Download Experiment IP07: Newton`s Second Law

Laboratorio de Física con Ordenador
Experiencia P08: Fuerza constante
Student Workbook
012-06100C
Experiencia P08: Fuerza constante
Sensor de fuerza, Sensor de movimiento
Tema
Leyes de Newton
DataStudio
P08 Constant Force.DS
Equipo necesario
Sensor de fuerza (CI-6746)
Sensor de movimiento (CI-6742)
Balanza (SE-8723)
Carrito (incluido con carril)
ScienceWorkshop (Mac)
P11 Constant Force
Cant.
1
1
1
1
ScienceWorkshop (Win)
P11_CONF.SWS
Equipo necesario
Masa y soporte (ME-8967)
Hilo (SE-8050)
Super Polea con abrazadera (ME-9448A)
Carril de1.2 m (ME-9435A)
Cant.
1
1m
1
1
IDEAS PREVIAS
El objetivo de esta actividad es estudiar la segunda Ley de Newton. Considerando la segunda
Ley de Newton, ¿qué ocurre con la aceleración de un objeto si la fuerza aplicada sobre este
objeto se incrementa pero su masa permanece constante?
FUNDAMENTO TEÓRICO
Newton describió la relación entre aceleración, fuerza y masa
de la siguiente forma:
“La aceleración de un objeto es directamente proporcional y en
la misma dirección que la fuerza neta e inversamente
proporcional a la masa del objeto”:
a
Fneta
m
es la aceleración, Fneta es la fuerza neta y m la masa.
Aplicando la segunda Ley de Newton a la configuración utilizada en esta experiencia para un
objeto acelerado por el peso de una masa colgante, sin tener en cuenta la fricción, la
aceleración del objeto y la masa colgante podría expresarse:
a
Fneta
m
mco lg antee g
mobjeto
mco lg ante
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RECUERDE
Sujete el carrito antes de que choque con el tope del carril o se
caiga de la mesa.
Siga las instrucciones de utilización del equipo.
PROCEDIMIENTO
En esta actividad, utilice el Sensor de movimiento para medir el movimiento de un carrito que
es arrastrado por un hilo atado a una masa suspendida pro una polea. Utilice un Sensor de
fuerza montado sobre el carrito para medir la fuerza que acelera el carrito. A continuación,
utilice el DataStudio o el ScienceWorkshop para representar y analizar los datos.
PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR
1.
Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al
ordenador, encienda el ordenador y el interfaz.
2.
Conecte las clavijas digitales del Sensor de
movimiento en los Canales digitales 1 y 2 del
interfaz. Conecte la clavija con banda amarilla en el
Canal 1 y la otra en el Canal 2.
3.
Conecte la clavija DIN del Sensor de fuerza en el
Canal analógico A del interfaz.
4.
Abra el archivo titulado:
DataStudio
P08 Constant Force.DS
ScienceWorkshop (Mac)
P11 Constant Force
ScienceWorkshop (Win)
P11_CONF.SWS
El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook.
El archivo ScienceWorkshop contiene una gráfica de la velocidad frente a tiempo y una
tabla de datos de la fuerza.
•
El registro de datos está fijado en 200 medidas por segundo (200Hz) para el Sensor de
fuerza.
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PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO
•
No se necesita calibrar el Sensor de movimiento.
•
Para calibrar el Sensor de fuerza, lea el procedimiento en el manual del Sensor de
fuerza.
1.
Sitúe el carril sobre una superficie horizontal. Nivele el carril situando el carrito sobre
él. Si el carrito se desplaza en una dirección u otra, utilice el pie ajustable de uno de los
extremos del carril para subirlo o bajarlo hasta que esté nivelado y el carrito no se
mueva.
2.
Enganche la polea en el extremo derecho del carril. Sitúe el Sensor de movimiento en el
extremo izquierdo del carril.
3.
Utilice el tornillo incluido con el Sensor de fuerza para montarlo sobre la bandeja
accesoria del carrito.
4.
Mida cuidadosamente y anote la masa total del carrito y el Sensor de fuerza en la
sección Informe de Laboratorio. Sitúe el carrito sobre el carril de manera que el
enganche del extremo del Sensor de fuerza esté de espaldas al Sensor de movimiento.
