Universidad Técnica Del Norte Informe

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ANÍBALCADENA E. PRÁCTICAS DE LABORATORIO UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE INFORME DE LABORATORIO DE FÍSICA II NOMBRE: Rivadeneira Yepéz Patricia Noemi SEMESTRE: Segundo CURSO: Fisica II FECHA: 24-10-2014 LABORATORIO Nº 2 TEMA: DINÁMICA DE PARTÍCULAS Objetivos: 1. Utilizar un simulador de fuerzas para comprender la primera ley de Newton 2. Determinar el coeficiente de rozamiento estático para diferentes superficies e inclinaciones, utilizando un plano inclinado Fundamento Teórico: Deberán consultar sobre: tipos de fuerzas, Isaac Newton, las tres leyes de Newton con aplicaciones prácticas en la vida real, la fuerza de rozamiento, coeficiente de rozamiento estático y cinético Tipos de fuerzas En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la Intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. La unidad científica de fuerza es el newton, que se abrevia con la letra N. En la naturaleza existen 4 tipos de fuerzas fundamentales: a) Fuerza gravitacional: Es la atracción que ejercen entre si dos cuerpos, a causas de sus masas. Generalmente la masa es de un cuerpo es la cantidad de substancia que tiene. b) Fuerza Electromagnética: Es la producida por un cuerpo cargado eléctricamente, ya sea que esté en reposo o en movimiento. Si está en reposo, solo se genera una fuerza eléctrica; si el cuerpo cargado se mueve, además de a fuerza eléctrica, se genera una fuerza magnética. c) Fuerza nuclear fuerte: Es la responsable de mantener unidos los protones y neutrones en el núcleo atomico.Esta fuerza no obedece a ninguna ley conocida, si no que decrece rápidamente, hasta prácticamente anularse cuando la distancia entre los cuerpos es mayor a 10ˉ15 m. d) Fuerza nuclear débil: ANÍBALCADENA E. PRÁCTICAS DE LABORATORIO Es de naturaleza y característica diferente a lo anterior, a pesar de que también se origina a nivel nuclear. Esta fuerza tampoco cumple una ley establecida y se encuentra en el fenómeno físico de la radiación. Isaac Newton Isaac Newton nació el 25 de diciembre de 1642), en la pequeña aldea de Woolsthorpe, en el Lincolnshire. Su padre, un pequeño terrateniente, acababa de fallecer a comienzos de octubre. En 1680 Newton fue inscrito en la King's School de la cercana población de Grantham. Hay testimonios de que en los años que allí pasó alojado en la casa del farmacéutico, se desarrolló su poco usual habilidad mecánica, que ejercitó en la construcción de diversos mecanismos. En 1663 se despertó su interés por las cuestiones relativas a la investigación experimental de la naturaleza. Newton realizo grandes descubrimientos que hoy en día todavía seguimos utilizando. Murió el 20 de marzo después de haberse negado ante la ayuda de la iglesia. Las tres leyes de Newton con aplicaciones prácticas en la vida real Primera ley (Principio de inercia): Todo cuerpo permanece en su estado inicial de reposo o movimiento rectilíneo uniforme a menos que sobre el actué una fuerza externa neta no nula a la fuerza de rozamiento. Segunda ley: La aceleración de un objeto es inversamente proporcional a su masa y directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el 1 a =𝑚. F o F= m.a Donde F es la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el (fuerza neta).Tercera ley (Principio de Acción y Reacción): Si un objeto A ejerce una fuerza sobre un objeto B, este ejerce sobre el A una fuerza igual en modulo y dirección pero de sentido contrario. ANÍBALCADENA E. PRÁCTICAS DE LABORATORIO Coeficiente de rozamiento estático y cinético El coeficiente de rozamiento o coeficiente de fricción expresa la oposición al deslizamiento que ofrecen las superficies de dos cuerpos en contacto. Es un coeficiente adimensional. Usualmente se representa con la letra griega μ (mi). El valor del coeficiente de rozamiento es característico de cada par de materiales en contacto; no es una propiedad intrínseca de un material. Depende además de muchos factores como la temperatura, el acabado de las superficies, la velocidad relativa entre las superficies, etc. La naturaleza de este tipo