Segunda ley de Newton: Laboratorio de física

Segunda ley de Newton

La segunda ley de Newton dice que los objetos más grandes necesitan mayores fuerzas para acelerarlos. Se describe mejor usando la ecuación F = ma , donde F es la fuerza neta aplicada a un objeto medido en newtons, m es la masa del objeto medida en kilogramos y a es la aceleración del objeto en metros por segundo al cuadrado.

La idea básica es que si aplica más fuerza a un objeto, acelerará más. Pero esa aceleración será menor si el objeto tiene una masa mayor. Hoy intentaremos confirmar esta ecuación mediante un experimento. Los experimentos siempre están limitados por la precisión con la que podemos ser con nuestras medidas y otros factores, como la fricción, pero si tenemos mucho cuidado, es posible comprobar si la ecuación es al menos aproximadamente correcta. ¡Es hora de investigar!

Pasos del laboratorio de física

Para este laboratorio de física, necesitará:

Un carro de juguete de cama plana a cuerda
Una serie de pesas que encajarán en la parte trasera del carro de juguete.
Un cronómetro
Una cinta métrica o una regla
Cinta adhesiva
Y una superficie lo más lisa posible

Paso 1: Marque una posición inicial en su superficie para el carro de juguete, usando la cinta adhesiva. Para obtener mejores resultados, marque la posición de al menos dos de las ruedas.

Paso 2: Marca una posición final a unos metros de la posición inicial del coche de juguete.

Paso 3: Sin ningún peso, pida a un asistente que dé cuerda y suelte el carro de juguete en su posición.

Paso 4: Usa tu cronómetro para medir el tiempo que tarda el carro de juguete en viajar entre las dos posiciones que marcaste. Debe iniciar el cronómetro cuando la parte trasera del automóvil alcance el inicio de su posición medida y detener el cronómetro cuando la parte trasera del automóvil alcance su marca final.

Uso de círculos unitarios para relacionar triángulos rectángulos con seno y coseno

Paso 5: Anote el tiempo que registró en su cronómetro y repítalo al menos cinco veces.

Paso 6: agregue el siguiente peso más pequeño a la parte trasera del automóvil. Es posible que deba pegarlo con cinta adhesiva, pero si lo hace, asegúrese de medir la masa de la cinta cuando haya terminado de tomar datos.

Paso 7: Repite tus cinco medidas con cada uno de los pesos.

Paso 8: Pese su automóvil y cualquier cinta adhesiva para que sepa el peso total del automóvil durante todas las mediciones de tiempo.

Debería crear una tabla de datos. Sus medidas son la distancia que marcó a lo largo del suelo en metros, la masa del automóvil en kilogramos (incluido el automóvil, todos los pesos y la cinta adhesiva) y las medidas de tiempo que tomó en segundos. Luego, puede crear un promedio de cada conjunto de cinco ensayos sumándolos y dividiéndolos por cinco. Una vez que tenga sus datos, es hora de hacer algunos cálculos.

Cálculos y conclusiones

Primero, necesitamos calcular la velocidad promedio del carro de juguete entre las dos marcas. Haga esto tomando la distancia entre las marcas y dividiéndola por el tiempo promedio de cada serie de cinco intentos. Entonces tendrá una velocidad promedio para cada una de las masas de automóvil.

Trace una gráfica de velocidad promedio contra masa. Los ejes deberían verse así:

Gráfico por ejemplo

Asegúrese de que sus ejes sean continuos, lo que significa que si sus masas no estaban espaciadas uniformemente (por ejemplo, 1 kilogramo, 2.2 kilogramos, 8.1 kilogramos), los puntos trazados tampoco deben estar espaciados uniformemente en el gráfico.

Cálculos con la ley de Wien y la ley de Stefan-Boltzmann

En este punto, si aún no lo ha hecho, debe pausar el video para completar el experimento y analizar sus datos. A continuación, hablaremos de los resultados esperados.

¿Qué muestra tu gráfica? Debería mostrar que a medida que aumentaba la masa, la velocidad promedio disminuía. ¿Porqué es eso?

Bueno, el mecanismo de cuerda del coche de juguete aplicaba la misma fuerza al coche cada vez. Pero debido a que siguió aumentando la masa del automóvil, la aceleración disminuyó. Según la segunda ley de Newton, Fnet = ma . Entonces, si la fuerza neta es constante y la masa aumenta, la aceleración tiene que disminuir para compensar.

Una cosa que hace que este experimento sea problemático es que debido a la fricción, Fnet realmente estaba cambiando. A medida que aumenta la masa, aumenta un poco la fricción y eso disminuye la fuerza neta. Pero esto solo acentuará el efecto en su gráfico. El hecho de que el objeto esté rodando sobre ruedas también ayuda a reducir el problema, porque la fricción de rodadura es relativamente pequeña.

Resumen de la lección

La segunda ley de Newton dice que los objetos más grandes necesitan mayores fuerzas para acelerarlos. Se describe mejor utilizando la ecuación F = ma , donde F es la fuerza neta aplicada a un objeto medida en newtons, m es la masa del objeto medida en kilogramos y a es la aceleración de ese objeto medida en metros por segundo al cuadrado .

En esta lección, completamos un experimento en el que la masa de un automóvil a cuerda se incrementó gradualmente. A medida que aumentamos la masa del automóvil, la velocidad promedio del automóvil fue menor: aceleró menos. Esto se debe a que, según Fnet = ma , si la fuerza neta sigue siendo la misma (el mecanismo de cuerda del automóvil es el mismo) y aumenta la masa, m , la aceleración, a , debe disminuir para compensar. Esta es la segunda ley de Newton en acción.

Usar patrones para resolver problemas matemáticos

Los resultados del aprendizaje

Después de esta lección, podrá:

Describe la segunda ley de Newton
Identifica la ecuación que representa la segunda ley de Newton.
Realice un experimento que muestre cómo funciona la segunda ley de Newton
Crea un gráfico para el experimento y analízalo.

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Rodrigo Ricardo Editor y fundador

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