FUERZA Y ACELERACION
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    FUERZA Y ACELERACION FUERZA Y ACELERACION Document Transcript

    • FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoI. OBJETIVOInvestigar la relación entre fuerza y aceleración.Desarrollar los conceptos de fuerza, masa y aceleración.Verificar el cumplimiento de que la fuerza es igual a la masaaceleración.Analizar las diferentesII. MATERIALESSOPORTE UNIVERSALFISICA EXPERIMENTAL IToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoInvestigar la relación entre fuerza y aceleración.Desarrollar los conceptos de fuerza, masa y aceleración.Verificar el cumplimiento de que la fuerza es igual a la masaAnalizar las diferentes graficas que nos ayuden a entender el movimiento.MATERIALESSOPORTE UNIVERSAL NUEZFISICA EXPERIMENTAL II1Verificar el cumplimiento de que la fuerza es igual a la masa por laque nos ayuden a entender el movimiento.
    • FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoCUERDA DE NYLONPESAS (100, 50, 10, 5 y 1g)FISICA EXPERIMENTAL IToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoCUERDA DE NYLON PORTA PESASCRONOMETROPESAS (100, 50, 10, 5 y 1g) POLEA FIJAFISICA EXPERIMENTAL II2PORTA PESASPOLEA FIJA
    • FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION FISICA EXPERIMENTAL IIToribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 3III. MARCOTEORICOComo sabemos la segunda ley de Newton es una de las leyes básicas de lamecánica (Rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con elmovimiento de los cuerpos); se utiliza en el análisis de los movimientos próximos ala superficie de la tierra y también en el estudio de los cuerpos celestes.Cuando estudiamos l primera ley de Newton vemos que la resultante de la fuerzaque actúan es nula este cuerpo se encuentra en reposo un movimiento rectilíneouniforme.En cualquiera de estos casos la aceleración del cuerpo es nula. De modo que si:ܴሬԦ = 0 , ‫ܽ ݏ݋݉݁ݎ݀݊݁ݐ‬Ԧ = 0La dinámica es parte de la mecánica y se encarga de estudiar las fuerzas queintervienen en un movimiento y las leyes que lo rigen a diferencia de la cinemática.Segunda Ley de NewtonLa aceleración que un cuerpo adquiere es directamente proporcional a laresultante de las fuerzas que actúan en él, y tiene la misma dirección y el mismosentido que dicha resultante.R = m a , o bien, å F = m a.La aceleración que el cuerpo vaya a adquirir por la acción del sistema de fuerza, seobtendrá 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 atendrá la misma dirección y el mismo sentido que el vector R. La ecuación R = maes la expresión matemática de la Segunda Ley de Newton en su forma másgeneral.
    • FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoLa Segunda Ley de Newton es una de las leyes básicas de la mecánica, se utiliza enel análisis de los movimientos próximos a la superfestudio de los cuerpos celestes.El mismo Newton la aplicó al estudiar los movimientos de loséxito 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 laaceleración que produce en él, o sea:Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo, tanto mayor será su inercia; es decir, lamasa de un cuerpo es una medida de la inercia delIV. PROCEDIMIENTOPRIMER PASO.