Respuestas del laboratorio de la segunda ley de Newton

LABORATORIO #1 (LAB #2 #3 abajo)

Equipo:

Carro cinemático
2 masas de barra de 500 g
Pista cinemática
percha de 50g
Varias masas de 100g
Cadena
Polea
computadora ibook
Cable USB
Sensor de movimiento

Objetivo:

¿Cómo será la aceleración de la masa de un objeto (metro) ¿cambia cuando cambia la fuerza neta que actúa sobre él?

Predicción:

Predecimos que la aceleración de la masa de un objeto aumentará constantemente cuando cambie la fuerza neta que actúa sobre el objeto mismo. Esto se debe a que, si mantenemos constante la masa del objeto y aumentamos la fuerza neta, obtendremos un cambio en la aceleración como lo establece y demuestra la Segunda Ley de Newton (Fnet = m * a – donde m = masa, a = aceleración , y Fnet =Fa)

Observaciones:

Masa colgante (kg)Aceleración (m/s/s)Fuerza de gravedad (N).5.2151.0.42101.5.63152.0.85202.51.06253.01.2730

Cálculos:

Fuerza de gravedad = masa x gravedad (10 N)

Fg1 = 0,50 kg x 10N = 5N
Fg2 = 1,0 kg x 10N = 10N
Fg3 = 1,5 kg x 10 N = 15 N
Fg4 = 2,0 kg x 10 N = 20 N
Fg5 = 2,5 kg x 10 N = 25 N
Fg6 = 3,0 kg x 10 N = 30 N

Declaración proporcional: un ~ Fg

Ecuación general: a = k * Fg

nortebeneficios según objetivos: k es igual a la pendiente de Aceleración vs Fuerza Neta

k = subir/correr = 1,27-0,21/30-5 = 1,06/25 = 0,0424

Ecuación específica: a = .0424 * Fg

Prueba:

Fg1 = 5: a = .0424 * 5 = .212
Fg2 = 10: a = .0424 * 10 = .424
Fg3 = 15: a = .0424 * 15 = .636
Fg4 = 20: a = .0424 * 20 = .848
Fg5 = 25: a = .0424 * 25 = 1.06
Fg6 = 30: a = .0424 * 25 = 1.272

Análisis:

De los datos que se tomaron durante esta investigación, podemos ver que este gráfico muestra aceleraciones que cambian constantemente al mismo ritmo. A lo largo de este experimento, la masa colgante (fuerza) aumenta, lo que reduce la cantidad de resistencia del aire que enfrenta, lo que hace que la aceleración sea más rápida, pero aún constante con las otras aceleraciones.

Conclusión / Fuente de errores:

Descubrimos que nuestra predicción al comienzo de este experimento resultó ser correcta. Nuestra hipótesis es que a medida que aumenta la masa en el soporte, la resistencia del aire disminuirá, por lo que aumentará la aceleración del objeto hacia el centro de la Tierra.

La relación entre aceleración y masa es proporcional. Muestra que la aceleración es directamente proporcional a la masa. Este experimento demostró nuestro punto, pero se pasaron por alto muchos posibles errores.

A lo largo del experimento no hemos considerado la fuerza de fricción. Aunque este experimento no incluyó la fricción, estaba presente entre las ruedas del carro y a lo largo de la superficie de la vía. Aunque se trate como si no tuviera fricción, la fricción siempre está presente en todas partes, incluso si se considera que no está presente.

Otra fuerza que excluimos fue la resistencia del aire. Durante el experimento, la ventana del salón de clases estaba abierta y soplaba el viento, cambiando la resistencia del aire en la habitación. Aunque el cambio en la resistencia del aire puede ser menor, sigue siendo otra fuente de error que puede llevar a errores de cálculo.

La última fuente de error que pasamos por alto es que el coche no siempre estaba colocado exactamente en el mismo lugar de la pista. Como no se colocó en el mismo lugar cada vez, la fricción y la resistencia del aire no siempre fueron exactamente las mismas, pero sí lo suficientemente cercanas como para probar la Segunda Ley de Newton.

A lo largo del experimento, demostramos que nuestra hipótesis era correcta, exploramos y evitamos todas las fuentes de error evitables lo mejor que pudimos.

LABORATORIO #2

Equipo:

Carro cinemático
2 masas de barra de 500 g
Pista cinemática
percha de 50g
Varias masas de 100g
Cadena
Polea
yo reservo Computadora
Cable USB
Sensor de movimiento

Objetivo:

Mostrar cómo cambia la aceleración de un objeto cuando cambia la masa y la fuerza neta se mantiene constante.

