Fisica General Sesion 2
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Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD Sede Jos Celestino Mutis Calle 14 Sur No. 14-23 Piso 2, Bogot, Colombia.
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA
PRACTICAS DE LABORATORIO PARA EL CURSO DE FSICA GENERAL
SESION 2
Desarrollado por:
Wilmer Ismael ngel Benavides1
Miguel Andrs Heredia Ramos2
Mnica Marcela Pea Crdenas3 Juan Carlos Gonzlez Sanchez4
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD
FACULTAD DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGIA E INGENIERA 2012
____________________________________
1 Tutor Curso de Fsica General. Universidad Nacional Abierta y a Distancia. 2 Tutor Curso de Fsica General. Universidad Nacional Abierta y a Distancia
3 Tutor Curso de Fsica General. Universidad Nacional Abierta y a Distancia 4 Coordinador de Laboratorio de Fsica JCM. Universidad Nacional Abierta y a Distancia.
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PRACTICA N 6: Ley de Hooke
TITULO: Ley de Hooke
OBJETIVO: Comprobar la validez de la ley de Hooke, usando varios resortes helicoidales.
PROCEDIMIENTO
Realice el montaje de la figura.
Cuelgue el resorte en el sensor (Newton Sensor). Conecte el otro extremo del resorte y fjelo a la
base deslizante, a travs del sensor de movimiento- Realice las conexiones elctricas de acuerdo
con la figura.
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Inicie el software Measure, y fije los parmetros de medida de acuerdo con las siguientes figuras.
PROCEDIMIENTO
Coloque la base deslizante en la posicin inicial, (tenga especial cuidado de no estar ejerciendo
fuerza sobre el resorte). Y haga clic en contine (ntese que las medidas comenzaran y terminaran
de forma manual como se fij en los parmetros anteriores). A continuacin, despacio y
continuamente mueva la base por la regla, a lo largo de 10 cm. El Resultado obtenido debe ser as:
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Si los resultados obtenidos no son semejantes al anterior, la principal causa es que el movimiento
de la barrera y la velocidad con que fue hecho. Repita hasta obtener una lnea recta.
En esta prctica el programa MEASURE le proporciona una recta de F vs S F (Newton) y S
(milmetros), para encontrar la constante de proporcionalidad debe tomar por lo menos dos puntos
sobre ella y completar la tabla 1.; Repita el procedimiento para el otro resorte.
RESORTE 1 RESORTE 2
FUERZA (N)
S (m)
TABLA 1
Fuerza en elongacin de resortes
INFORME
1. Encuentre la constante de proporcionalidad de cada resorte e indique sus unidades.
2. Qu significado tiene la pendiente de la recta obtenida?
3. Grafique los resultados obtenidos en la prctica y realice el anlisis respectivo.
4. Haga un anlisis de la prueba y sus resultados.
5. Conclusiones.
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PRACTICA N 7: SISTEMAS EN EQUILIBRIO
TITULO: Equilibrio de Fuerzas.
OBJETIVO: Aplicar los conceptos de descomposicin de un vector y sumatoria de fuerzas.
PROBLEMA
Entender la descomposicin de un vector en sus componentes, hacer uso de diagrama de cuerpo
libre para mostrar todas las fuerzas externas que actan sobre un cuerpo y demostrar que el
sistema implementado en la prctica se encuentra en equilibrio.
MATERIALES
1. Dos soportes universales
2. Dos poleas
3. Juego de pesas
4. Una cuerda.
5. Un transportador
PROCEDIMIENTO
Monte los soportes y las poleas como se indica
1. Tome varias pesas y asgneles el valor M3
2. Como se indica en el dibujo, encuentre dos masas M1 y M2 que equilibren el sistema. El
equilibrio del sistema est determinado por los ngulos de las cuerdas con la horizontal y
Tome dos posiciones diferentes para la misma masa M3 y dibuje los diagramas de fuerzas; escriba
los datos obtenidos en la tabla 2, sistema 1.
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3. Repita los pasos 1 y 2 con diferentes valores para M1, M2 y M3 y complete la tabla 2, sistemas
2 y 3. Tenga en cuenta que en EL sistema 3, el valor de es diferente al de
M1 M2 M3
SISTEMA 1
SISTEMA 2
SISTEMA 3
TABLA 2
Sistemas en equilibrio.
