fisica atwood

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    Laboratorio de fsica II

    Nro. PFR

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    TEMA: MAQUINA DE ATWOODFUERZA CENTRIPETA

    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    2. OBJETIVOS

    1) Estudiar la relacin entre la fuerza, masa y aceleracin empleandouna mquina de Atwood.

    2) Determinar experimentalmente la aceleracin del sistema3) Determinacin de la fuerza centrpeta en un pndulo.

    3. MATERIALES Y EQUIPO DE TRABAJO

    Computadora personal con programa Data Studio instalado.

    Interfase POWER Link.

    Juego de pesas. 1 Mordazas de mesa.

    Sensor de movimiento rotacional.

    Sensor de Fuerza.

    Cuerda.

    1 masa pendular.

    3 varillas de 25 cm.

    Regla Graduada. Figura 3.1(DataStudio)

    3 nueces dobles.

    3 pesas de 50 g.

    Figura 3.2 (Mordaza) Figura 3.3 (Nuez doble)

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    Laboratorio de fsica II

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    TEMA: MAQUINA DE ATWOODFUERZA CENTRIPETA

    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    Figura 3.4 (USB Link) Figura 3.5 (Juego de Pesas)

    Figura 3.6 (Sensor de fuerza)

    Figura 3.7 (Sensor M. rotacional)

    4. INDICACIONES DE SEGURIDAD

    Implementos de seguridad de uso obligatorio

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    TEMA: MAQUINA DE ATWOODFUERZA CENTRIPETA

    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    5. FUNDAMENTO TEORICO

    MQUINA DE ATWOOD

    FUERZA CENTRPETA

    La mquina de Atwood es una

    demostracin comn en las aulas

    usada para ilustrar los principios

    de la Fsica, especficamente en

    Mecnica.

    Fcp= m acp Se llama fuerza centrpeta a la fuerza,o al componente de la fuerza que

    acta sobre un objeto en movimiento

    sobre una trayectoria curvilnea, y que

    est dirigida hacia elcentro de

    curvatura de latrayectoria.

    https://es.wikipedia.org/wiki/Centro_de_curvaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Centro_de_curvaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Trayectoriahttps://es.wikipedia.org/wiki/Trayectoriahttps://es.wikipedia.org/wiki/Trayectoriahttps://es.wikipedia.org/wiki/Centro_de_curvaturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Centro_de_curvatura
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    TEMA: MAQUINA DE ATWOODFUERZA CENTRIPETA

    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    6. PROCEDIMIENTO

    Determinacin de la aceleracin

    Ingrese al programa Data Studio, haga clic sobre el icono crearexperimento y seguidamente reconocer el sensor de movimientorotacional, previamente insertado a la interface POWER Link.

    Seguidamente configure el sensor a aceleracin lineal a 50 Hz y arrastreel icono GRAFICO sobre dicha aceleracin (configrela a 2 decimales).

    Haga el montaje de la figura 3, ponga el sensor rotacional perfectamentevertical a fin de que no reporte lecturas errneas y utilice la polea demayor tamao.

    Con el montaje de la figura solo hace falta que suelte las pesas que seira incrementando gradualmente de velocidad hacia abajo, mientras sehace esta operacin, su compaero grabara dicho proceso.

    Verifique el radio de la polea al configurar el sensor, no trabaje con datoserrneos.

    No permita que las pesas golpeen la polea del sensor rotacional,la pesa M1 debe tocar ligeramente el piso al iniciar el experimento.

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    TEMA: MAQUINA DE ATWOODFUERZA CENTRIPETA

    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    Inicie la toma de datos soltando el mvil y oprimiendo el botnINICIO en la barra de configuracin principal de Data Studio. Utilice las

    herramientas de anlisis del programa para determinar la aceleracinlineal.

    Repita el proceso hasta completar 5 mediciones. Borre las medicionesincorrectas, no almacene datos innecesarios.

    Llene las tablas 1, 2, 3 y 4, calculando el error porcentual, para lo cual

    halle adems la aceleracin terica.