El carrito será arrastrado en dirección contraria al Sensor de movimiento. El carrito
debe permanecer a una distancia mínima del Sensor. Esta distancia dependerá del
Sensor de movimiento utilizado. Lea el manual del Sensor de movimiento para
determinar la distancia mínima. Dibuje una marca sobre el carril indicando la distancia
mínima al Sensor (15 o 40 cm).
5.
Utilice un hilo que sea 10 cm más largo que la distancia necesaria para alcanzar el suelo
cuando el carrito esté junto a la polea. Ate uno de los extremos al enganche del Sensor
de fuerza.
6.
Añada 20 o 30 gramos de masa en el soporte que cuelga.
7.
Mida cuidadosamente y anote la masa total (masa y masa del soporte) en la sección
Informe de Laboratorio.
8.
Ate el soporte en el otro extremo del hilo y ponga el hilo sobre la polea. Ajuste la altura
de la polea de manera que el hilo esté paralelo al carril.
•
Para atar el hilo al soporte, dé cuatro o cinco vueltas al hilo alrededor de las muescas
del soporte.
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PARTE III: RECOGIDA DE DATOS
1.
Tire del carrito hasta el extremo izquierdo del carril pero manteniéndole a la distancia
mínima del Sensor de movimiento. No deje que el soporte golpee la polea.
2.
Antes de cada serie, sujete la masa colgante de modo que el hilo no tire del Sensor de
fuerza. Apriete el botón de tarado del Sensor de fuerza para ponerlo a cero.
3.
Comience la recogida de datos y suelte el carrito.
4.
Finalice la recogida de datos antes que el carrito alcance la polea.
5.
Pare el carrito antes que golpee la polea.
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ANÁLISIS DE DATOS
1.
Pinche y arrastre el cursor para dibujar un rectángulo alrededor de la región de la curva
de velocidad frente a tiempo que represente el movimiento del carrito. Resultado: La
región será seleccionada.
2.
Seleccione el ajuste de curva lineal. La pendiente de la curva de velocidad frente a
tiempo corresponde a la aceleración media del carrito.
•
En el DataStudio, haga clic en el botón de menú ‘Fit’ (
•
En el ScienceWorkshop haga clic en el botón ‘Estadísticas’ para abrir el área estadística
a la derecha de la gráfica. En el área estadística, haga clic en el botón ‘Menú de
estadísticas’ (
). Seleccione ‘Linear’.
). Seleccione ‘Ajuste de curva, ajuste lineal’.
3.
Anote la pendiente de ajuste lineal en la tabla de datos del Informe de Laboratorio.
4.
Utilizando los valores medidos de la masa, calcule y anote la aceleración teórica del
sistema en la sección Informe de Laboratorio.
5.
Utilice la herramienta estadística para determinar la fuerza media de la tabla de datos.
En la tabla de la fuerza, haga clic en el botón ‘Estadísticas’
. Registre el valor
medio de la fuerza en la tabla de datos de la sección Informe de Laboratorio.
6.
Utilizando el valor de la masa medido, calcule y anote la fuerza ejercida sobre el carrito
y sobre el Sensor de fuerza. Anote el resultado en la tabla de datos.
Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio.
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Informe de Laboratorio
Experiencia P08: Fuerza constante
IDEAS PREVIAS
Considerando la segunda Ley de Newton, ¿qué ocurre con la aceleración de un objeto si la
fuerza aplicada sobre él se incrementa pero su masa permanece constante?
Tabla de Datos
Medida
Valor
Masa del carrito + Sensor
kg
Masa del colgador + masas
kg
Aceleración (Medida)
m/s
2
Aceleración (Calculada)
m/s
2
Fuerza (Media)
N
Fuerza (Calculada)
N
CONCLUSIONES Y APLICACIONES
1.
¿Qué diferencia existe entre el valor medido y el valor calculado de la aceleración?
% diferencia
2.
medido teórico
100%
teórico
¿Qué porcentaje de diferencia existe entre el valor medido y el valor calculado de la
fuerza?
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3.
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¿Qué razones pueden motivar las diferencias entre los valores medidos y los valores
calculados o teóricos?
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