- Realiza el montaje de la figura. La polea por lo menos debe estara 1.20m del piso. (La cuerda debe tener una longm2 repose en el piso, m1FISICA EXPERIMENTAL IToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoLa Segunda Ley de Newton es una de las leyes básicas de la mecánica, se utiliza enel análisis de los movimientos próximos a la superficie de la tierraestudio de los cuerpos celestes.El mismo Newton la aplicó al estudiar los movimientos de los planetaslogrado constituyó una de las primeras confirmaciones de esta ley.de un cuerpo es el cociente entre la fuerza que actúa en el mismo, y laaceleración que produce en él, o sea:m = F / aCuanto mayor sea la masa de un cuerpo, tanto mayor será su inercia; es decir, lamasa de un cuerpo es una medida de la inercia del mismo.PROCEDIMIENTORealiza el montaje de la figura. La polea por lo menos debe estara 1.20m del piso. (La cuerda debe tener una longitud apropiada para que, cuandose encuentre casi junto a la polea).FISICA EXPERIMENTAL II4La Segunda Ley de Newton es una de las leyes básicas de la mecánica, se utiliza entierra y también en elplanetas, y el granlogrado constituyó una de las primeras confirmaciones de esta ley.de un cuerpo es el cociente entre la fuerza que actúa en el mismo, y laCuanto mayor sea la masa de un cuerpo, tanto mayor será su inercia; es decir, laRealiza el montaje de la figura. La polea por lo menos debe estaritud apropiada para que, cuando
    • FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoSEGUNDO PASO.- Medir la masa de los porta pportapesas. La pesa m2 debe tener por lo menos 100g en unidades de 10 y 20g.TERCER PASO.- En el cuadro de resultados, anotar los valores de mel experimento; anotar también el valor de (s) distancia.FISICA EXPERIMENTAL IToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoMedir la masa de los porta pesas, agregar 200g a cadadebe tener por lo menos 100g en unidades de 10 y 20g.En el cuadro de resultados, anotar los valores de mel experimento; anotar también el valor de (s) distancia.FISICA EXPERIMENTAL II5esas, agregar 200g a cadadebe tener por lo menos 100g en unidades de 10 y 20g.En el cuadro de resultados, anotar los valores de m1 y m2 al iniciar
    • FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoCUARTO PASO.- Cambiar pesas de msuperior hasta el suelo, en unos 6 ó 7s. Anotar los valores de mMedir el tiempo cuando el portapesas inicia su descenso, y detenerlo cuando elportapesas llega al piso. (Realiza la medición del tiempo por lo menos cinco veces).FISICA EXPERIMENTAL IToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoCambiar pesas de m1 y m2 hasta que la diferencia desde la partesuperior hasta el suelo, en unos 6 ó 7s. Anotar los valores de m1 y mando el portapesas inicia su descenso, y detenerlo cuando elportapesas llega al piso. (Realiza la medición del tiempo por lo menos cinco veces).FISICA EXPERIMENTAL II6hasta que la diferencia desde la partey m2 en el cuadro.ando el portapesas inicia su descenso, y detenerlo cuando elportapesas llega al piso. (Realiza la medición del tiempo por lo menos cinco veces).
    • FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoQUINTO PASO.- Toma 10g de manotar los valores en el cuadro de datos. Repetir este paso hasta que mrápidamente que ya no sea posible medir con precisión el tiempo.SEXTO PASO.- Completa el cuadro de datos, excepto lo encabezado por “Fuerzano balanceada”.FISICA EXPERIMENTAL IToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoToma 10g de m2 y agrégalos a m1. Medir el tiempo 5 veces yen el cuadro de datos. Repetir este paso hasta que mrápidamente que ya no sea posible medir con precisión el tiempo.Completa el cuadro de datos, excepto lo encabezado por “FuerzaFISICA EXPERIMENTAL II7. Medir el tiempo 5 veces yen el cuadro de datos. Repetir este paso hasta que m1 desciendarápidamente que ya no sea posible medir con precisión el tiempo.Completa el cuadro de datos, excepto lo encabezado por “Fuerza
    • FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION FISICA EXPERIMENTAL IIToribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 8ܽԦ ݉‫ݏ‬ଶൗ‫ܨ‬௥ሬሬሬԦ ݂݃ 3.061.44372.106 979.6m1 al empezar 10,08 g m2 al empezar 10,11 gs (distancia que recorre m1 cuando desciende) 1,20 mm1 (g) m2 (g) t (s) t (prom) a (m/s2)f. debidoa la dif.de pesos(gf)f. nobalanceada(gf)60,08 25,11 3,4 3 4,02 342,700 342,4660,08 20,11 2,2 2 4,88 391,706 391,32148,08 110,11 4,3 4 1,44 372,106 371,79210,08 110,11 2,8 3 3,06 979,600 979,78210,08 90,11 3,2 3 3,91 1175,700 1173,74SEPTIMO PASO.- Construir una grafica de la fuerza debido a la diferencia de lospesos, contra la aceleración.Viendo los esquemasDe las tres figuras se concluye que la fuerza ‫ܨ‬௥ሬሬሬԦ que actúa sobre un cuerpo esdirectamente proporcional a la aceleración que adquiere.ܽԦ‫ܨ‬௥ሬሬሬԦ2ܽԦ2‫ܨ‬௥ሬሬሬԦ3ܽԦ3‫ܨ‬௥ሬሬሬԦDe la grafica ‫ܨ‬௥ሬሬሬԦ ܸ‫ܽ ݏ‬ԦLa pendiente de larecta es la inversa de lamasa:‫݁ݐ݊݁݅݀݊݁݌‬ = ଵ௠௔௦௔
    • FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION FISICA EXPERIMENTAL IIToribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 9‫ܯ‬ଵ‫ܯ‬ଶVectorialmente ‫ܨ‬ଵሬሬሬԦ + (-‫ܨ‬ଶሬሬሬԦ ) = m. ܽԦ∑ ‫ܨ‬Ԧ = m. ܽԦTomando módulos∑ ‫ܨ‬ = m. ܽOCTAVO PASO.- Completar la última columna del cuadro de datos y construir unagrafica de la fuerza no balanceada contra la aceleración.‫ܨ‬௡௢ ௕௔௟௔௡௖௘௔ௗ௔ = ሺ‫ܯ‬ଵ + ‫ܯ‬ଶሻ. ܽ‫ܨ‬ = ሺ‫ܯ‬ଵ + ‫ܯ‬ଶሻ. ܽV. SITUACIONES PROBLEMATICAS1.- ¿Cuál es la relación de la aceleración con respecto a lafuerza?Mientras mayor sea la fuerza que actúa sobre un cuerpo de masa constante,mayor será la aceleración que alcanzará el cuerpo. Dicho de otra manera, alduplicar la fuerza, se duplicará la aceleración. El enunciado de esteܽԦ ݉‫ݏ‬ଶൗ‫ܨ‬ே௕ሬሬሬሬሬሬԦ ݂݃ ‫ ݂ܽܿ݅ܽݎ݃ ݈ܽ ݁ܦ‬‫ܨ‬ܰ‫ܤ‬ሬሬሬሬሬሬԦ ܸ‫ܽ ݏ‬Ԧ→ ‫݁ݐ݊݁݅݀݊݁݌‬ሺ1ሻ =1‫ܯ‬ଵ‫݁ݐ݊݁݅݀݊݁݌‬ሺ2ሻ =1‫ܯ‬ଶܽ‫ܨ‬ଵሬሬሬԦ‫ܨ‬ଶሬሬሬԦa =௠ிభି ிమ
    • FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION FISICA EXPERIMENTAL IIToribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 10comportamiento se expresa diciendo que la aceleración de un objeto esdirectamente proporcional a la fuerza que actúa sobre el mismo.2.- ¿Cuál es la relación de la aceleración con la masa?La relación que existe es que mientras mayor sea la masa de un cuerpo, menorserá la aceleración que alcanzará el cuerpo al aplicarle siempre una misma fuerza.El caso contrario también es cierto: mientras menor sea la masa de un cuerpo,mayor será la aceleración que alcanzará el cuerpo al aplicarle siempre una mismafuerza. Dicho de otra forma, la aceleración dependerá de la masa del cuerpo siaplicamos siempre una misma fuerza. La aceleración es inversamenteproporcional a la masa del cuerpo.3.- ¿Qué representa las gráficas levantadas? ExpliqueEstas gráficas levantadas representan la relación existente entre la aceleracióny la fuerza, así como la relación existente entre la aceleración y la masa delcuerpo, es decir de estos gráficos se concluye lo siguiente:ܽm1gm2 g ሺ݉ଵ− ݉ଶሻ݃ = ሺ݉ଵ+ ݉ଶሻܽ‫ܨ‬௥ = ݉ଵ݃ − ݉ଶ݃ ……………. (I)ሺ݉ଵ−݉ଶሻ݃ = ݉. ܽ …………. (II)Pero m = masa promedio݉ = ݉ଵ+ ݉ଶ ………………… (III)Reemplazando (III) en (II)a =ሺ௠భି ௠మሻ௚௠భା ௠మ
    • FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoSiempre que una fuerza resultante distinta de cero actúa sobre un cuerpo,produce una aceleración en su misma dirección y sentido que esdirectamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masadel cuerpo.4.- Un hombre normal pesa unos 70 kgpesará en la luna y en el sol?La aceleración de la gravedad en la superficie de un planeta se define como:DondeEn la tierra el peso del hombreFISICA EXPERIMENTAL IToribio Córdova / Job Abanto / Juan AquinoSiempre que una fuerza resultante distinta de cero actúa sobre un cuerpo,produce una aceleración en su misma dirección y sentido que esdirectamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masanormal pesa unos 70 kg-f en la tierra, ¿Cuántopesará en la luna y en el sol?La aceleración de la gravedad en la superficie de un planeta se define como:gp = G.ࡹࡾ૛gp : gravedad del planetaM : masa del planetaR : radio de curvatura del planetaG : 6,67 x 10-11 ே௠మ௞௚మ…. Constante de Gravedad UniversalEn la tierra el peso del hombre:FISICA EXPERIMENTAL II11Siempre que una fuerza resultante distinta de cero actúa sobre un cuerpo,produce una aceleración en su misma dirección y sentido que esdirectamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masaf en la tierra, ¿CuántoLa aceleración de la gravedad en la superficie de un planeta se define como:…. Constante de Gravedad Universal
    • FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONToribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino70 kg-f = 70 N = 70 kg∴ La masa del hombre será 7,14 kgEn la Luna el peso del hombreMasa lunar = 7,36 x 10gluna = 6,67 x 10-11 ே௠El hombre en la luna pesará: WW = 7,14kg x 1,62௠௦∴ El hombre en la luna pesará 11,5668 kgdebe a que la masa terrestre es mayor que la masaEn el sol el peso del hombreMasa del sol = 1,991 x 10FISICA EXPERIMENTAL IToribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquinof = 70 N = 70 kg௠௦మ Como g ≅ 9,8௠௦మa masa del hombre será 7,14 kg aproximadamenteEn la Luna el peso del hombre:Masa lunar = 7,36 x 1022kg ; radio = 1,74 x 106metrosே௠మ௞௚మx଻,ଷ଺ ୶ ଵ଴మమ୩୥ሺଵ,଻ସ ୶ ଵ଴ల୫ሻమ=ସଽ,଴ଽଵଶ ௫ ଵ଴భభଷ,଴ଶ଻଺ ௫ ଵ଴భమ௠௦మ=ଶଵଵ଺ଵଷ଴ହEl hombre en la luna pesará: WH = m.gluna Donde: WH = peso del hombre௠௦మ= 11,5668 NEl hombre en la luna pesará 11,5668 kg-f , es decir menos que en la tierra, ello sedebe a que la masa terrestre es mayor que la masa lunar.En el sol el peso del hombre:Masa del sol = 1,991 x 1030kg ; radio medio = 6,96 x 10FISICA EXPERIMENTAL II12metrosଶଵଵ଺ଵଷ଴ହ݉‫ݏ‬2= 1,62௠௦మ= peso del hombref , es decir menos que en la tierra, ello selunar.kg ; radio medio = 6,96 x 108
    • FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION FISICA EXPERIMENTAL IIToribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 13gsol = 6,67 x 10-11 ே௠మ௞௚మ xଵ,ଽଽଵ ୶ ଵ଴యబ୩୥ሺ଺,ଽ଺୶ ଵ଴ఴ୫ሻమ=ଵଷ,ଶ଻ଽଽ଻ ௫ ଵ଴భవସ଼,ସସଵ଺ ௫ ଵ଴భల௠௦మ = 0,274 ‫01 ݔ‬ଷgsol = 274௠௦మaprox.El hombre en el sol pesará:WH = m.g solWH = 7,14 kg x 274௠௦మ = 1956,36 kg-f aproximadamente∴ El hombre en el sol pesará 1886,36 veces más que en la tierra, ello debido a ladiferencia de masas que existe entre el sol y la tierra.