INFORME
1. Realice el diagrama de fuerzas para cada configuracin implementada.
2. Realice el anlisis matemtico y encuentre el valor de F1, F2 y F3. (Ver anexo 1)
3. Demuestre que el sistema est en equilibrio.
4. Enuncie y explique las dos condiciones necesarias para que un sistema fsico se encuentre en
equilibrio mecnico. Por qu, en esta prctica, solo es necesaria una sola de estas condiciones?
5. Realice las conclusiones respectivas sobre la prctica
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PRACTICA N 8: MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE
TITULO: El Pndulo Simple
OBJETIVO: Comprobar la leyes del movimiento armnico simple MAS
TEORIA
Un pndulo consta de una esfera de masa m sujeta a una cuerda ligera de longitud l. Comunicando
al pndulo la energa adecuada se produce un movimiento de carcter peridico.
El periodo de cada oscilacin est dada por:
T
Donde l es la longitud del pndulo y g es la gravedad de la tierra. Esta expresin solamente es
vlida para oscilaciones con pequeas amplitudes, es decir, cuando el ngulo entre la cuerda y la
vertical es muy pequeo (tiende a cero).
MATERIALES
1. Un soporte universal
2. Una cuerda
3. Una pesita.
4. Un cronmetro
PROCEDIMIENTO
1. Ate un extremo de la cuerda a la pesita y el otro al soporte universal.
2. Para una longitud de la cuerda de 100 cm. mida el periodo de la oscilacin de la siguiente
manera: Ponga a oscilar el pndulo teniendo cuidado que el ngulo mximo de la oscilacin no
sobrepase de 25. Tome el tiempo de 10 oscilaciones completas, entonces el periodo (tiempo de
una oscilacin) ser el tiempo de 10 oscilaciones dividido por 10. Repita varias veces.
3. Vare la longitud del pndulo gradualmente disminuyendo 10 cm. cada vez y en cada caso halle
el periodo de oscilacin.
4. Consigne estos datos en la tabla 3
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TABLA 3
Tiempo de oscilacin variando longitud del pndulo
INFORME
1. Por qu se debe poner a oscilar el pndulo teniendo cuidado que el ngulo mximo de la
oscilacin no sobrepase los 25?
2. Por qu no es conveniente medir directamente el tiempo de una oscilacin en vez de medir el
tiempo de 10 oscilaciones?
3. Realice una grfica de T = f (L), o sea del periodo en funcin de la longitud y determine qu
tipo de funcin es. Realice el anlisis respectivo de la misma.
4. Calcule la constante de proporcionalidad e indique sus unidades.
5. Qu se puede concluir acerca de la dependencia del periodo de un pndulo con respecto a la
masa?
6. Conclusiones
L(M)
1,0
0,9
T(s)
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PRACTICA N 9: SISTEMA MASA - RESORTE
TITULO: Sistema Masa - Resorte
OBJETIVO: Verificar la leyes del movimiento armnico simple MAS en sistema masa-resorte
TEORIA
Cuando se suspende el extremo superior de un resorte de un punto fijo y del extremo inferior se
cuelga una masa m, el movimiento del sistema masa-resorte corresponde al movimiento armnico
simple (MAS), si se le proporciona la energa adecuada.
El periodo de cada oscilacin est dada por:
T
Donde m es la masa suspendida de la parte inferior del resorte y k es la constante de elasticidad
del resorte.
Como se observa, para el sistema masa-resorte el periodo de oscilacin en este caso si depende
de la masa oscilante m.
Despejando k de la expresin del periodo
K=
MATERIALES
1. Un soporte universal
2. Un resorte
3. Un juego de pesitas
4. Un cronmetro
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PROCEDIMIENTO
1. Establezca previamente el valor experimental de la masa de cada una de las cinco pesitas de
esta prctica.
2. Fije el extremo superior del resorte al soporte universal y del extremo inferior cuelgue una
pesita.
3. Ponga a oscilar el sistema resorte-masa. Tome el tiempo de 10 oscilaciones completas, entonces
el periodo (tiempo de una oscilacin) ser el tiempo de 10 oscilaciones dividido por 10. Realice
como mnimo tres mediciones y tome el valor promedio.