Predicción:

Predecimos que al cambiar la masa del objeto en cuestión produciremos un cambio en la aceleración. Al trazar una gráfica de aceleración de masa, notaremos que la gráfica está curvada hacia abajo, por lo tanto tiene una pendiente negativa y, por lo tanto, una pérdida de aceleración. Cuando se aumenta la masa del objeto en cuestión, manteniendo la fuerza neta igual, el objeto perderá aceleración, pero no será proporcional hasta que se invierta la masa.

Observaciones y Cálculos:

Masa total (kg)Aceleración (m/s/s)1.550.32661.750.28821.950.25782.150.23342.350.21402.550.1960

Análisis:

La relación que podemos ver a través de este experimento mostró que a medida que la masa del objeto aumentaba, mientras la fuerza neta permanecía igual, la aceleración disminuía.

Cuando se grafican la masa y la aceleración (en el gráfico titulado Masa y aceleración) no forma una línea recta, por lo que no prueba la Segunda Ley de Newton. Para enderezar esta línea se debe invertir la masa (en el gráfico titulado Invertir masa y aceleración) por lo que la declaración de variación sería que la aceleración es proporcional a 1/m.

Para enderezar esta curva debemos invertir X (masa). A continuación se presenta una tabla con nuestros nuevos valores.

Masa total (kg)Aceleración (m/s/s)Masa – 1/m1.550.32660.651.750.28820.571.950.25780.512.150.23340.472.350.21400.432.550.19600.39

Cálculos:

Declaración de variación: a ~ 1/m
Ecuación general: a = k * 1/m
Nota: K es igual a la pendiente de Masa invertida vs aceleración
k = subida/carrera = 0,3266-0,19/0,65-0,39 = 0,1306/0,026 = 0,5
Ecuación específica: a = 0,5 * 1/m

Aplicado a todas las masas invertidas:

masa 1,55 Kg: a=0,5* 1/1,55 = 0,325 (Respuesta: 0,3266, posible error, redondeo)
masa 1,75 Kg: a=0,5* 1/1,75 = 0,285 (Respuesta: 0,2882)
masa 1,95 Kg: a=0,5* 1/1,95 = 0,255 (Respuesta: 0,2578)
masa 2,15 Kg: a=0,5* 1/2,15 = 0,235 (Respuesta: 0,2334)
masa 2,35 Kg: a=0,5* 1/2,35 = 0,215 (Respuesta: 0,214)
masa 2,55 Kg: a=0,5* 1/2,55 = 0,195 (Respuesta: 0,196)
Nota: Aunque los errores se deben al redondeo, la ecuación sigue siendo correcta debido a la relativa cercanía de todas las respuestas.

Conclusión:

En esta práctica de laboratorio, aprendimos la relación que ocurre cuando la masa de un objeto aumenta mientras la fuerza neta se deja constante. Cada vez que se agrega más masa al objeto y se tira de él con la fuerza neta (que permanece constante), la aceleración disminuye debido al aumento de masa.

Cuando se grafica no es una línea recta y esto significa que la aceleración no es proporcional. Para que estos dos valores sean proporcionales, la masa tuvo que invertirse para crear 1/m, lo que demuestra que nuestra hipótesis es correcta. Cuando se hace esto, los dos valores son proporcionales y cuando se representan gráficamente crean una línea recta.

A lo largo de este experimento las fuentes de error son mínimas. Una de las fuerzas que se pasó por alto fue la fricción. Aunque en este experimento no se tuvo en cuenta la fricción, todavía estaba presente entre las ruedas del coche y la pista. La resistencia del aire también es una fuerza que se pasó por alto.

Cuando se abrió la ventana del salón de clases, la cantidad de resistencia del aire cambiaba constantemente debido a las repentinas ráfagas de viento. Las ráfagas de viento que se produjeron no fueron muy fuertes por lo que no afectaron mucho a nuestros cálculos. Otra fuente de error es que las masas de las pesas no siempre son exactas.

Una de las pesas de 100 g se midió después del experimento y mostró 98 g, pero estas mediciones no afectaron los cálculos. Ninguna de estas fuentes de error afectó nuestros cálculos y aun así se logró el resultado del laboratorio.

Nota: Aunque los errores se deben al redondeo, la ecuación sigue siendo correcta debido a la relativa cercanía de todas las respuestas.

LABORATORIO #3

Introducción

Sir Isaac Newton fue un célebre físico que vivió y realizó sus investigaciones científicas a finales del siglo XVII. Newton dio grandes avances en las ciencias físicas, creó tres leyes del movimiento, descubrió la gravedad, desarrolló formas más poderosas de resolver problemas de cálculo, exploró la luz blanca y descubrió el espectro de colores de la luz.

