Aceleracion

OBJETIVO

El objetivo que se propone está destinado a determinar experimentalmente la fuerza que obliga a una masa en movimiento a permanecer en una trayectoria circular, y utilizarlo a su vez para elongar un resorte y poder establecer su constante elástica.

INTRODUCCIÓN/

La fuerza centrípeta a la que hacemos referencia está dada por la expresión:

Fc = m·2·r (1)

o bien por:

Fc =m·v2/r (2)

Donde m es la masa en rotación, es la velocidad angular, v es la velocidad tangencial
y r es el radio de la órbita. Expresando m en kg, en rad/s, v en m/s y r en mts, el valor de la Fc está dado en N.

El objetivo de este experimento es estudiar en detalle las relaciones (1) y (2).

MARCO TEORICO

* ACELERACIÓN CENTRÍPETA

Cuando se estudió la aceleración en elmovimiento rectilíneo, dijimos que ella no era más que el cambio constante que experimentaba la velocidad por unidad de tiempo. La velocidad cambiaba únicamente en valor numérico, no así en dirección.

Cuando el móvil o la partícula realiza un movimiento circular uniforme, es lógico pensar que en cada punto el valor numérico de la velocidad es el mismo, en cambio es fácil darse cuenta que ladirección de la velocidad va cambiando a cada instante. La variación de dirección del vector lineal origina una aceleración que llamaremos aceleración centrípeta. Esta aceleración tiene la dirección del radio apuntando siempre hacia el centro de la circunferencia, razón por la cual también se llama Aceleración Radial. Las direcciones de la velocidad tangencial y de la aceleración centrípeta, sonperpendiculares
ac
V
ac
V
V

Ecuación de la Aceleración Centrípeta:
B
V2
V1
A
R
R
O

En el punto A de su trayectoria tiene una velocidad V1 y en un intervalo de tiempo t ocupa el punto B con velocidad V2. Aquí las dos velocidades difieren únicamente en dirección, pues sus magnitudes son iguales.
Por otra parte sabemos que la velocidad instantánea y la aceleración vienen dadasrespectivamente por:

Vectorialmente, el cambio de velocidad se obtiene haciendo la diferencia V=V2 - V1, donde se cambia el sentido del vector V1 y se hace la suma vectorial.
V1
A’

V2

O’

- V1

B’

Desarrollo experimental

Fijando el tubo deslizable en cualquier posición, y sosteniendo el aparato en posición vertical, se le imprime a la masa atada al extremo del hilo un movimientogiratorio, pudiendo leerse simultáneamente en ambas escalas la fuerza centrípeta actuante, el radio de la órbita y la elongación del resorte.

Si se conserva la masa girando en un plano aproximadamente horizontal con velocidad uniforme (situación que se podrá apreciar porque los valores indicados permanecerán constantes), el período de rotación podrá obtenerse midiendo en un cronómetro el tiempode 20 ó 30 revoluciones o si se prefiere se podrá determinar la frecuencia en revoluciones por minuto, camino este último que fue utilizado en este proyecto para ser luego reconvertido al valor de la velocidad tangencial.

Progresivamente se fueron variando las masas utilizadas mediante el uso de una canastilla plástica, repitiéndose las mediciones para tres posiciones distintas del cursorsobre el soporte.

MATERIALES

1. Dispositivo rotatorio.
2. Carrito.
3. Motor, 220 V AC.
4. Correa de transmisión.
5. Hilo.
6. Dinamómetro, 2 N.
7. Pesas de 10 y 50 g.
8. Celula fotoelectrica con contador.
9. Fuente de alimentacion 5 V DC/0.3 A.
10. Cables de conexion.
11. Accesorios para la sujecion de los diferentes elementos.

Resultados

A fin de poder evaluar la existencia dela dependencia de la Fc en función de los parámetros establecidos anteriormente, procedimos a fijarlos, dejando una sola variable libre por vez, procediendo de la siguiente manera:

a) Manteniendo fija la posición del cursor e imprimiéndole una velocidad de giro a fin de mantener constante la lectura en el dinamómetro, procedimos a registrar la modificación del valor de la velocidad al variar...