    Tabla N 1

    M1 + M2 = 100 g

    M1 = 40g y M2 = 60g 1 2 3 4 5 Prom. Total

    Aceleracin lineal (m/s2) 1.93 1.82 1.87 1.89 1.78 1.858

    Fuerza neta (N) 0.193 0.182 0.187 0.189 0.178 0.158

    AnlisisValor

    Terico

    Valor

    PromedioError porcentual

    Aceleracin (m/s2) 1.962 1.858 5.3 %

    Tabla N 2

    M1 + M2 = 50g

    M1 = 20g y M2 = 30g 1 2 3 4 5 Prom. Total

    Aceleracin lineal (m/s2) 2.04 1.96 1.97 1.93 2.09 2.006

    Fuerza neta (N) 0.102 0.098 0.099 0.099 0.105 0.101

    AnlisisValor

    Terico

    Valor

    Promedio Error porcentual

    Aceleracin (m/s2) 1.962 2.006 2.35 %

    Tabla N 3

    M1M2 = 40 g

    M1 = 60g y M2 = 20g 1 2 3 4 5 Prom. Total

    Aceleracin lineal (m/s2) 4.83 4.83 4.77 4.89 5.03 4.87

    Fuerza neta (N) 0.386 0.386 0.382 0.391 0.402 0.389

    Anlisis ValorTerico

    ValorPromedio

    Error porcentual

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    TEMA: MAQUINA DE ATWOODFUERZA CENTRIPETA

    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    Aceleracin (m/s2) 4.095 4.87 0.71 %

    Tabla N 4

    M1 - M2 = 20 g

    M1 = 70g y M2 = 50g 1 2 3 4 5 Prom. Total

    Aceleracin lineal (m/s2) 1.69 1.60 1.71 1.68 1.82 1.70

    Fuerza neta (N) 0.203 0.192 0.205 0.201 0.218 0.204

    AnlisisValor

    Terico

    Valor

    Promedio Error porcentual

    Aceleracin (m/s2) 1.64 1.70 3.53 %

    Determinacin de la fuerza centrpeta en un pnduloIngrese nuevamente al programa Data Studio, haga clic sobre el icono crearexperimento y seguidamente reconocer el sensor de fotopuerta y de fuerza,previamente insertado a la interfase POWER Link.

    Seguidamente configure el sensor de fotopuertaa la opcin fotopuerta ypndulo, introduzca el ancho de la masa pendular. Arrastre el icono GRAFICOsobre la velocidad del pndulo.

    Haga clic en el icono CONFIGURACION y seleccione tiro positivo a una

    frecuencia de 50Hz. Luego presione el icono del SENSOR DE FUERZA 1luego seleccione numrico y cambie 2 cifras despus de la coma decimal.Arrastre el icono GRAFICOsobre el sensor de fuerza tiro positivo.

    Haga el montaje de la figura 4, ponga el sensor de fuerza perfectamentevertical a fin de que no reporte lecturas errneas y una vez colocado de estamanera y sin ninguna fuerza adicional apriete el botn Zerocolocado sobre elmismo sensor.

    Haga oscilar el pndulo, mientras se hace esta operacin, su compaero

    grabara dicho proceso, la longitud del pndulo se mide desde el punto de

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    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    oscilacin hasta el centro de masa del cuerpo, que debe estar a la altura deldiodo LED del sensor (ver figura 4).

    No permita que el pndulo golpee el sensor fotopuerta.

    Inicie la toma de datos alejando la masa pendular 15 centmetros y soltando elmvil y oprimiendo el botn INICIO en la barra de configuracin principal deData Studio. Utilice las herramientas de anlisis del programa para determinarla aceleracin lineal.

    Repita el proceso hasta completar 5 mediciones. Borre las medicionesincorrectas, no almacene datos innecesarios.

    Llene las tablas 5 y 6 en la base a mediciones registradas durante 20

    segundos, calculando el error porcentual, para lo cual halle adems la

    aceleracin centrpeta terica.

    Tabla N 5

    Longitud 20 cm

    Masa= 0.049 Kg 1 2 3 4 5 Prom. Total

    Velocidad (m/s) 1.63 1.79 1.49 1.57 1.88 1.672

    Fuerza centrpeta medida (N) 0.54 0.62 0.50 0.43 0.61 0.540

    AnlisisValor

    Terico

    Valor

    Promedio Error porcentual

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    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

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    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    7. CUESTIONARIO

    7.1 Despus de realizar el proceso determinacin de la aceleracinresponda:

    7.1.1 Compare las diferencias entre el valor de la aceleracin tericay la experimental Qu razones justificaran esta diferencia?

    El valor experimental y el terico tienes una diferencia debido a lagravedad, a la friccin que tiene la polea con el sensor y el peso de cadapesa es varia a un poco a lo de la teora

    7.1.2 Compare los resultados de las tablas 1 y 2 a qu relacinllega? Explique

    En la tabla 1 y 2 se puede observar que las dos aceleraciones soniguales esto se debe a que en la tabla 1 tiene una M1 = 40 y M2= 60 yen la tabla 2 M1=20 y M2= 30, cuando el peso varia el doble laaceleracin tiende a ser igual.

    Cuando , la mquina est en equilibrio neutral sin importar laposicin de los pesos.