Newton creció en una humilde granja señorial en el condado rural de Lincolnshire en Inglaterra y fue el primer científico en ser nombrado caballero. Hoy en día, la casa de su infancia es un famoso lugar histórico que ha servido como lugar de peregrinación a muchos grandes científicos desde la época de Newton.

Este experimento explorará en profundidad la segunda ley de Newton. La segunda ley de Newton dice: La fuerza es igual a la masa por la aceleración (F= mxa). En pocas palabras, su ley describe la relación entre la masa de un objeto, la aceleración de un objeto y la fuerza necesaria para moverlo.

Por ejemplo, si una persona quisiera mover un objeto de 10 kg con una aceleración de 10 m/s/s, necesitaría usar una fuerza igual a 100 Newtons. Esta ecuación también se puede reordenar en términos de masa y aceleración. En términos de masa, la ecuación queda: m= F/a. En términos de aceleración, la ecuación se convierte en a= F/m. Es importante tener en cuenta las unidades que utiliza esta ecuación: la unidad de Fuerza en la ecuación es Newton, la unidad de Masa son Kilogramos y la unidad de aceleración es m/s/s (metros por segundo al cuadrado).

Hipótesis

Si la fuerza y la aceleración son directamente proporcionales, entonces cuando aumentamos la fuerza, esperaríamos que aumentara la aceleración.
Si la masa y la aceleración son indirectamente proporcionales, entonces cuando aumentamos la masa, esperaríamos que la aceleración disminuyera.

Materiales

Sensor de recolección de datos Vernier (en modo carrito)
Transmisión de LabQuest
Cable de datos
cable USB
Cable de carga para LabQuest (opcional)
Chromebook
Oruga Pascal de baja fricción de 1,2 metros de largo
Carro Pascal Dynamics de baja fricción
Polea de baja fricción
Cuerda de 1,3 metros de largo.
cubo de pesas
balanza digital

Procedimiento

Parte A: Configuración del equipo

Reunir materiales
Coloque la pista de baja fricción sobre el mostrador y coloque el carro de baja fricción sobre la pista
Coloque el sensor de movimiento en el extremo del tope del riel. Debe estar dispuesto de manera que el carro se aleje del tope y del sensor de movimiento durante el experimento.
Conecte el LabQuest y el sensor de movimiento con el cable de datos y conecte el LabQuest y el Chromebook con el cable USB. Conecte el cable de carga al LabQuest y, si es necesario, a una toma de corriente.
Coloque la polea en el extremo más alejado del riel y pase una cuerda a través de ella, sujetándola al carro.

Parte B1: Realización de la primera parte del experimento

Abra Vernier Graphical Analysis en Chromebook y seleccione la opción de tres gráficos para mostrar datos de aceleración.
Asegúrese de que el sensor de movimiento esté en modo carrito
Pesar el carro y registrarlo en la tabla de datos.
Vuelva a colocar el carro en la pista y alinéelo en el extremo inicial cerca del sensor de movimiento.
Coloque los pesos correspondientes (50 g) en el extremo más alejado de la cuerda y coloque la cuerda con peso sobre el mostrador de manera que no aplique fuerza al carro.
Inicie el detector de movimiento en el Chromebook a través del software de Análisis Gráfico
Suelte el peso del extremo del mostrador y permita que arrastre el carro a lo largo de la vía. Detén el carro antes de que se salga de la vía.
Presione el botón de zoom en el software de Análisis Gráfico para ver los datos.
Resalte la parte más plana del gráfico, luego seleccione la función estadística e identifique la media de los puntos de datos resaltados. Añade este número a la tabla.
Repita los pasos 4 a 9 dos veces más para completar un total de tres pruebas y registrar datos.
Repita los pasos 4 a 10 dos veces con pesas nuevas (50, 100, 200 g) en el extremo de la cuerda.

Parte B2: Realización de la segunda parte del experimento

Abra Vernier Graphical Analysis en Chromebook y seleccione la opción de tres gráficos para mostrar datos de aceleración.
Asegúrese de que el sensor de movimiento esté en modo carrito
Pese el carro con pesas en la balanza digital. Registre en la tabla de datos.
Coloque el carro en la pista y alinéelo en el extremo inicial cerca del sensor de movimiento.
Añade 100 g de peso a la cuerda. El peso de la cuerda no cambiará en esta parte del experimento. Coloque una cuerda con peso sobre el mostrador para que no aplique fuerza al carro.
Agregue 200 gramos de peso al carrito.
Inicie el detector de movimiento en el Chromebook a través del Gráfico…