Guía de Laboratorio

UNITEC
LABORATORIO DE FÍSICA I
TRABAJOS CON EL RIEL DE AIRE (I)
2ª. LEY DE NEWTON
I. OBJETIVOS:
Estudiar el movimiento rectilíneo de aceleración constante
Analizar la variación de la aceleración en función de la fuerza.

II. MATERIALES:
Cronómetro electrónico de
cuatro entradas
4 sensores de movimiento
(fotoceldas)
1 polea de precisión
1 riel de aire
1 compresor
Manguera
1carrito
1 pantalla de 10 cm.
20 pesas perforadas de 1g.
8 pesas de 10 g.
4 pesas de 50 g.
1 alto ajustable

1 arrancador con disparador
Imán para el arrancador
Freno con banda elástica
Gancho con conector
Hilo
Porta-pesas de 1 g.
4 bases
4 barras de soporte
4 nueces
1 balanza
4 cables (rojos) de 1 m.
4 cables (amarillos) de 1 m.
4 cables (azules) de 1 m.

ALGUNOS DISPOSITIVOSMONTADOS SOBRE EL
BANCO NEUMÁTICO, NECESARIOS PARA ESTA
EXPERIENCIA

Dispositivo impulsor
para el carrito (con
disparador automático)

Cronómetro
electrónico con las
tres series de
conectores (rojos,
azules y amarillos)
Perilla

Porta-pesas de 1
gramo: cuelga
mediante una polea
(negro) y un hilo
muy delgado

DETALLE DE FOTOCELDA PARA MEDICIÓN DE
TIEMPOS
Fotocelda de puente: unrayo se
interrumpirá cuando la plaquita del
carrito entre en el puente; volverá a
aparecer cuando la plaquita termine
de atravesar el puente

Soporte
con nuez
arriba

Mediante estos cables se
manda una señal a los
cronómetros electrónicos
de cuándo se interrumpe y
cuándo vuelve a fluir el
rayito entre las patas de la
celda

TEORÍA RESUMIDA

III.

Si a un sistema dinámico (enparticular, un sólido rígido) con masa total m, se le aplica
una fuerza 𝐹⃗ , la segunda Ley de Newton relaciona estas cantidades

⃗⃗ = ⃗𝑭⃗
𝒎∗𝒂

así:

donde: 𝒂
⃗⃗

=

𝒅𝟐 𝒙
⃗⃗
𝒅𝒕𝟐

es la aceleración, del centro de masas del sistema y m su masa.

Cuando la fuerza aplicada no varía en el tiempo, la velocidad v,.obtenida por
integración en la ecuación anterior, es una función deltiempo, tal como se muestra a
continuación:

⃗⃗(𝒕) =
𝒗

⃗𝑭⃗

𝒎

∗ 𝒕donde se tomó:

⃗⃗(𝟎) = 𝟎
𝒗

Si volvemos a integrar esta última ecuación, obtenemos para la función de posición
⃗𝑭⃗

𝟏

⃗𝒙⃗(𝒕) = ( ) ∗ 𝒕𝟐
𝟐 𝒎

del centro de masa la expresión:

donde también se asumió que la posición inicial era cero:𝑥⃗ (0)

=0

En nuestro caso el movimiento es unidimensional y la fuerzaque acelerará la masa
(la del carrito deslizante sobre el banco neumático) será producida por una pequeña
pesa colgante cuya masa llamaremos 𝑚1 . Esa fuerza será entonces:

⃗⃗⃗| = 𝒎𝟏 ∗ |𝒈
⃗⃗| ≡ 𝒎𝟏 ∗ 𝒈(aquíg es la aceleración de la gravedad)
|𝑭

Siendo la masa total del deslizador 𝒎𝟐 la ecuación de movimiento está dada por:

(𝒎𝟐 + 𝒎𝟏 ) ∗ |𝒂
⃗⃗| = 𝒎𝟏 ∗ 𝒈;
⃗⃗(𝒕)|
con lo que la velocidadserá:|𝒗
y finalmente la posición:|𝒙
⃗⃗(𝒕)|

𝒎𝟏 ∗𝒈

≡𝒗=𝒎

𝟏 +𝒎𝟐

∗𝒕

𝟏

𝒎𝟏 ∗𝒈

𝟐

𝒎𝟏 +𝒎𝟐

≡ 𝒔(𝒕) = ∗

∗ 𝒕𝟐

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

PROCEDIMIENTO A:
1) Procesos previos:
1. Identifique cada uno de los componentes del montaje de acuerdo a los
materiales mencionados anteriormente.
2. Deberá disponerlos sobre el riel de aire, tal como muestra la foto superior.
3.Determine la masa del carrito con todos sus accesorios (imán, gancho con
conector, pantalla de 10 cm., freno con banda elástica), pero excluyendo las
pesas.
2) Cerciorándose de que el riel de aire dispone de todos los elementos
necesarios convenientemente listos para operar:
4. Coloque los sensores (foto celdas de puente) de forma que se encuentren a 15
cm. de distancia entre ellos y con elpunto de inicio.
5. El contador de 4 tiempos tiene 6 modos de operación: asegúrese que la perilla
esté en el primero y los interruptores a la izquierda de la perilla en la posición
derecha.
6. Conecte al arrancador el extremo del carrito que contiene el imán. Después
presione el pistón en la parte posterior del arrancador sin que toque el fondo.
7. Agregue alporta-pesas 9g.en total seran...