Objetivos:
Obtener experimentalmente la relación matematica entre la
aceleración que adquiere un carro en un plano tirado por una fuerza externa F y la masa del sistema.
Equipo utilizado
Un riel plano
de aluminio
Un carro
Una polea inteligente
Un porta pesas
Una balanza
Marco teórico:
La segunda ley de newton dice que la fuerza es igual a la masa por la
aceleración:
Al despejar la aceleración obtenemos:
De esto se desprende que la masa debería ser inversamente proporcional a
la aceleración.
Procedimiento
1.1 Mida la masa del
sistema carro mas peso de arrastre.
1.2 Debe entrenarse para lanzar el carrito según las indicaciones del
alumno ayudante
1.3 Activar el programa data studio en el computador y abrir “Crear
Experimento”. Luego tomar el sensor polea inteligente con el mouse y
arrastralo hasta la interfaz 500 que aparece en la ventana derecha de la
pantalla.
1.4 Haciendo doble click sobre el sensor polea inteligente aparecera en
una ventana donde abriendo en medida debera seleccionar la variable a
medir que en este caso sera “velocidad,
canal 1 (m/s)”, con lo cual se podra medir la velocidad del canal 1 en metros
/segundo .En este caso, se obtendra la aceleración desde el
grafico velocidad versus tiempo.
1.5 Realice una medición de prueba haciendo click en el recuadro de
inicio. luego lance el carrito sin masas sobre
él y detenga la medición cuando el carrito haya completado el
tramo fijado para el estudio del
movimiento habiendo doble click en el recuadro detener.1.6 Haciendo doble click
sobre la palabra graph , obtendra el grafico 1 de velocidad versus
tiempo, correspondiente a cada lanzamiento .
1.7 Ampliando el grafico 1 podra ajustar la recta que mejor represente
al conjunto de puntos haciendo click en la opción que aparece en la
parte superior del grafico como
ajuste y seleccionando ajuste lineal y por medio de esta puede obtener la
pendiente de dicha recta que representa la aceleración del carro .
a) Calcule la cantidad de movimiento del sistema un instante antes y la
cantidad de movimiento un instante después, comparelas. Si hay
diferencias, explique a que se debe
P1 = +PB1
+0 =
P2=PA2+PB2
= =0.014792
Existe una mínima diferencia, obviando los agentes externos concluimos
que la cantidad de movimiento lineal total de este
sistema no cambia a efectos de la colisión.
b) Calcule el porcentaje de energía cinética que se conserva en
el sistema después del choque.
Energía cinética perdida y conservada:
La variación de energía cinética es la diferencia entre
las energías cinéticas de ambos cuerpos antes y después
del choque:ΔEc = (Ec’1 + Ec’2) – (Ec1 + Ec2)
7.3441 J+0J – (6.1712032 J)
=-1.1728965x (energía cinética perdida)
Se define fracción de energía perdida al cociente de la
variación de energía cinética entre la energía
cinética inicial:
=
=-0.159705995J
= 0.840
c) Explique qué sucedió durante el choque, en términos de
energía cinética.
En el caso de choques elasticos, la energía cinética
previa al choque se mantiene como tal después de
él. Los choques elasticos son una idealización, en la
realidad sólo se producen choques parcialmente elasticos: una
parte de la energía se pierde en forma de calor o deformación y
otra parte se mantiene como energía cinética
d) ¿Cómo clasifica este choque elastico o inelastico?
Explicar
En un choque siempre se cumple el principio de conservación de la
energía y la ley de conservación de la cantidad de movimiento En el caso de choques
inelasticos, toda la energía puesta en juego en el choque se
transforma en calor o deformación y no se recupera para el movimiento.
La ley de conservación de la energía establece que la
energía de cualquier sistema que no interaccione con agentes externos a él es invariable con el tiempo aunque se transforme
en otras formas de energía. Es decir, la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma y perdura.
Según la ley de conservación de la cantidad de movimiento, en un sistema en el que no actúa ninguna fuerza, el
momento lineal se conserva. De hecho, la 2ª ley de Newton establece que lafuerza
es la variación de momento lineal con respecto al tiempo. Si dicha fuerza es cero, el momento es necesariamente constante.
Ésta es una ley general de la física y se
cumple independientemente de que la colisión sea elastica o
inelastica, bajo la restricción de que no actué ninguna
fuerza externa al sistema.
e) Al comparar la suma grafica de las cantidades de movimiento lineales de las
esferas después del
choque (ΔP2) con la cantidad de movimiento lineal antes de del choque (ΔP1) y tomando en cuenta las
limitaciones del
equipo utilizado. ¿Se puede afirmar que se conserva la
cantidad de movimiento lineal? Explíquelo en base
a los resultados. Adjunte sus diagramas vectoriales.
En los choques elasticos no se conserva solamente la
energía. También se conserva la cantidad
de movimiento. La cantidad de movimiento se conserva en cualquier tipo
de choque.
Quiere decir que si antes del choque el sistema tiene una cantidad de
movimiento de 50 N.S, después del choque también tendra
que haber una cantidad de movimiento de 50 N.S.
Es decir, la suma de las cantidades de movimiento antes del choque tiene que
ser igual a la suma de las cantidades de movimiento después del choque. Este planteo es el mismo que se hace cuando el choque es
plastico.1.6 ,
sumando una masa a la vez el carro , al terminar usted contara con cinco
valores de aceleración requeridos . Con los valoras obtenidos
, confeccione una tabla y calcule para cada caso el valor inverso de la
masa .
1.9 Reinicie el programa data studio y active introducir data y luego ingrese
los datos obtenidos para realizar el grafico aceleración versus (1/m).
1.10 De este segundo grafico ajuste la recta
que mejor represente el conjunto de datos.
1.11 ¿Qué significado físico
tendría la pendiente de la recta?
La pendiente de la recta anterior representa la fuerza adquirida por el carro,
que como
vemos, despreciando los errores experimentales es constante.
Conclusión
Del
experimento anterior podemos concluir que la aceleración y la masa son
inversamente proporcionales, ya que comprobamos que la fuerza es constante,
ademas vimos experimentalmente que a medida que la masa aumenta la
aceleración disminuye de forma inversamente proporcional.