    Cuando ambas masas experimentan una aceleracinuniforme.

    7.1.3 Compare los resultados de las tablas 1 y 2 a qu relacinllega? Explique

    En la tabla 1 y 2 se puede observar que las dos aceleraciones soniguales esto se debe a que en la tabla 1 tiene una M1 = 40 y M2= 60 yen la tabla 2 M1=20 y M2= 30, cuando el peso varia el doble laaceleracin tiende a ser igual.

    Cuando , la mquina est en equilibrio neutral sin importar laposicin de los pesos.

    Cuando ambas masas experimentan una aceleracinuniforme.

    7.1.4 Represente y analice tres situaciones de la mquina deatwood en su especialidad

    Podemos observarlo en un montacargas ya que este para subir olevantar objetos necesita un sistema de atwood para poderlevantar estos.

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    Semestre: II

    Grupo : E

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    Se puede observar en un sistema de poleas para levantar ciertosobjetos muy pesados con tan solo una pequea fuera en unextremo.

    El sistema de atowood se puede observar en gras en su ganchoque les ayuda a levantar varios objetos o estructuras demasiadasgrandes.

    7.1.5 Podra establecerse alguna relacin en la mquina de Atwood

    de acuerdo a los resultados obtenidos. Justifique la respuesta.La relacin que podemos sacar de la mquina de atwood que siaumenta la diferencia de la masa 1 y 2, la aceleracin del sistema tiendea aumentar y si se disminuye la diferencia de estas dos masas laaceleracin disminuye, si son iguales el sistema entra en equilibrio.

    7.2 despus de realizar el proceso determinacin de la fuerzacentrpeta en un pndulo responda:

    7.2.1 compare la diferencia entre el valor de la fuerza centrpetaterica y la experimental Qu razones justificaran esta diferencia?

    La diferencia de la fuerza centrpeta experimental y terica se debe alAngulo de lanzamiento de este pndulo para tomar datos y por el puntode gravedad distinto al del terico.

    7.2.2 compare los resultados de la tabla1 y 2 A qu relacin llega?Explique

    Podemos observar en la tabla 1 y 2 que la loguito de la pita aumento

    esto hacer que la fuerza centrpeta disminuye y la aceleracin aumenta.

    7.2.3 Qu factores afectan a la fuerza centrpeta de un pndulo ensu movimiento pendular?

    La altura desde donde es lazado

    La longitud de la cuerda que sostiene a la masa pendular

    La frecuencia del movimiento

    El periodo

    La gravedad

    La densidad de la masa pendular

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    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    8. APLICACIN USANDO MATLAB

    Problema 1

    Representar grficamente la funcin:

    F(x) =

    %% problema 01

    x=linspace(-10,10);

    plot(x,2+sind(x),'k')

    plot(x,exp(x),'k')

    plot(log{1+ (x^2)},'k')

    grid on

    -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 100

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5x 10

    4

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    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    Problema 2

    La altura de h(t) y su distancia horizontal x(t) de una bola movindosebajo un ngulo A con una velocidad v es dada por:

    1.-

    %%problema 2.1

    g=9.81

    t=1

    v=10

    A=20:70

    y=v*t*sind(A)-(g*t^2)/2

    x=v*t*cosd(A)

    plot(x,y,'o'),title('grafico 1')

    g =9.8100

    t =1

    v =10

    A =Columns 1 through 27

    20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

    30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

    41 42 43 44 45 46

    Columns 28 through 51

    47 48 49 50 51 52 53 54 55 56

    57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

    68 69 70

    y =Columns 1 through 16

    -1.4848 -1.3213 -1.1589 -0.9977 -0.8376 -0.6788 -

    0.5213 -0.3651 -0.2103 -0.0569 0.0950 0.2454

    0.3942 0.5414 0.6869 0.8308

    Columns 17 through 32

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    TEMA: MAQUINA DE ATWOODFUERZA CENTRIPETA

    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    0.9729 1.1132 1.2516 1.3882 1.5229 1.6556

    1.7863 1.9150 2.0416 2.1661 2.2884 2.4085

    2.5264 2.6421 2.7554 2.8665

    Columns 33 through 48

    2.9751 3.0814 3.1852 3.2865 3.3854 3.4817

    3.5755 3.6667 3.7553 3.8412 3.9245 4.0051

    4.0829 4.1581 4.2305 4.3000

    Columns 49 through 51

    4.3668 4.4308 4.4919

    x = Columns 1 through 16

    9.3969 9.3358 9.2718 9.2050 9.1355 9.0631

    8.9879 8.9101 8.8295 8.7462 8.6603 8.5717

    8.4805 8.3867 8.2904 8.1915

    Columns 17 through 32

    8.0902 7.9864 7.8801 7.7715 7.6604 7.5471

    7.4314 7.3135 7.1934 7.0711 6.9466 6.8200

    6.6913 6.5606 6.4279 6.2932

    Columns 33 through 48

    6.1566 6.0182 5.8779 5.7358 5.5919 5.44645.2992 5.1504 5.0000 4.8481 4.6947 4.5399