4. Repita el paso 3 para 5 diferentes masas.
5. Escriba los datos en la tabla 4 y calcule en cada caso k.
m
T
K
TABLA 4
Datos para determinacin de la constante de elasticidad de un resorte
INFORME
1. Establezca la k promediando los valores obtenidos.
2. Determine las unidades de k
3. Grafique m vs T y realice el anlisis respectivo.
4. Analice el efecto producido al sistema masa-resorte por una fuerza externa. Explique.
5. Analice los factores de los que depende la constante de elasticidad de un resorte.
6. Realice el anlisis de la prctica y de sus resultados.
7. Conclusiones.
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PRACTICA N 10: LEYES DE NEWTON
TITULO: Segunda Ley de Newton
OBJETIVO: Comprobar la segunda ley de Newton
TEORIA
La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. La fuerza neta aplicada
sobre un cuerpo es proporcional a la aceleracin que adquiere dicho cuerpo. La constante de
proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que se puede expresar la siguiente relacin:
F = m.a MATERIALES
Pida los materiales para el experimento de segunda ley de newton (con riel de aire) asistido por
computador. Y realice el montaje de la figura
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Tenga en cuenta que la cuerda que hala el deslizador, no debe golpear contra ningn objeto en el
riel.
PROCEDIMIENTO
1. Inicie el programa Measure, seleccione el mdulo Cobra3 Translation Rotation. Y fije los siguientes parmetros de medida
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2. Coloque el deslizador en la posicin inicial y fjelo al sistema de arranque mediante el imn. En el
otro extremo se encuentran las pesas con las que ser halado el objeto. Luego, suelte el deslizador,
observara que la medida comenzara y finalizara automticamente.
3. Observe los resultados obtenidos, y exprtelos a una hoja de Excel para realizar su posterior
anlisis.
4. Incremente la masa del deslizador en 20g (10g a cada lado) realice el mismo procedimiento,
para tomar los datos.
5. En la tabla realice el diagrama de cuerpo libre para el sistema propuesto en la prctica.
M1: Masa del deslizador.
M2: Masa del lastre.
Diagrama 1: FUERZAS QUE ACTAN
SOBRE M1
Diagrama 2: FUERZAS QUE ACTAN
SOBRE M2
TABLA 5
Diagramas de cuerpo libre.
INFORME
1. Grafique utilizando los valores obtenidos en la prctica: v vs t, x vs t, a vs t y realice los anlisis
respectivos.
2. Calcule la aceleracin del sistema, aplicando la segunda ley de Newton, muestre el
procedimiento realizado. (Ver anexo 1)
4. Conclusiones de la prctica.
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ANEXO 1
LEYES DE LA DINMICA
FUERZAS
Las fuerzas tienen carcter vectorial. As, no es igual el efecto que produce sobre un cuerpo una
fuerza dirigida hacia arriba que otra, de la misma intensidad, pero dirigida hacia abajo. Por este
motivo, las fuerzas se presentan mediante vectores, con las caractersticas propias de stos5.
El mdulo de un vector Fuerza se mide en el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) en Newtons
(N). Un Newton equivale a la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de 1 Kg de masa, para
causar en este una aceleracin de 1 m/s2. Un newton puede expresarse como:
Es posible clasificar las fuerzas en dos grandes grupos:
Fuerzas de contacto: Son ciertos tipos de fuerzas que se presentan cuando existe contacto
directo entre el cuerpo que produce la fuerza y el cuerpo sobre el que se aplica6. Por ejemplo: la
fuerza de friccin, la fuerza con que se empuja un objeto, etc.
Fuerzas de accin a distancia: Este tipo de fuerzas se presenta cuando no existe contacto
directo entre el cuerpo que produce la fuerza y el cuerpo sobre el que se aplica5. Por ejemplo: la
repulsin o atraccin que ejercen dos cargas elctricas, la fuerza de atraccin gravitatoria, la fuerza
magntica, etc.
_______________________________
5 Serway, R. A. Beichner, R. J. Fsica para Ciencia e Ingeniera Quinta edicin Tomo I. Editorial Mc
Graw Hill. (2004)
6 Bautista, M. Romero, B. C. Carrillo, E. Castiblanco, S. G. Valenzuela, J. P. Fsica I. Editorial
Santillana S.A. (2005)
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Primera Ley de Newton (El principio de Inercia)
La primera ley enuncia que para modificar el estado de reposo o de movimiento rectilneo uniforme
de un cuerpo, se debe aplicar una fuerza sobre ste. En trminos generales, cuando ninguna fuerza
acta sobre un objeto, la aceleracin de ste es cero5.
