Newton tenía razón

Trabajo realizado por Irene Salinero y Beatriz Valdés. El lugar de la práctica ha sido el laboratorio del Colegio Base.

-Con esta práctica seguimos viendo el tema de las fuerzas en el laboratorio, es decir, seguimos con la física. Ésta en particular nos permite comprobar experimentalmente la 2ª Ley de Newton o Ley Fundamental de la Dinámica, aplicando la fuerza de rozamiento dentro de la resultante (comprobamos cómo funciona esta 2ª Ley de Newton en el planeta Tierra ya que hasta entonces habíamos supuesto un lugar sin rozamiento, el espacio).
-Los materiales utilizados han sido:

• Coche(era el cuerpo al cual se le iba a aplicar dicha Ley)
  




• Cronómetro(para contar los tiempos)




• Regla y clips (la regla nos sirve para determinar las distancias que deseamos y los clips se utilizan como pesas que hacen moverse al coche)




• Eje y polea metálicos(la polea nos ayuda a disminuir el rozamiento entre la cuerda y el eje)




• Cuerda(en un extremo tiene al coche y al otro los clips que actúan como pesas)




• Dos palillos y celo(Los palillos para marcar las posiciones de salida y de llegada del coche)




• Balanza(para poder pesar la masa del coche sin plastilina y con plastilina)




• Plastilina(para dotar de más masa al coche y para sujetar los palillos)




• Ayuda teórica que venía junto al guión de la práctica y era la siguiente:

A partir de t y x se puede calcular la aceleración a ya que se trata de un MRUA donde Vo y Xo son nulos. De este mode se obtiene la aceleración experimentalmente, partiendo de la 2ª Ley de Newton

LEYENDA:

ap : aplicada
roz : rozamiento
roz est : rozamiento estático
roz din : rozamiento dinámico

∑F= m·a→ Fap + Froz = m·a (recordemos que en las fórmulas, las letras que estén en negrita son magnitudes vectoriales)

A medida que se añaden clips hay un momento en que el coche comienza a moverse, el clip añadido justo en el instante anterior hará que nos encontremos en equilibrio:

Fap + Froz est= 0

Donde la fuerza aplicada es la que proporciona el peso del número de clips y la de rozamiento es la estática.

Todos los clips extras que se añaden para que el coche comience a moverse darán lugar a otra ecuación donde la aceleración no es nula:

Fap + Froz = m· a → Pclips - Froz din= m· a ( Hay un menos ya que el rozamiento actúa en sentido contrario al peso de los clips)

La fuerza neta F que actúa sobre el coche es la diferencia entre el peso total de clips y la fuerza de rozamiento dinámica. De este modo, para el caso de las medidas tomadas al añadir clips extras y comenzar el movimiento se tiene que:

Fneta = Pclips – Froz din = m (clips extras) · g

A medida que se vayan añadiendo clips por encima del número de clips de equilibrio se tiene que ir cambiando el valor de m.

Por la 2ª Ley de Newton:

Fneta=Mcoche·a

De donde se puede obtener experimentalmente la masa del coche dado que ya tenemos la aceleración y la fuerza neta ejercida, para luego compararla con la medida con la balanza




-Trabajo experimental:
Primero hemos construido dos ganchos con dos clips y los hemos fijado con celo al borde de la mesa (hay que tener en cuenta que la distancia entre sendos clips ha de ser menor que la longitud del eje metálico para así poder sujetarlo).
Luego hemos apoyado el eje metálico sobre la construcción, con la polea ajustada en el medio.
En tercer lugar hemos atado un extremo de la cuerda al coche y el otro extremo a un clip ligeramente deformado, abierto.
Hay que pasar la cuerda por la polea de tal forma que el extremo del clip quede suspendido y el del coche quede sobre la mesa. Después hemos señalado las posiciones de salida y de llegada del coche con los palillos, sujetos verticalmente con plastilina, separados una distancia de 0.5 m.Una vez hemos construido todo el montaje, nos disponemos a la experimentación y toma de datos.En total hemos realizado 4 experiencias diferentes. Para cada experiencia hay que tomar la masa del coche (con o sin plastilina) y la masa de los clips. También hay que añadir clips al portapesas hasta que el coche comience a moverse (como el rozamiento es mayor cuando el cuerpo está en reposo que cuando está ya con movimiento, hay que darle un pequeño empujón al coche tras añadir cada clip) Justo cuando el coche comienze a moverse, el peso de los clips contrarresta al rozamiento, es decir, están en equilibrio ambas fuerzas. A partir de aquí se añaden clips adicionales al portapesas y se mide con el cronómetro el tiempo que el coche invierte en recorrer la distancia (0.5 m) entre los dos palillos.


En la experiencia 1: La masa del coche es de 31.7 gramos, el número de clips necesarios para contrarrestar el rozamiento es 4 y la distancia recorrida es siempre la misma->0.5m.Con el cronómetro, hemos medido hasta 5 veces el tiempo con estos resultados:
t1:3.57s, t2:3.50s, t3:3.47s, t4:3.21s, t5:3.60s y el cálculo del tmedio: 3.47

En la experiencia 2: La masa del coche es 31.7 gramos, el número de clips necesarios para contrarrestar el rozamiento sigue siendo 4 y la distancia recorrida 0.5m.Lo que cambia en esta experiencia es el número de clips que hemos puesto, hemos añadido dos clips adicionales de forma que ahora tenemos 6 clips
1:2.22s, t2:2.12s, t3:2.13s, t4:2.28s, t5:2.10s y el cálculo del tmedio: 2.17s

En la experiencia 3: La masa del coche es de 41.3 gramos (hemos añadido 9.6 gramos de plastilina), el número de clips necesarios para contrarrestar el rozamiento es 7 y la distancia recorrida vuelve a ser 0.5 m:
t1:2.50s, t2:3.28s, t3:3.19s, t4:3.27s, t5:2.75s y el cálculo del tmedio: 3.00s

En la experiencia 4: La masa del coche es otra vez 41.3 gramos, el número de clips necesarios para contrarrestar el rozamiento es 7 y la distancia recorrida 0.5m.Lo que cambia en esta experiencia es el número de clips que hemos puesto, hemos añadido dos clips adicionales de forma que ahora tenemos 9 clips:
t1:1.47s, t2:1.69s, t3:1.41s, t4:1.62s, t5:1.53s y el cálculo del tmedio: 1.54s


CUESTIONES:


15. La fuerza de rozamiento estatica es la fuerza de rozamiento que se opone al pequeño empujon que le dabamos al principio para que empezara a moverse, y la fuerza de rozamiento dinamica es la que se opone al movimiento una vez que ya lleva una velocidad, la que si supera a la fuerza lo llegaria parar.

Coeficiente de rozamiento estatico:

Coeficiente de rozamiento dinamico:


16. La fuerza neta (F) y la aceleración (a) varian en función del número de clips añadidos. Con esto hemos observado que a mayor número de clips, mayor es la aceleración, con lo cual la aceleración respecto a la masa es directamente proporcional (a mayor masa, mayor aceleración)

A que a mayor masa, mayor es la aceleracion, con lo cual menor es el tiempo que tarda en realizar la misma distancia.


17. Al variar la masa, la fuerza para conseguir las misma aceleracion tambien variara, costara más si la masa aumenta, asi que podriamos decir que la aceleración disminuye. La fuerza de rozamiento se opone siempre al movimiento ( nunca puede iniciar el movimiento, sino hay movimiento, no hay rozamiento), tambien depende de la masa (Fr= mu·N y N depende del peso P=m·a). A mayor masa, mayor es el rozamiento, esto se puede comprobar en casa con un pequeño experimento que todo el mundo puede hacer en casa y el experimento es el siguiente:

· Pasa la mano por la mesa casi sin apretar y comprobaras que casi no cuesta pero si aprietas más, comoprobaras que te cuestas más.

Y con ese pequeño experimento compruebas que cuanta más masa más rozamiento. La fuerza aplicada tambien variara si quieres que el movil tenga la misma aceleración F=m·a , con lo cual a mayor masa menos aceleración para que la fuerza sea la misma.



18.Para superar a la fuerza de rozamiento estatica, que es la que se opone al movimiento antes de que el movil empiece a moverse, o mejor dicho cuando Vo = 0

19. Nº de clips--Distancia--Mcoche--Tmedio--Aceler.(a)------Fneta
-------4---------0.5m----- 31.7g-----3.47s---0.04m·s^-2----1.3
-------6---------0.5m -----31.7g ----2.17s----0.11m·s^-2----3.49

------7----------0.5m----- 41.3g---- 3.00s---0.56m·s^-2----22.7
------9--------- 0.5m----- 41.3g---- 1.54s---0.21m·s^-2----8.67


a= 0.5 / (3.47)^2 = 0.5/ 12.04 = 0.041
a= o.5 / (2.17)^2 = 0.5/ 4.56 = 0.11
a= 0.5 / (3.oo)^2 = o.5 / 9 = 0.55
a= 0.5 / (1.54)^2= 0.5 / 2.37=0.21


Fneta= Mcoche · a = 31,7 · o.o41 = 1.3
Fneta= " "= 31.7 · 0.11= 3.49
Fneta= " "= 41.3 · 0.55 = 22.7
Fneta " " = 41.3 · 0.21 = 8.67