    4.3837 4.2262 4.0674 3.9073

    Columns 49 through 51

    3.7461 3.5837 3.4202

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    TEMA: MAQUINA DE ATWOODFUERZA CENTRIPETA

    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    2.-

    %% prpblema 2.2

    g=9.81

    t=1

    v=10:18

    A=45

    y=v*t*sind(A)-(g*t^2)/2x=v*t*cosd(A)

    plot(x,y,'r'),title('grafico 2')

    g =9.8100

    t =1

    v =10 11 12 13 14 15 16 17 18

    A =45

    y =

    2.1661 2.8732 3.5803 4.2874 4.9945 5.7016

    6.4087 7.1158 7.8229

    x =

    3 4 5 6 7 8 9 10-2

    -1

    0

    1

    2

    3

    4

    5grafico 1

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    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    7.0711 7.7782 8.4853 9.1924 9.8995 10.6066

    11.3137 12.0208 12.7279

    g = 9.8100

    t =1

    v = 10 11 12 13 14 15 16 17 18

    A =45

    y =

    2.1661 2.8732 3.5803 4.2874 4.9945 5.7016

    6.4087 7.1158 7.8229

    x =

    7.0711 7.7782 8.4853 9.1924 9.8995 10.6066

    11.3137 12.0208 12.7279

    9. CONCLUSIONES:

    Obtuvimos que la mquina de Atwood experimenta un movimiento

    uniformemente acelerado, La fuerza neta que experimenta los cuerpos

    es directamente proporcional a la sumatoria de las masas del sistema,

    se aplica el principio de la segunda ley de Newton sumatoria de fuerzas

    es igual a la masa por la aceleracin. La fuerza neta hemos obtenidoutilizando los datos que nos proporciona el Data Studio.

    7 8 9 10 11 12 132

    3

    4

    5

    6

    7

    8grafico 2

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    TEMA: MAQUINA DE ATWOODFUERZA CENTRIPETA

    Semestre: II

    Grupo : E

    Lab. N : 05

    La aceleracin es inversamente proporcional a la suma total de las

    masas del sistema.

    Con la ayuda del Data Studio se estim un rango de porcentajes de error

    de: 0.71 - 5.3 % en las pruebas realizadas con el mtodo de Atwood.

    En el punto medio la velocidad es mximo, hemos utilizado esta

    velocidad para determinar la aceleracin centrpeta ya que parte de un

    extremo y sabemos por movimiento armnico que la velocidad en el

    extremo siempre es cero, por tanto nuestra velocidad inicial es cero y

    con la ayuda del Data Studio obtuvimos como resultado la aceleracin

    centrpeta ac= 11.02 y 9.86 con un error de porcentaje de: 11.76 y 8.93

    % respectivamente.

    Llegamos a la conclusin que la fuerza centrpeta aumenta si hay un

    aumento en la masa del cuerpo sobre el que acta, el sentido de la

    fuerza centrpeta est siempre dirigido hacia el centro de la trayectoria

    circular. Perpendicular al movimiento.

    10. BIBLIOGRAFIA:

    La mayora de la informacin que necesitamos para la realizacin deeste trabajo la obtuvimos de:

    Gua de laboratorio de fsica II (2013)

    http://www.google.com.pe/imgres?sa=X&biw=1366&bih=667&tbm=isc

    h&tbnid=_ywwLACnFlTY8M:&imgrefurl=http://www.physics.ucla.edu/d

    emoweb/demomanual/datastudio.html&docid=BW-

    46Y2KwM_xwM&imgurl=http://www.physics.ucla.edu/demoweb/demomanual/data_studio.jpg&w=456&h=436&ei=bxpkUtnpE4TQ9gSt5oD4

    Dg&zoom=1

    http://www.physics.ucla.edu/demoweb/demomanual/datastudio.html

    Figura 3.1(Data Studio)

    Figura 3.2 (Mordaza)

    Figura 3.3 (Nuez doble)

    Figura 3.4 (USB Link)

    Figura 3.5 (Juego de Pesas)

    Figura 3.6 (Sensor de fuerza)

    Figura 3.7 (Sensor M. rotacional)

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