1.

Segunda parte: relación entre la fuerza aplicada y la ACELERACIóN adquirida

Para el cálculo de aceleración se usaron los dos FG con una distancia fija entre ellos de 30 cm. Para esta experiencia se debe variar la altura del carro de manera que la regla acrílica presente como obstáculo el haz de luz del FG en la zona de dos rayas obscuras. Después se colocaron en el carro todas las pesas suministradas (menos una pesa de 5g que permanece en el soporte) y una de las barras de 500 g.

Se realizó la primera medición de la aceleración en modo "Two Gates", midiendo tres veces para evaluar las incertezas experimentales. Sabiendo que la masa del soporte para pesas es de 5 g y que tenía colocada una pesa de 5 g, la masa total suspendida en la primera medición es de 10 g, es decir que la fuerza neta aplicada es de 0,10 N para esta medición.

Se repitió el experimento para distintos valores de fuerza aplicada. Para variar la fuerza aplicada se deben trasladar pesas del carro al soporte para pesas. Esto permite aumentar la fuerza aplicada sin modificar la masa total del sistema. Con estos datos se completó la tabla 2.

Se repitió este procedimiento agregando la barra de 500 g a la masa total del sistema. Con estos datos se completó la tabla 3.

Tabla i

tabla ii

tabla iii

�Conclusiones

Para comenzar, debe mencionarse que se verifica la Segunda Ley de la dinámica: Ley de Newton que pudimos demostrarla en la práctica.

A lo largo del TP, se observó cómo interactuó el carrito y las pesas, pertenecientes al mismo sistema (ya que estaban unidos a través de un hilo que no sufrió variaciones a lo largo de la experiencia).

Como en el TP anterior, se utilizaron instrumentos muy precisos: el Smart Timer toma el tiempo con láser por lo cual se eliminan las incertezas del observador, y además permite también obtener otros cálculos como la aceleración de manera directa, por lo cual también se eliminan las aproximaciones.

�La pista casi no ejercía fricción sobre el carrito, es decir, la fuerza de rozamiento que ejerce el carro sobre la pista horizontal es despreciable, con lo cual no modifica los resultados obtenidos; pero en teoría, sin embargo, puede comprobarse si verdaderamente actúa al observar el gráfico correspondiente a fuerza en función de la aceleración: si la pendiente que representa la masa no pasa por el origen, entonces el pequeño intervalo que queda entre éste y la pendiente es la fuerza de rozamiento. Para considerar a la Fr como despreciable, esta distancia debe ser lo suficientemente pequeña para no poder ser graficada.

Por otra parte, se puede apreciar que al no considerar la masa de la polea como despreciable, se podría estar originando una diferencia en el resultado final, dado que la masa de esta no puede ser cercana a la de las pesas, variando así el resultado final. Pero en este caso, al ser despreciable la masa de la polea, se elimina todo tipo de influencia en el resultado final.

Con respecto a lo realizado en la primera parte del trabajo práctico, en el cual se estudió el movimiento del carrito sobre una pista horizontal sometido a la acción de una fuerza constante, como conclusión obtenemos entonces, a partir del experimento, que si a un cuerpo se le aplica una fuerza de valor constante, su aceleración será constante durante todo el movimiento, siendo éste MRUV.

Cabe aclarar que las diferencias obtenidas de los valores de la aceleración a partir del gráfico y de la tabla se deben a incertezas que caracterizan a todo proceso experimental.

En la segunda parte del TP, el objetivo era establecer una relación entre la fuerza aplicada y la aceleración adquirida. Al graficarlos, de la pendiente se obtiene la masa, comprobándolo a partir de la Ley de Newton. Como es sabido, la masa del sistema se mantiene constante, lo que varía es la distribución de las pesas entre le soporte y el carrito. Llevamos a cabo este procedimiento dos veces, con la diferencia de que en la segunda vez agregamos una barra de 500 gramos, modificando así la masa total del sistema. Gracias a esto podemos comparar los gráficos realizados en base a los valores obtenidos y volcados en la tablas II y III. En ellos se observa que la pendiente correspondiente al gráfico III es mayor porque el sistema tiene mayor masa. Por ejemplo, si elegimos un valor de F, se puede ver que la aceleración de la recta obtenida en la primera experiencia es mayor que la de la segunda.

Si restáramos las masas obtenidas por medio de los gráficos deberíamos obtener una diferencia de 500 gramos, debido a que esta fue la masa de la barra agregada en la segunda experiencia (por lo tanto se varió la masa total del sistema).