laboratorios

Escuela de Física
LABORATORIO DE FÍSICA I
L5. SEGUNDA LEY DE NEWTON
INTRODUCCIÓN
No hay nada obvio acerca de las relaciones que gobiernan el movimiento de los cuerpos. En efecto, tomó alrededor de 4000 años de
civilización para crear las bases necesarias, con las cuales gracias a la aparición en escena del genio de Newton se pudo formular las leyes
fundamentales de la mecánica clásica.OBJETIVO
Determinar experimentalmente la segunda ley de Newton examinando el movimiento de un deslizador en un riel de aire bajo la influencia
de una fuerza constante.
EQUIPO
Sistema carril de aire: riel, bomba, registrador de tiempo, 2 foto-celdas, cables, aleta, 3 parachoques, deslizador, agarradera, aleta para
balancear, porta-pesas de 2g, pesas 2, 5, 10 y (2) de 1g, 4 pesas de 50 gramos.MARCO TEÓRICO
Leyes del movimiento formuladas por Newton
La primera ley del movimiento formulada por Newton o ley de inercia, establece que:
una partícula libre se mueve siempre con velocidad constante, o (lo que es lo mismo) sin aceleración.
Esto significa que una partícula libre se mueve en línea recta con una velocidad constante o se encuentra en reposo (velocidad cero).
El Momentum linealde una partícula se define como el producto de su masa por su velocidad, se tiene
r
r
p = mv

(1)
El Momentum lineal es una cantidad vectorial, y tiene la misma dirección de la velocidad. Es un concepto físico de mucha importancia
porque combina los dos elementos que caracterizan el estado dinámico de una partícula: su masa y su velocidad.
Se puede ahora expresar de otra manera la ley deinercia:
una partícula libre siempre se mueve con Momentum lineal constante en relación con un sistema inercial de referencia.
En muchos casos se observa el movimiento de solamente una partícula, ya sea porque no hay manera de observar las otras partículas con
las cuales interactúa o porque se ignoran a propósito. Para lo cual se introduce el concepto de fuerza. La teoría matemáticacorrespondiente se denomina dinámica de una partícula.
El cambio de Momentum de una partícula se debe a sus interacciones con otras partículas. Cuantitativamente se expresan con el concepto
de fuerza, esto es, la fuerza como una cantidad dinámica relacionada con la tasa de cambio de Momentum mediante la expresión
r
r dp
(2)
F =
dt
Esta relación es la segunda ley de movimiento de Newton:
La tasa decambio de Momentum de una partícula con respecto al tiempo es igual a la fuerza actúa sobre la partícula.
Relación entre fuerza y aceleración
De la definición del Momentum (1), se puede escribir la ec. (2) como
r
r
r
r d p d(mv )
r
dv
(3)
F =
=
=m
= ma , si m es constante.
dt
dt
dt
Se puede expresar la ec. (3) en palabras como:
La fuerza es igual a la masa multiplicada por laaceleración, si la masa es constante.
Ésta es otra versión de la segunda ley del movimiento, formulada por Newton, pero es más restrictiva debido a la suposición de que la
masa permanece constante. Nótese que en este caso la fuerza tiene la misma dirección que la aceleración (ver Figura 1).
Si la partícula es libre, de acuerdo con la segunda ley de Newton,
r
r dp
r
p = const.
F =
=0
dt
Enconsecuencia, se puede decir que sobre una partícula libre no actúa ninguna fuerza resultante. En este caso , el Momentum es
constante, lo que significa que la partícula está en reposo o se mueve con velocidad constante con respecto a cualquier sistema inercial de
referencia, primera ley de Newton.
Principio de conservación del Momentum
Considerando dos partículas m1 y m2 que están sujetassolamente a su interacción mutua y se encuentran por otro lado aisladas del resto
del universo (ver Figura 2),
r
r r
r
r
r
(4)
′
Δp1 = p1 − p1 = p2 − p′ = − Δp2
2
una interacción produce un intercambio de Momentum
r r
r r
Por tanto, se puede escribir p1 + p′ = p1 + p2
′
2
el Momentum total de un sistema compuesto de dos partículas que están sujetas solamente a su interacción mutua...