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Fisica

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Trabajo completo sobre el principio de masa y la aplicación de fuerzas a distintos cuerpos.

Agregado: 07 de JULIO de 2002 (Por Crimson King) | Palabras: 1662 | Votar | Sin Votos | Sin comentarios | Agregar Comentario
Categoría: Apuntes y Monografías > Física >
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  • Trabajo práctico de física. Colegio Nacional de Buenos Aires.: Principio de masa. Estudio del movimiento de un cuerpo ante la aplicación de fuerzas de distinto módulo e igual dirección.

  • Enlaces externos relacionados con Fisica

    colegio nacional de buenos aires


    física

    trabajo práctico n 3

    Principio de masa



    objetivo

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

    materiales

             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

    Procedimiento experimental


    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.


    ANÁLISIS de datos y conclusión

    Tabla i

    Obs.

    Dx (cm) + eDx

    t (seg)

    tp (seg) + etp

    v (cm/seg)

    vp (cm/seg) + e vp

    1

    5 + 0,01

    0,3186

    0,319 + 0,002

    18,8

    18,8 + 0,2

    0,3206

    18,9

    0,3199

    18,7

    2

    10 + 0,01

    0,5731

    0,573 + 0,0033

    20

    20,1 + 0,2

    0,5746

    20,2

    0,5713

    20,1

    3

    15 + 0,01

    0,8285

    0,832 + 0,0104

    21,4

    21,333 + 0,2

    0,8389

    21,4

    0,8285

    21,2

    4

    20 + 0,01

    1,0328

    1,026 + 0,012

    22,4

    22,5 + 0,2

    1,0251

    22,5

    1,0208

    22,6

    5

    25 + 0,01

    1,2375

    1,237 + 0,0023

    22,7

    22,967 + 0,8

    1,2369

    23,5

    1,2352

    22,7

    6

    30 + 0,01

    1,4555

    1,450 + 0,0133

    23,7

    23,733 + 0,1

    1,4530

    23,8

    1,4422

    23,7

    7

    35 + 0,01

    1,6490

    1,645 + 0,0094

    24,6

    24,633 + 0,3

    1,6396

    24,5

    1,6474

    24,8

    8

    40 + 0,01

    1,8552

    1,843 + 0,0206

    25

    25 + 0

    1,8346

    25

    1,8379

    25

    9

    45 + 0,01

    2,0250

    2,029 + 0,0082

    25,8

    25,733 + 0,1

    2,0279

    25,7

    2,0332

    25,7

    10

    50 + 0,01

    2,3402

    2,342 + 0,0088

    26,4

    26,467 + 0,2

    2,3472

    26,6

    2,3384

    26,4

    11

    55 + 0,01

    2,5035

    2,477 + 0,0957

    27,1

    27,1 + 0

    2,5115

    27,1

    2,4158

    27,1

    12

    60 + 0,01

    2,6244

    2,598 + 0,0271

    27,7

    27,667 + 0,1

    2,5973

    27,7

    2,5717

    27,6


    tabla ii

    Obs.

    |F| (N)

    e |F| (N)

    |a| (m/s2)

    |ap| (m/s2)

    e |a| (m/s2)

    1

    0,1

    0,002

    4,9

    4,933

    0,1

    5,0

    5,0

    2

    0,15

    0,003

    9,4

    9,6

    0,3

    9,7

    9,7

    3

    0,20

    0,003

    13,6

    13,633

    0,1

    13,7

    13,6

    4

    0,25

    0,002

    18,3

    18,133

    0,2

    18,0

    18,1

    5

    0,30

    0,003

    22,9

    22,767

    0,4

    22,9

    22,5

    6

    0,35

    0,004

    26,2

    26,467

    0,5

    26,7

    26,5

    7

    0,40

    0,004

    31,0

    31,1

    0,3

    31,3

    31,0

    8

    0,45

    0,004

    35,3

    35,3

    0

    35,3

    35,3

    9

    0,50

    0,005

    39,8

    40,533

    1,1

    40,9

    40,9

    10

    0,55

    0,005

    43,6

    43,367

    0,2

    43,1

    43,4

    11

    0,60

    0,006

    49,4

    49,567

    0,5

    49,9

    49,4

    12

    0,65

    0,007

    54,6

    54,633

    0,3

    54,8

    54,5


    tabla iii

    Obs.

    |F| (N)

    e |F| (N)

    |a| (m/s2)

    |ap| (m/s2)

    e |a| (m/s2)

    1

    0,1

    0,002

    1,9

    1,867

    0,3

    2,0

    1,7

    2

    0,15

    0,002

    4,7

    4,667

    0,1

    4,7

    4,6

    3

    0,20

    0,003

    8,1

    8,1

    0,2

    8,0

    8,2

    4

    0,25

    0,003

    11,3

    11,133

    0,4

    11,2

    10,9

    5

    0,30

    0,004

    14,0

    14,1

    0,2

    14,2

    14,1

    6

    0,35

    0,003

    17,0

    17,233

    0,7

    17,7

    17,0

    7

    0,40

    0,004

    20,4

    20,6

    0,3

    20,7

    20,7

    8

    0,45

    0,004

    23,1

    23,1

    0

    23,1

    23,1

    9

    0,50

    0,005

    25,8

    25,5

    0,5

    25,3

    25,4

    10

    0,55

    0,005

    28,6

    28,867

    0,8

    29,4

    28,6

    11

    0,60

    0,006

    32,6

    32,6

    0

    32,6

    32,6

    12

    0,65

    0,007

    35,2

    35,3

    0,3

    35,2

    35,5

    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).


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