Leyes de Newton

Física. Mecánica. Fuerzas. Sistema de pesas. Tensión. Aceleración

  • Enviado por: Slobenzo
  • Idioma: castellano
  • País: Venezuela Venezuela
  • 16 páginas
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'Leyes de Newton'
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DE LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL

NÚCLEO BARINAS

Barinas, Junio 2009

Introducción

En este trabajo se hablara de la leyes de Isaac Newton uno de los más grandes genios de la ciencias física y matemáticas. estas leyes hablan de:

Primera ley de Newton (ley de inercia): un cuerpos e mantendrá en reposo o con velocidad constante en el espacio a menos que actué una fuerza externa sobre él.

Segunda ley de Newton:

Tercera ley de Newton (ley de la acción y reacción): Esta ley afirma que cuando uno objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, este ejerce también una fuerza sobre el primero pero en sentido opuesto.

En el siguiente informe vamos a trabajar lo ya mencionado antes en una práctica laboratorio que consiste en aplicar diferentes ángulos en un sistema de masas con Angulo variable. Allí vamos a tomar dos masa, la cual la masa dos es el doble de la masa uno por consiguiente te va a ver un movimiento hacia el sentido donde se encuentre la masa mayor en este caso es en sentido de las manecillas del reloj va a ver un movimiento positivo para la masa uno y un movimiento negativo para la masa dos. Allí tenemos que hallar la aceleración del cuerpo y la tensión de la cuerda para eso debemos realizar una serie de cálculos. Todo esto con diferentes ángulos para uno de 20 uno de 45 y uno de 80 grados respectivamente.

OBJETIVOS

  • Demostrara mediante ejemplos su comprensión de la primera ley de newton sobre el movimiento.

  • Demostrar mediante ejemplos la comprensión de la tercera ley de newton y sus aplicaciones sobre el movimiento.

  • El alumno será capaz de construir un diagrama de cuerpo libre que represente todas las fuerzas que actúan sobre un objeto que se encuentra en equilibrio traslacional.

  • Aplicar los conocimientos adquiridos en vectores y en las leyes de newton en el plano inclinado.

Marco teórico

PRIMERA LEY O LEY DE INERCIA

La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).

Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cual sea el observador que describa el movimiento. Así, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento. La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.

SEGUNDA LEY O PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA DINAMICA

La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo . La constante de proporcionalidades la masa del cuerpo , de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera :F=ma

Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como:

F = m a

La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N . Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s2 , o sea,

1 N = 1 Kg · 1 m/s2

La expresión de la Segunda ley de Newton que hemos dado es válida para cuerpos cuya masa sea constante. Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible, no es válida la relación F = m · a . Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para que incluya el caso de sistemas en los que pueda variar la masa.

Para ello primero vamos a definir una magnitud física nueva. Esta magnitud física es la cantidad de movimiento que se representa por la letra p y que se define como el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad , es decir:

p = m · v

La cantidad de movimiento también se conoce como momento lineal . Es una magnitud vectorial y, en el Sistema Internacional se mide en Kg·m/s . En términos de esta nueva magnitud física, la Segunda ley de Newton se expresa de la siguiente manera:

La Fuerza que actua sobre un cuerpo es igual a la variación temporal de la cantidad de movimiento de dicho cuerpo, es decir

F = d p /dt

De esta forma incluimos también el caso de cuerpos cuya masa no sea constante. Para el caso de que la masa sea constante, recordando la definición de cantidad de movimiento y que como se deriva un producto tenemos:

F = d(m· v )/dt = m·d v /dt + dm/dt · v

Como la masa es constante

dm/dt = 0

y recordando la definición de aceleración, nos queda

F = m a

tal y como habiamos visto anteriormente.

 Otra consecuencia de expresar la Segunda ley de Newton usando la cantidad de movimiento es lo que se conoce como Principio de conservación de la cantidad de movimiento . Si la fuerza total que actua sobre un cuerpo es cero, la Segunda ley de Newton nos dice que:

0 = d p /dt

es decir, que la derivada de la cantidad de movimiento con respecto al tiempo es cero. Esto significa que la cantidad de movimiento debe ser constante en el tiempo ( la derivada de una constante es cero ). Esto es el Principio de conservación de la cantidad de movimiento : si la fuerza total que actua sobre un cuerpo es nula, la cantidad de movimiento del cuerpo permanece constante en el tiempo .

TERCERA LEY O PRINCIPIO DE ACCION-REACCION

La tercera ley , también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario .

Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.

Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a nosotros .

Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre si, puesto que actúan sobre cuerpos distintos

MATERIALES Y METODOS

Cronometro

Pesas (piedras)

Balanza

Dinamómetro

Sistema de pesas con ángulo variable

Transportador

Cinta métrica

Bata

Guía practica

Pabilo.

ACTIVIDADES

1.- armar el sistema con pesas y rieles

2.- Aplicar un ángulo de 20º y dejar el sistema con las fuerzas de la naturaleza, sabiendo que la pesa colgante sea el doble de la deslizante.

Explique el fenómeno con las leyes de Newton.

3.- Si el sistema se mueve calcular la aceleración del sistema y la tensión.

4.- Al mismo sistema aplique 45º Hacer el mismo análisis de ítem 2 y 3

5.-aplique 80º y repita los análisis.

En todas las actividades medir las masas con la balaza.

