Estudiando el movimiento con Newton

Hola a todos!

En esta ocasión realizamos el experimento con los alumnos de 4ºESO. Sirviéndonos de pesas, coches de juguete, una rampa y mucha paciencia (virtud imprescindible para todo científico!), pudimos ver la relación que guarda la masa de un cuerpo con respecto a la aceleración del mismo; comprobando por tanto la segunda Ley de Newton.
Aquí os dejo los pasos de nuestra experiencia:

SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY DE FUERZA

Material

-Un carrito   

-Un cronómetro

-Una polea

-Varias pesas graduadas

-Un metro

-Una cuerda delgada y resistente

Objetivos

• Desarrollar los conceptos de fuerza, masa y aceleración.
• Verificar el cumplimiento de que la fuerza es igual a la masa por la aceleración.
• Estudiar los conceptos básicos de la dinámica.
• Analizar las diferentes gráficas que nos ayuden a entender el movimiento

Introducción

Segunda Ley de Newton:

La aceleración que un cuerpo adquiere es directamente proporcional a la resultante de las fuerzas que actúan en él, y tiene la misma dirección y el mismo sentido que dicha resultante.

R = m a , o bien,  F = m a.

Consideremos un cuerpo sometido a la acción de varias fuerzas (F1, F2, F3, etc.). Sabemos que al suceder esto, es posible sustituir el sistema de fuerzas por una fuerza única, la resultante R del sistema.

La aceleración que el cuerpo vaya a adquirir por la acción del sistema de fuerza, se obtendrá como si el cuerpo estuviese sometido a la acción de una fuerza única, igual a R. La ecuación F = ma será en este caso, sustituida por R = ma, y el vector a tendrá la misma dirección y el mismo sentido que el vector R. La ecuación R = ma es la expresión matemática de la Segunda Ley de Newton en su forma más general.

La Segunda Ley de Newton es una de las leyes básicas de la mecánica, se utiliza en el análisis de los movimientos próximos a la superficie de la tierra y también en el estudio de los cuerpos celestes.

Procedimiento experimental

El experimento se divide en dos partes: en la primera, mantendremos la masa constante y variamos la fuerza; en la segunda, la fuerza permanecerá constante y se cambiará la masa. En ambas partes, antes de iniciar el experimento, elaboraremos una hipótesis acerca de qué sucede en las relaciones fuerza-aceleración y masa aceleración, dando argumentos plausibles para ellas.

-Primera parte: Masa constante:

Colocamos una pesa de 100 g encima de nuestro coche, para proporcionar una fuerza de aceleración, agregamos sucesivamente pesas en el extremo colgante del cordón y medimos en cada caso el tiempo que tarda en desplazarse el carrito desde que parte del reposo hasta que llega a la pelota (con cuidado de coger el carro poco antes de que llegue a la polea). Medimos la distancia recorrida, que deberá ser siempre la misma para facilitar los cálculos. Registramos en una tabla de fuerza-tiempo, las magnitudes medidas.

Con los datos de la tabla, se podrá calcular la aceleración media en cada caso (d = ½ a t²) y, a partir de ella, trazar una gráfica de fuerza – aceleración.

Mcoche=100g	Exp 1	Exp 2	Exp 3	T medio	a media
t1à m2=7,5g	_____s	_____s	_____s	t1=	a1=
t2à m2=7,5g	_____s	_____s	_____s	t2=	a2=
t3à m2=7,5g	_____s	_____s	_____s	t3=	a3=

-Segunda parte: Fuerza constante

Colocamos 5 g en el vaso que cuelga del extremo, este peso debe permanecer constante en toda esta segunda parte del experimento.

Vamos agregando, sucesivamente, distintas pesas al carrito y dejamos rodar midiendo en cada caso el tiempo de desplazamiento. Registramos las lecturas en una tabla masa-tiempo, con los datos de la tabla, se podrán calcular la aceleración media en cada caso (d = ½ a t²) y, a partir de ella, discutir si sus hipótesis iniciales se confirmaron.

Mvaso=5g	Exp 1	Exp 2	Exp 3	T medio	a media
t1à m1=50g	_____s	_____s	_____s	t1=	a1=
t2à m1=100g	_____s	_____s	_____s	t2=	a2=
t3à m1=150g	_____s	_____s	_____s	t3=	a3=

Discutimos acerca de:

¿Por qué en un caso las pesas adicionales son fuerza, y en el otro son masa?

¿Por qué no es indispensable conocer la masa del carrito?

¿Qué hipótesis se está haciendo cuando se calcula la aceleración a partir de la fórmula d= ½ a t²?, ¿es válida?

¿Por qué no se puede variar simultáneamente la masa y la fuerza?