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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 © 1999 PASCO scientific P08.1 Laboratorio de Física con Ordenador Experiencia P08: Fuerza constante Student Workbook 012-06100C 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. © 1999 PASCO scientific P08.2 Laboratorio de Física con Ordenador Experiencia P08: Fuerza constante Student Workbook 012-06100C 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. © 1999 PASCO scientific P08.3 Laboratorio de Física con Ordenador Experiencia P08: Fuerza constante Student Workbook 012-06100C 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. © 1999 PASCO scientific P08.4 Laboratorio de Física con Ordenador Experiencia P08: Fuerza constante Student Workbook 012-06100C 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. © 1999 PASCO scientific P08.5 Laboratorio de Física con Ordenador Experiencia P08: Fuerza constante Student Workbook 012-06100C 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? © 1999 PASCO scientific P08.6 Laboratorio de Física con Ordenador Experiencia P08: Fuerza constante 3. Student Workbook 012-06100C ¿Qué razones pueden motivar las diferencias entre los valores medidos y los valores calculados o teóricos? © 1999 PASCO scientific P08.7