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE

Angulo de 20 grados

Angulo de 45 grados

Angulo de 80 grados


Masa 0.17 kg

=m.a

-Fr - p1.sen 200 + T = m1.a

Despejamos ecuación 1

T = m1.a + P.sen 200 + Fr ecuación 1

= 0

N - P.cos 200= 0 Ecuacion 2

N= m.g.cos 200=

N= 0.17 kg. 9.81 m/s2 . cos 200

N=1.56 Nw

Fr=M.N

Fr= 0.2 * 1.56Nw= 0.312 Nw

Sustituimos l en 3

m1.a + P.sen 200 + Fr=-m2+a+ m2g

m1.a+ m1.g .sen 200 + Fr=-m2a+ m2.g

m1 .a+m2a =m2g- m1.g. sen 200 - Fr

a(m1+m2)=m2g- m1.g. sen 200 - Fr

A=5.24m/s2

Masa 0.32 kg

= 0

= -m2.a

T-P2=m2.a

T=-M2.a+P2 Ecuación 2

T1=T2

T=-m2.a+m2.g

T=-0.32kg*5.24m/s2+0.32kg*9.81m/s2

T=1.46Nw

T=m1.a+m1.g.sen20º+Fr

T=0.17kg*5.24m/s2+0.17kg*9.81m/s2*sen20+0.312Nw

T=1.45Nw

Masa 0.17 kg

=m.a

-Fr - p1.sen 450 + T = m1.a

Despejamos ecuación 1

T = m1.a + P.sen 450 + Fr ecuación 1

= 0

N - P.cos 450= 0 Ecuacion 2

N= m.g.cos 450

N= 0.17 kg. 9.81 m/s2 . cos 450

N=1.17 Nw

Fr=M.N

Fr= 0.2 * 1.17Nw= 0.23 Nw

Sustituimos l en 3

m1.a + P.sen 450 + Fr=-m2+a+ m2g

m1.a+ m1.g .sen 450 + Fr=-m2a+ m2.g

m1 .a+m2a =m2g- m1.g. sen 450 - Fr

a(m1+m2)=m2g- m1.g. sen 450 - Fr

A=4.00m/s2

Masa 0.32 kg

= 0

= -m2.a

T-P2=m2.a

T=-M2.a+P2 Ecuación 2

T1=T2

T=-m2.a+m2.g

T=-0.32kg*4m/s2+0.32kg*9.81m/s2

T=1.85Nw

T=m1.a+m1.g.sen20º+Fr

T=0.17kg*4m/s2+0.17kg*9.81m/s2*sen20+0.312Nw

T=1.86Nw

Masa 0.17 kg

=m.a

-Fr - p1.sen 800 + T = m1.a

Despejamos ecuación 1

T = m1.a + P.sen 800 + Fr ecuación 1

= 0

N - P.cos 800= 0 Ecuacion 2

N= m.g.cos 800

N= 0.17 kg. 9.81 m/s2 . cos 800

N=0.28 Nw

Fr=M.N

Fr= 0.2 * 0.28Nw= 0.056 Nw

Sustituimos l en 3

m1.a + P.sen 800 + Fr=-m2+a+ m2g

m1.a+ m1.g .sen 800 + Fr=-m2a+ m2.g

m1 .a+m2a =m2g- m1.g. sen 800 - Fr

a(m1+m2)=m2g- m1.g. sen 800 - Fr

Masa 0.32 kg

= 0

= -m2.a

T-P2=m2.a

T=-M2.a+P2 Ecuación 2

T1=T2

T=-m2.a+m2.g

T=-0.32kg*2.93m/s2+0.32kg*9.81m/s2

T=2.20Nw

T=m1.a+m1.g.sen20º+Fr

T=0.17kg*2.93m/s2+0.17kg*9.81m/s2*sen20+0.312Nw

T=2.19Nw


A=2.93m/s2

RESULTADOS

Elaborar un cuadro y detallar los diferentes datos obtenidos, tales como posición, tiempo, velocidad, así como demostrar a través de formulas matemáticas y análisis los diferentes resultados obtenidos, explicar que pasa en los diferentes sistemas.

Comparar las actividades 1 y 2 además de los sistemas 2 y 3.

Ángulos

Tiempo

Velocidad

Posición

20º

0.92sg

0.34m/sg

0.32m

45º

1.02sg

0.31m/sg

0.32m

80º

1.29sg

0.24m/sg

0.32m

Desarrollo

Que fuerza impide el deslizamiento de la masa por el riel ¡explique!

La fuerza de fricción o fuerza de roce ya que esta impide que se deslice libremente por los rieles pero no anula la fuerza porque esta es mayor y en ella también afecta la rugosidad del material cono la masa que se está utilizando en este caso es madera sobre madera y la inclinación según el Angulo.

Que fuerza actúa en la masa que cuelga y explique porque?

El peso y la tención porque hay una cuerda que está sosteniendo la masa y actúa sobre el la fuerza de gravedad provocando así una tención de la cuerda y como hay actúa la fuerza de gravedad en la masa se produce un peso.

La aceleración calculada en la actividad 1 y 2 son iguales ¡explique!

No son iguales porque con el Angulo de 20º es una aceleración distinta del Angulo de 40º ya que entre mayor sea el Angulo es menor la aceleración que se ejerce y en el ángulo de 80 grados es inferior alas otras dos por lo tanto entre el Angulo sea mayor la aceleración disminuye.

Con que Angulo se aplica la tercera ley de Newton?

Con el de 80 porque aunque recorrió una distancia hay un intervalo donde se detiene pos ahí en ese intervalo se produce la tercera ley de newton porque la masa dos ejerce una fuerza hacia la masa uno pero esta ejerce por al inclinación la misma fuerza pero en sentido contrario y es ahí donde hay una acción reacción pero las fuerzas no se anulan.

Conclusiones

  • En ausencia de fuerzas, un cuerpo en reposo seguirá en reposo, y un cuerpo moviéndose a una velocidad constante en línea recta, lo continuará haciendo indefinidamente. Hasta que una fuerza externa actúe sobre el y le cambie su dirección o sentido.

  • Cuando se aplica una fuerza a un objeto, se acelera. La aceleración es en dirección a la fuerza y es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa .

  • "para cada acción existe una reacción igual y en sentido contrario".

Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton

http://www.her.itesm.mx/academia/profesional/cursos/fisica_2000/Fisica1/F%C3%ADsica/ftema5_ln.html

http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-04_02.htm

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