Si la fuerza neta F ejercida sobre un objeto es cero, el objeto continuar en su estado
original de movimiento. Esto es, un objeto permanece en reposo y un objeto en
movimiento con alguna velocidad contina con esa misma velocidad.
Segunda Ley de Newton
La segunda ley explica qu ocurre si sobre un cuerpo en movimiento acta una fuerza. En ese caso,
la fuerza modificar el movimiento, cambiando la velocidad en mdulo o direccin.
La fuerza neta que se ejerce sobre un cuerpo es proporcional a la aceleracin que
produce dicha fuerza, siendo la masa del cuerpo la constante de proporcionalidad5.
Tercera Ley de Newton
Para toda accin existe una reaccin en igual magnitud, pero en sentido contrario.
Algunas Fuerzas comunes
EL PESO: Es la fuerza ejercida por la Tierra sobre un cuerpo5. La direccin del peso est
representada por una recta que une el cuerpo con el centro de la Tierra, con sentido hacia ella.
Para un objeto colocado cerca de la superficie de la Tierra se representa el vector peso hacia abajo.
El peso se denota como W, donde:
LA FUERZA NORMAL: Es la que produce una superficie sobre un objeto que est apoyado en ella.
La fuerza normal es perpendicular a la superficie.
FUERZA DE FRICCIN: Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de friccin entre dos
superficies en contacto a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra
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(fuerza de friccin dinmica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de friccin
esttica). Se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscpicas, entre las superficies
en contacto7.
TENSIN: La fuerza que se transmite por medio de una cuerda recibe el nombre de tensin. La
direccin de la cuerda determina la direccin de la tensin, Mecanismos como aquellos de
ascensores o funiculares, se basan en la tensin ejercida a travs de una cuerda.
SOLUCIN DE EJERCICIOS SOBRE LEYES DE NEWTON
1. Un objeto se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal, el peso del objeto es 200 N y
una persona ejerce una fuerza de 120 N sobre ste. Con base en esta informacin:
a. Dibuje las fuerzas que actan sobre el objeto. b. Calcule el mdulo de la fuerza normal y de la fuerza de rozamiento6:
Se tienen presente los datos que se estn dando en el ejercicio:
,
Se realiza el diagrama de cuerpo libre, para revisar las fuerzas que estn actuando sobre el cuerpo:
Puesto que el cuerpo se encuentra en reposo, la fuerza neta que acta sobre el objeto es cero, en consecuencia, la suma de las fuerzas verticales y horizontales es cero.
Se plantean las sumatorias de fuerzas:
_________________________________
7 http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion
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Se remplazan los valores conocidos en ambas ecuaciones:
De donde:
La fuerza normal es de 200 N y la fuerza de rozamiento es de 120 N.
2. Para la situacin de la figura, determine la tensin de las cuerdas, teniendo en cuenta que el
peso del objeto es 100 N6.
Se realiza el diagrama de cuerpo libre, para revisar las fuerzas que estn actuando en el cuerpo:
Puesto que el sistema se encuentra en equilibrio, la sumatoria de las fuerzas presentes es cero.
Se plantean las sumatorias de fuerzas:
Se remplazan valores para ambas ecuaciones, haciendo la descomposicin de T1 en cada uno de
los ejes:
(1)
(2) Despejando la ecuacin (2) se obtiene el valor de T1:
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Se remplaza el valor de T1 en la ecuacin (1) para determinar el valor de T2
( ) Las tensiones son:
3. Un cuerpo que pesa 20 Kg se encuentra sobre el piso de un ascensor que sube con una aceleracin constante de 0.5 m/s
2 Qu fuerzas actan sobre el cuerpo?, Cul es la magnitud de
cada una de estas fuerzas?
Se tienen presente los datos proporcionados por el ejercicio:
Se realiza el diagrama de cuerpo libre, para revisar las fuerzas que estn actuando en el sistema:
La fuerza neta sobre el sistema es:
(1) Pero segn la ecuacin fundamental de la dinmica, la fuerza neta es:
(
)
Por otra parte el peso del objeto es:
(
)
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Remplazando los valores en la ecuacin (1) se obtiene: