FUERZA Y ACELERACION

FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION

Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino

I. OBJETIVO

� Investigar 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 masa

aceleración.

� Analizar las diferentes

II. MATERIALES

SOPORTE UNIVERSAL

FISICA EXPERIMENTAL I


Investigar 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 masa

Analizar las diferentes graficas que nos ayuden a entender el movimiento.

MATERIALES

SOPORTE UNIVERSAL NUEZ

FISICA EXPERIMENTAL II

1

Verificar el cumplimiento de que la fuerza es igual a la masa por la

que nos ayuden a entender el movimiento.



CUERDA DE NYLON

PESAS (100, 50, 10, 5 y 1g)



CUERDA DE NYLON PORTA PESAS

CRONOMETRO

PESAS (100, 50, 10, 5 y 1g) POLEA FIJA


2

PORTA PESAS

POLEA FIJA

FUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACIONFUERZA Y ACELERACION FISICA EXPERIMENTAL II


3

III. MARCO TEORICO

Como sabemos la segunda ley de Newton es una de las leyes básicas de la

mecánica (Rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con el

movimiento de los cuerpos); se utiliza en el análisis de los movimientos próximos a

la 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 fuerza

que actúan es nula este cuerpo se encuentra en reposo un movimiento rectilíneo

uniforme.

En cualquiera de estos casos la aceleración del cuerpo es nula. De modo que si:

�� = 0, �� = 0

La dinámica es parte de la mecánica y se encarga de estudiar las fuerzas que

intervienen en un movimiento y las leyes que lo rigen a diferencia de la cinemática.

Segunda Ley de Newton

La aceleración que un cuerpo adquiere es directamente proporcional a la

resultante de las fuerzas que actúan en él, y tiene la misma dirección y el mismo

sentido 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, se

obtendrá 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 a

tendrá la misma dirección y el mismo sentido que el vector R. La ecuación R = ma

es la expresión matemática de la Segunda Ley de Newton en su forma más

general.



La Segunda Ley de Newton es una de las leyes básicas de la mecánica, se utiliza en

el análisis de los movimientos próximos a la superf

estudio de los cuerpos celestes.

El mismo Newton la aplicó al estudiar los movimientos de los

éxito 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 la

aceleración que produce en él, o sea:

Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo, tanto mayor será su inercia; es decir, la

masa de un cuerpo es una medida de la inercia del

IV. PROCEDIMIENTO

PRIMER PASO.- Realiza el montaje de la figura. La polea por lo menos debe estar

a 1.20m del piso. (La cuerda debe tener una long

m2 repose en el piso, m1




el análisis de los movimientos próximos a la superficie de la tierra

estudio de los cuerpos celestes.

El mismo Newton la aplicó al estudiar los movimientos de los planetas

logrado constituyó una de las primeras confirmaciones de esta ley.

de un cuerpo es el cociente entre la fuerza que actúa en el mismo, y la

aceleración que produce en él, o sea:

m = F / a


masa de un cuerpo es una medida de la inercia del mismo.

PROCEDIMIENTO

Realiza el montaje de la figura. La polea por lo menos debe estar

a 1.20m del piso. (La cuerda debe tener una longitud apropiada para que, cuando

se encuentre casi junto a la polea).


4


tierra y también en el

planetas, y el gran

logrado constituyó una de las primeras confirmaciones de esta ley.

de un cuerpo es el cociente entre la fuerza que actúa en el mismo, y la


Realiza el montaje de la figura. La polea por lo menos debe estar

itud apropiada para que, cuando



SEGUNDO PASO.- Medir la masa de los porta p

portapesas. 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 m

el experimento; anotar también el valor de (s) distancia.



Medir la masa de los porta pesas, agregar 200g a cada

debe tener por lo menos 100g en unidades de 10 y 20g.

En el cuadro de resultados, anotar los valores de m

el experimento; anotar también el valor de (s) distancia.


5

esas, agregar 200g a cada

debe 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



CUARTO PASO.- Cambiar pesas de m

superior hasta el suelo, en unos 6 ó 7s. Anotar los valores de m

Medir el tiempo cuando el portapesas inicia su descenso, y detenerlo cuando el

portapesas llega al piso. (Realiza la medición del tiempo por lo menos cinco veces).



Cambiar pesas de m1 y m2 hasta que la diferencia desde la parte

superior hasta el suelo, en unos 6 ó 7s. Anotar los valores de m1 y m

ando el portapesas inicia su descenso, y detenerlo cuando el



6

hasta que la diferencia desde la parte

y m2 en el cuadro.

ando el portapesas inicia su descenso, y detenerlo cuando el




QUINTO PASO.- Toma 10g de m

anotar los valores en el cuadro de datos. Repetir este paso hasta que m

rápidamente que ya no sea posible medir con precisión el tiempo.

SEXTO PASO.- Completa el cuadro de datos, excepto lo encabezado por “Fuerza

no balanceada”.



Toma 10g de m2 y agrégalos a m1. Medir el tiempo 5 veces y

en el cuadro de datos. Repetir este paso hasta que m


Completa el cuadro de datos, excepto lo encabezado por “Fuerza


7

. Medir el tiempo 5 veces y

en el cuadro de datos. Repetir este paso hasta que m1 descienda


Completa el cuadro de datos, excepto lo encabezado por “Fuerza



8

��

��

3.06

1.44

372.106 979.6

m1 al empezar 10,08 g m2 al empezar 10,11 g

s (distancia que recorre m1 cuando desciende) 1,20 m

m1 (g)

m2 (g)

t (s)

t (prom)

a (m/s2)

f. debido

a la dif.

de pesos

(gf)

f. no

balanceada

(gf)

60,08 25,11 3,4 3 4,02 342,700 342,46

60,08 20,11 2,2 2 4,88 391,706 391,32

148,08 110,11 4,3 4 1,44 372,106 371,79

210,08 110,11 2,8 3 3,06 979,600 979,78

210,08 90,11 3,2 3 3,91 1175,700 1173,74

SEPTIMO PASO.- Construir una grafica de la fuerza debido a la diferencia de los

pesos, contra la aceleración.

Viendo los esquemas

De las tres figuras se concluye que la fuerza �� que actúa sobre un cuerpo es

directamente proporcional a la aceleración que adquiere.

��

��

2��

2��

3��

3��

De la grafica ��

La pendiente de la

recta es la inversa de la

masa:

�!� = "

#$%$



9

&"

&�

Vectorialmente �"�� + (-�� ) = m.��

∑�� = m.��

Tomando módulos

∑� = m.�

OCTAVO PASO.- Completar la última columna del cuadro de datos y construir una

grafica de la fuerza no balanceada contra la aceleración.

�()*$+$(,-$.$ = /&" +&�1. �

� = /&" +&�1. �

V. SITUACIONES PROBLEMATICAS

1.- ¿Cuál es la relación de la aceleración con respecto a la

fuerza?

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, al

duplicar la fuerza, se duplicará la aceleración. El enunciado de este

��

�2*��

34��!5��67��

→ �!�/11 =1

&"

�!�/21 =1

&�

�

�"��

a = #

9:;9<



10

comportamiento se expresa diciendo que la aceleración de un objeto es

directamente 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, menor

será 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 misma

fuerza. Dicho de otra forma, la aceleración dependerá de la masa del cuerpo si

aplicamos siempre una misma fuerza. La aceleración es inversamente

proporcional a la masa del cuerpo.

3.- ¿Qué representa las gráficas levantadas? Explique

Estas gráficas levantadas representan la relación existente entre la aceleración

y la fuerza, así como la relación existente entre la aceleración y la masa del

cuerpo, es decir de estos gráficos se concluye lo siguiente:

�

m1

g m2 g / "− �1� = / "+ �1�

�� = "� − �� ……………. (I)

/ "− �1� = . � …………. (II)

Pero m = masa promedio

= "+ � ………………… (III)

Reemplazando (III) en (II)

a =

/#:;#<1>

#:?#<



Siempre que una fuerza resultante distinta de cero actúa sobre un cuerpo,

produce una aceleración en su misma dirección y sentido que es

directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa

del cuerpo.

4.- Un hombre normal pesa unos 70 kg

pesará en la luna y en el sol?

La aceleración de la gravedad en la superficie de un planeta se define como:

Donde

En la tierra el peso del hombre






normal pesa unos 70 kg-f en la tierra, ¿Cuánto

pesará en la luna y en el sol?


gp = G. @

AB

gp : gravedad del planeta

M : masa del planeta

R : radio de curvatura del planeta

G : 6,67 x 10-11 2#<

C>< …. Constante de Gravedad Universal

En la tierra el peso del hombre:


11




f en la tierra, ¿Cuánto


…. Constante de Gravedad Universal



70 kg-f = 70 N = 70 kg

∴ La masa del hombre será 7,14 kg

En la Luna el peso del hombre

Masa lunar = 7,36 x 10

gluna = 6,67 x 10-11

2#

El hombre en la luna pesará: W

W = 7,14kg x 1,62 #

%

∴ El hombre en la luna pesará 11,5668 kg

debe a que la masa terrestre es mayor que la masa

En el sol el peso del hombre

Masa del sol = 1,991 x 10



f = 70 N = 70 kg #

%< Como g ≅ 9,8

#

%<

a masa del hombre será 7,14 kg aproximadamente

En la Luna el peso del hombre:

Masa lunar = 7,36 x 1022 kg ; radio = 1,74 x 106 metros

2#<

C>< x

F,GHI"J<<KL

/",FMI"JNO1< =

MP,JP"�Q"J::

G,J�FHQ"J:< #

%< =

�""H

"GJR

El hombre en la luna pesará: WH = m.gluna Donde: WH = peso del hombre

#

%< = 11,5668 N

El hombre en la luna pesará 11,5668 kg-f , es decir menos que en la tierra, ello se

debe 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 10


12

metros

�""H

"GJR

�2 = 1,62

#

%<

= peso del hombre

f , es decir menos que en la tierra, ello se

lunar.

kg ; radio medio = 6,96 x 108



13

gsol = 6,67 x 10-11

2#<

C>< x ",PP"I"JSTKL

/H,PHI"JUO1< =

"G,�FPPFQ"J:V

MW,MM"HQ"J:N #

%< = 0,274X10G

gsol = 274#

%< aprox.

El hombre en el sol pesará:

WH = m.g sol

WH = 7,14 kg x 274 #

%< = 1956,36 kg-f aproximadamente

∴ El hombre en el sol pesará 1886,36 veces más que en la tierra, ello debido a la

diferencia de masas que existe entre el sol y la tierra.

FUERZA Y ACELERACION

Education

Transcript of FUERZA Y ACELERACION