de fuerza está ligada a las interacciones de las partículas microscópicas de las dos superficies implicadas. Por ejemplo, el hielo sobre una lámina de acero pulido tiene un coeficiente bajo; mientras que el caucho sobre el pavimento tiene un coeficiente alto. El coeficiente de fricción puede tomar valores desde casi cero hasta mayores que la unidad. Rozamiento estático y dinámico La mayoría de las superficies, aun las que se consideran pulidas son extremadamente rugosas a escala microscópica. Cuando dos superficies son puestas en contacto, el movimiento de una respecto a la otra genera fuerzas tangenciales llamadas fuerzas de fricción, las cuales tienen sentido contrario al movimiento, la magnitud de esta fuerza depende del coeficiente de rozamiento dinámico. Existe otra forma de rozamiento relacionada con el anterior, en que dos superficies rígidas en reposo no se desplazan una respecto a la otra siempre y cuando la fuerza paralela al plano tangente sea suficientemente pequeña, en este caso el coeficiente relevante es el coeficiente de rozamiento estático. La condición para que no haya deslizamiento es que: Donde: , es la fuerza paralela al plano de tangencia que intenta deslizar las superficies. , es la fuerza normal o perpendicular al plano de tangencia. , es el coeficiente de rozamiento estático. Para superficies deformables conviene plantear la relación anterior en términos de tensiones normal y tangencial en un punto, habrá deslizamiento relativo si en algún punto: Donde: ANÍBALCADENA E. PRÁCTICAS DE LABORATORIO es el vector normal unitario al plano tangente de contacto entre superficies. es el tensor de tensiones en uno de los dos sólidos en contacto. Materiales necesarios: • • • • • • • Plano inclinado Paralelepípedos Base triangular (proporcionado en el laboratorio) Varilla (proporcionado en el laboratorio) dinamómetro Papel milimetrado (3 hojas) Computador portátil Esquema: PRIMERA PARTE LA PRIMERA LEY DE NEWTON UTILIZANDO SIMULADOR DE FUERZAS IDEAS PREVIAS Repasa tus ideas: 1. ¿Cómo se puede cambiar el movimiento de un objeto? Se puede cambiar el movimiento de un objeto, cuando se le aplica una fuerza igual e inversa de la fuerza que el objeto lleva, porque si el objeto lleva una aceleración entonces la fuerza debe de hacer una fricción para detener el movimiento y así poder cambiar el movimiento de un objeto. ANÍBALCADENA E. PRÁCTICAS DE LABORATORIO 2. ¿Qué hace posible que un objeto en movimiento cambie de dirección? Es posible cuando se ejerce presión al contrario del objeto teniendo en cuenta la masa del objeto que lo va a presionar y la fuerza que se ejercerá para que cambie de dirección. 3. ¿Qué se necesita para frenar un objeto en movimiento? Se necesita equilibrar las dos partes es decir ejercer la presión de los dos lados que contengan la misma masa y asi se puede equilibrar y mantener el objeto sin movimiento Y asi se puede frenar el movimiento del objeto PROCEDIMIENTO Selecciona el simulador que se encuentra en el blog del curso de física en práctica de dinámica. http://phet.colorado.edu/en/simulation/forces-and-motion-basics Abre el archivo dándole doble click o enter y se abrirá el simulador de la siguiente manera Después juega 5 minutos con el simulador. Trata de usar todas las herramientas disponibles. Después de a ver jugado, coloca un objeto (persona), deslizándolo hacia la cuerda y da click en vaya. Observa lo que sucede y descríbelo a continuación. ANÍBALCADENA E. PRÁCTICAS DE LABORATORIO Se puede observar que el objeto (persona) ejerce una presión hacia la parte de atrás produciendo una fuerza de rozamiento tanto en el objeto como en la persona y así halando el móvil. Ahora coloca diferente cantidad de objetos en cada lado y observa lo que sucede. Descríbelo. Al colocar en la parte izquierda del grafico dos personas y en parte derecha del grafico cuatro personas el móvil se deslizara haca la parte derecha ya que se pude observar que la fuerza que ejercen los cuatro cuerpos es mayo, también da a entender que la masa de las personas influye para q el móvil se deslice hacia la derecha Ahora trata de acomodar diferente cantidad de objetos y que no se mueva el móvil. ¿Qué hiciste para que el móvil no se moviera? Descríbelo. Se debe colocar el mismo peso a los dos lados, así equilibrando y no permitiendo que el móvil se deslizara hacia ninguna de las dos partes. Ahora ve a la opción de motion y dale click. Aparecerá otra imagen donde los objetos estarán en estado de reposo. Después sube un objeto a la patineta y aumenta la fuerza. Observa algunos segundos, analiza y escribe que sucede. ANÍBALCADENA E. PRÁCTICAS DE LABORATORIO Aumentar fuerza Al empezar a mover el objeto que comienza con una velocidad inicial de 0 newtons se puede observar q mientras más fuerza se ejerce la velocidad aumenta del móvil. Así aumentando la velocidad de la patineta. Describe el movimiento de la patineta La patineta comienza con velocidad inicial cero, mientas se va empujando más su velocidad va cambiando y aumentando ¿Por qué crees que el objeto no se detiene? El objeto no se detiene en la aplicación que nos hiso utilizar por que la persona ejerce una fuerza la cual llega a su nivel máximo y por eso no se detiene ¿Qué harás para que el objeto se detenga? Descríbelo Se puede ejercer la misma fuerza del lado posterior para así ir reduciendo la velocidad hasta q llegue a estar el móvil completamente parado y sin que se mueva ¿Qué pasa si aplicas una fuerza mayor a lado contrario? Descríbelo La fuerza que ejerce es negativa por qué. Al tomar en cuenta las mediciones que nos presenta el juego. REGISTRO DE RESULTADOS Ahora que ya realizaste todas las indicaciones anteriores. Contesta las siguientes cuestiones ¿Cuándo un objeto se encuentra en estado de reposo? Cuando el objeto no tiene aceleración hacia ningún lado ¿Cuándo un objeto se moverá? Se moverá cuando se ejerza una presión hacia el móvil ¿Cuándo Un objeto en movimiento cambiara de dirección? ANÍBALCADENA E. PRÁCTICAS DE LABORATORIO Cuando se ejerza fuerza del lado posterior cambiara de dirección, ya que la fuerza que se aplica es del lado contrario ¿Cuándo un objeto en movimiento se detendrá? Cuando su aceleración llegue a estar en cero, hay el objeto de detendrá y no se moverá ¿Qué sucede cuando existen dos fuerzas contrarias iguales aplicadas en un móvil? El móvil no se moverá ya que las fuerzas son iguales, así que proporciona una misma fuerza sin dejarlo que el móvil se mueva a ningún lado. ¿Explica con tus palabras que es la inercia? Para mi la inercia es cuando un objeto no se mueve, no tiene aceleracion y no existe fuerza en el objeto y permanece en estado de reposo. CONCLUSIONES Anota los aprendizajes que obtuviste al desarrollar esta práctica. Fue una experiencia nueva, primera vez que lo utilizo Hubiera sido más favorable haber tenido una pequeña introducción por parte del docente para entenderlo con más facilidad La tecnología es i importante para el desarrollo de clases ANÍBALCADENA E. PRÁCTICAS DE LABORATORIO SEGUNDA PARTE COEFICIENTE DE ROZAMIENTO Realización de la Experiencia Utilizaremos un tablero de madera que iremos elevando y midiendo su inclinación con diferentes cuerpos. La práctica la dividiremos en cuatro partes: a) La relación entre la fuerza de rozamiento y el área de las superficies puestas en contacto. b) Relación entre la fuerza de rozamiento y la naturaleza de las superficies puestas en contacto. c) Cálculo de los coeficientes de rozamiento. d) Comprobación del coeficiente de rozamiento utilizando un dinamómetro. Para la primera parte realizaremos una tabla en la que cogemos un prisma rectangular y medimos la altura cuando comience a deslizar el prisma por sus diferentes caras. Datos Altura a la que comienza a deslizar Prisma H1 H2 H3 H4 HMedia Rectangular CARA 1 24.8 cm 22,8cm 23,5cm 22,3cm 23,35cm CARA 2 23.2cm 23cm 24cm 22,9cm 23,38cm CARA 3 21,5cm 21,9cm 21,6cm 20,5cm 21,38cm 1) En esta parte utilizaremos un prisma rectangular de madera y variaremos con diferentes superficies, empezando primero con una superficie de madera, después una de aluminio y por último una de acero inoxidable. Deberemos realizar una tabla calculando la altura en que comienza a deslizar el prisma con las diferentes rampas. 