Manual de choques

DEPARTAMENTO DE FÍSICA DE MATERIALES

MATERIALEN FISIKA SAILA

P1: 2ª LEY DE NEWTON. CHOQUES
2ª LEY DE NEWTON
En este experimento se trata de comprobar la 2ª ley de Newton mediante el estudio del movimiento bajo la acción de una fuerza constante de un carro de masa M sobre un banco de aire. Dicha fuerza constante se efectuará mediante una masa m colgante de una polea en la extremidad delbanco. Con el banco de aire se consigue minimizar la disipación de energía por rozamiento. En la figura 1 se puede apreciar el montaje experimental.

Figura 1 A continuación se describen detalladamente los ajustes necesarios antes de comenzar los experimentos. 1.- En primer lugar hay que nivelar el sistema de forma que el banco quede horizontal. Esto se logra en primera aproximación ajustandocuidadosamente el nivel de la pata del banco de forma que el carro, situado en cualquier punto, no experimente aceleración en ninguno de los dos sentidos del movimiento. 2.- Se sitúan las dos fotocélulas a 100 cm (fotocélula 1) y 170 cm (fotocélula 2) del extremo izquierdo del banco. 3.- Se pesa en la balanza el carro con la plancha superior, las cuatro pesas (dos en cada lado) y los para choquescolocados. Tras poner en funcionamiento el aire del banco, se comprueba que es posible medir la aceleración del carro activando el programa Mecánica(McTimer) en el ordenador. Se verifica que cada vez que el carro pasa por cada una de las fotocélulas éstas se activan (se enciende el piloto rojo) y en la pantalla aparecen los datos de la velocidad promedio (determinada a partir de la longitud de laplaca a y el tiempo que la fotocélula está activada) a su paso por cada una de las fotocélulas . En el caso en que la aceleración es constante la velocidad promedio coincide con la velocidad instantánea en el punto medio. Por lo tanto, a partir de la medida de la velocidad en dos instantes se puede determinar (lo hace el programa) la aceleración promedio del carro entre los dos puntos de medida.4.- Se estiman las incertidumbres en los valores de velocidad y aceleración que proporciona el programa. Para ello se coloca el borde derecho del carro a 98 cm del extremo izquierdo del banco sin aire y con una

Laboratorio de FISICA I. Ley de Newton/Choques

1

masa m = 21 g colgando del hilo. Al encender el compresor, el aire elimina el rozamiento y el sistema empezará a moverse. Seanotan los valores de v1 (velocidad en la fotocélula 1), v2 (velocidad en la fotocélula 2), y a (aceleración promedio) registrados en el ordenador (detener la toma de datos una vez finalizado el experimento). Se repite el experimento cuatro veces en las mismas condiciones (dentro de lo posible) y de la comparación de los valores de velocidades y aceleraciones se obtiene una estimación de laincertidumbre con que se miden dichas magnitudes que nos se utilizarán para las medidas posteriores. 5.- A continuación se repite el mismo proceso anterior (una sola vez en cada caso) con los siguientes valores de m: 4, 10, y 15 g. De esta forma, se obtienen 4 pares de valores (ai, mi) en total. 6.- Si se realiza un análisis dinámico del movimiento del carro se observa que la fuerza responsable delmovimiento es (comprobarlo):

F = m(g – a) = M a
Por lo tanto, para cada valor de m, se pueden obtener pares de la forma [ai, mi(g – ai)]. Según la 2ª ley de Newton los puntos correspondientes, representados en papel milimetrado, tienen que estar alineados según una recta que pase cerca del origen de coordenadas, cuya pendiente sea próxima al valor de la masa del carro M. Así mismo se estimará laincertidumbre correspondiente. 7.- Con los valores medidos en el caso de m = 21 g, evaluar la precisión del valor obtenido para M en este punto teniendo en cuenta la incertidumbre en m y en a, comparándola con la estimación anterior. 8.- Se comparará el resultado obtenido para M a partir del experimento, con el valor de M medido en la balanza y si hay diferencias significativas (mas allá de la...