2) ANÍBALCADENA E. Datos Prisma H1 Madera-Madera 24cm Madera-Aluminio 14,9cm Madera-Acero 19,5cm PRÁCTICAS DE LABORATORIO Altura a la que comienza a deslizar H2 H3 H4 22,5cm 23,8cm 22cm 15cm 14cm 14,5cm 19,5cm 19,4cm 18,8cm HMedia 23,08cm 14,60cm 19,30cm En esta parte utilizamos las alturas medias calculadas en la tabla anterior para obtener el ángulo del plano para el cual comienza a deslizar el prisma. De este mediante la ecuación dada anteriormente 3) Obtendremos una tabla con los coeficientes de rozamiento para las diferentes superficies puestas en contacto. Coeficiente de Rozamiento HMedia Angulo α µ Madera-Madera 23,08cm 27,79° 0,53 Madera- 14,60cm 17,15° 0,31 Aluminio Madera-Acero 19,30 22,45° 0,42 Para verificar la validez de tus resultados, también podemos calcular el coeficiente de rozamiento colocando los diferentes planos en horizontal y tirando de un dinamómetro observar que fuerza es necesaria para que comience a moverse. Mediante esta fuerza podremos calcular el coeficiente de rozamiento utilizando la ecuación: 4) ANÍBALCADENA E. PRÁCTICAS DE LABORATORIO Debes realizar una tabla con los valores de las fuerzas obtenidas en el dinamómetro para los diferentes materiales y calcular su coeficiente de rozamiento. Coeficiente de Fuerzas Medidas con el Dinamómetro Rozamiento F1 F2 F3 F4 FMedia µ Madera0,22 0,20 0,24 0,22 0,22 0,24 Madera Madera0,14 0,14 0,16 0,14 0,15 0,17 Aluminio ANÍBALCADENA E. LABORATORIO Madera-Acero PRÁCTICAS DE 0,20 0,18 0,20 0,18 0,19 0,21 CUESTIONARIO: 1º ¿Crees que el coeficiente de rozamiento depende de la superficie que este en contacto con el plano? Razona tu respuesta. Si depende ya que influye mucho en el movimiento que va ha realizar el móvil. La superficie es importante para tener datos exactos del ejercicio al realizar 2º ¿Es igual el coeficiente de rozamiento para todos los cuerpos? Razona tu respuesta y propón alguna utilidad de la vida real. No es igual ya que los objetos utilizados eran de diferentes características y no de las mismas y por esta razón es diferente según mie punto de vista 3º ¿Son muy diferentes los resultados de los coeficientes de rozamiento obtenidos mediante el plano de inclinación variable respecto de los obtenidos utilizando el dinamómetro? ¿Deberían ser diferentes? No son demasiado solo se puede decir que con el plano inclinado teníamos datos en cm mientras que en el dinamómetro se obtenía datos en newton. Pero con los dos métodos se puede calcular la fuerza de rozamiento 4º Demuestra matemáticamente las ecuaciones usadas en la práctica. Es decir, demuestra las igualdades: ANÍBALCADENA E. LABORATORIO PRÁCTICAS DE 5º ¿Se te ocurre otro método para calcular el coeficiente de rozamiento entre dos superficies? En caso afirmativo explica cómo diseñarías la experiencia. Se puede analizar la segunda ley de newton, al utilizar una rueda de un carro teniendo en cuenta que la aceleración es constante para así poder determinar la fuerza de rozamiento CONCLUSIONES: La práctica realiza nos mostró que la fuerza de rozamiento depende varios factores, como el objeto utilizado y la superficie en donde se produjo la fuerza de rozamiento, donde como resultados datos diferentes datos mientras se utilizó diferentes objetos para calcularlo La fuerza de rozamiento existe en todas partes, y se pudo demostrar en el laboratorio al realizar mediante un proceso de maneja gráfica y sencilla analizando los datos obtenidos y calculando para entender de mejor manera la segunda ley de newton. MATRIZ DE EVALUACIÓN DE LA PRÁCTICA 2 RUBRICA (1-3) Realización de la experiencia y completado de las 3 tablas (50%) Tablas incompletas, mala organización y respeto por el material de laboratorio Respuesta a las Poco interés cuestiones 1, 2, y respuesta 3, 4 y 5. (10%) (3-5) (5-7) Tablas parcialmente incompletas, buena conducta y respeto por el material Un poco interés y Tablas y Desarrollo brillante completas, en el laboratorio, respecto buena actitud y buena tablas completas. conducta. de Bastante interés respuesta ANÍBALCADENA E. LABORATORIO totalmente errónea (7-10) y Respuesta correctamente desarrollada sin PRÁCTICAS DE respuestas con lagunas bastante coherente errores conceptos. de