lunes, 7 de mayo de 2018

Segunda Ley de Newton - Trabajo practico de Laboratorio

La experiencia consiste en armar un carrito con ruedas, según muestra la figura. La fuerza F aplicada al carrito está representada por las pesas colocadas en la parte inferior de la cuerda y la masa está representada por la masas del carrito, la cual es directamente proporcional a su peso.
En esta experiencia no tendremos en cuenta el rozamiento para evitar confusiones.
La polea que permite que el sistema se mueva, debe estar adaptada para ser instalada en la mesa del alumno o del laboratorio. La cuerda que mueve el sistema, debe ser resistente para soportar la fuerza de tracción del carrito.
Deberá confeccionar una regla de 50cm, graduada con una separación de 10cm entre si, la cual permitirá tomar el tiempo de largada y llegada, para lo cual el alumno deberá contar con un cronometro.
La aceleración que adquiere el carrito entre el reposo (0cm) y el final (50cm) puede obtenerse con la formula de aceleración para el movimiento rectilíneo uniformente acelerado.

a = 2.d / t2

La distancia expresada en metros y el tiempo en segundos, como resultado la aceleración en m/s2.
Cada alumno deberá adaptar su sistema para satisfacer lo que en cada tema correponde, es decir, aquellos grupos que deban modificar la masa, deben adaptar el carrito para hacerlo, mientras que los que tengan que modificar la  fuerza deben adaptar el sistema de pesas.

















Los temas seleccionados son:
1) Modificar el sistema de fuerzas ( F, 2.F y 1/2F)
2) Modificar el sistema de masas ( m, 2.m y 1/2m)
3) Modificar ambos (F, m, 3F y 3m)

En cada caso se deberá calcular la aceleración con los tiempos medidos para cada uno.
Cada alumno deberá presentar un informe escrito con el gráfico de su proyecto, los valores medidos, los obtenidos y una conclusión final del trabajo practico.-

jueves, 19 de abril de 2018

Segunda Ley de Newton

Hace muchos años, Newton encontró que había una relación entre la fuerza (F) que se aplicaba a un cuerpo que tenía una determinada masa (m), obteniéndose una aceleración (a), como resultado de dicha fuerza.
Supongamos que podemos razonar de la misma manera que lo hizo el físico hace mucho tiempo, tal vez podamos encontrar, de acuerdo a nuestra experiencia las ecuaciones que escribió Isaac Newton en su libro "Principios Matemáticos de la Filosofía Natural" en el año 1687.-
Para ello, vamos a analizar el siguiente gráfico


Que conclusiones puede Ud. sacar del mismo? Suponga que la fuerza P2 es el doble de P1.-



Si ya lo hizo, mire el siguiente grafico



Con estos datos, podemos establecer que sucedería si quisiéramos relacionar las tres magnitudes citadas en una ecuación que describa la interacción entre ellas.
Tenemos 3 posibilidades, para combinar la masa, la fuerza y la aceleración:

1 -    a=F.m
2 -    F=m.a
3 -    m=F.a

Cual de ellas le parece a Ud. que cumple con lo que se manifiesta en los gráficos?
Debe justificar su respuesta con una explicación detallada de su elección, recuerde que debe analizar cada una de ellas por separado.-
 

domingo, 28 de junio de 2015

Plano inclinado

El plano inclinado es una máquina simple que permite subir objetos realizando menos fuerza.

Supongamos que, necesitamos subir un cuerpo, por un plano inclinado. Para ello debemos conocer el valor de la fuerza T necesaria para poder lograrlo. 



Para resolverlo dibujamos los ejes y las fuerzas aplicadas sobre el cuerpo. Tenemos el peso, la normal y la fuerza T. En este caso no consideramos el rozamiento.



Utilizamos los planos X e Y, y descomponemos el valor del peso P en cada uno de esos ejes. A la componente del peso (P) que normal al plano inclinado, la denominamos Py, y, la que tiene la misma dirección del plano, la llamamos Px





Para observar como cambian las componentes con un ángulo de inclinación entre 0º y 90º, podemos visitar el siguiente enlace


Observe que puede modificar el ángulo de inclinación desde 0º hasta 90º. Que sucede si el ángulo es de 30º, 45º, 60º, 0º y 90º. Que relación tiene cada componente con el peso P (m.g) del cuerpo? 
Anote dichos valores y saque sus conclusiones.

Observe la última figura y determine cuanto vale la normal N. Compárela con el caso en que el ángulo de inclinación vale 0º (plano horizontal). Que resultados obtuvo? Son iguales o distintos? Porque? Justifique su respuesta.-


lunes, 25 de mayo de 2015

Coeficiente de roce

Vamos a profundizar el estudio del rozamiento por deslizamiento entre superficies sólidas


El rozamiento entre dos superficies en contacto ha sido aprovechado por nuestros antepasados más remotos para hacer fuego frotando maderas. En nuestra época, el rozamiento tiene una gran importancia económica, se estima que si se le prestase mayor atención se podría ahorrar muchísima energía y recursos económicos.
Históricamente, el estudio del rozamiento comienza con Leonardo da Vinci que dedujo las leyes que gobiernan el movimiento de un bloque rectangular que desliza sobre una superficie plana. Sin embargo, este estudio pasó desapercibido.
En el siglo XVII Guillaume Amontons, físico francés, redescubrió las leyes del rozamiento estudiando el deslizamiento seco de dos superficies planas. Las conclusiones de Amontons son esencialmente las que estudiamos actualmente en los libros de Física General:
  • La fuerza de rozamiento se opone al movimiento de un bloque que desliza sobre un plano.
  • La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque.
  • La fuerza de rozamiento no depende del área aparente de contacto.
El científico francés Coulomb añadió una propiedad más
  • Una vez iniciado el movimiento, la fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad.

La mayoría de las superficies, aún las que se consideran pulidas son extremadamente rugosas a escala microscópica. Los picos de las dos superficies que se ponen en contacto, determinan el área real de contacto que es una pequeña proporción del área aparente de contacto (el área de la base del bloque). El área real de contacto aumenta cuando aumenta la presión (la fuerza normal) ya que los picos se deforman.
Los metales tienden a soldarse en frío, debido a las fuerzas de atracción que ligan a las moléculas de una superficie con las moléculas de la otra. Estas soldaduras tienen que romperse para que el deslizamiento se produzca. Además, existe siempre la incrustación de los picos con los valles. Este es el origen del rozamiento estático.-
Cuando el bloque desliza sobre el plano, las soldaduras en frío se rompen y se rehacen constantemente. Pero la cantidad de soldaduras que haya en cualquier momento se reduce por debajo del valor estático, de modo que el coeficiente de rozamiento cinético o dinámico es menor que el coeficiente de rozamiento estático.
Finalmente, la presencia de aceite o de grasa en las superficies en contacto evita las soldaduras al revestirlas de un material inerte.
La explicación de que la fuerza de rozamiento es independiente del área de la superficie aparente de contacto es la siguiente:







En la figura, la superficie más pequeña de un bloque está situada sobre un plano. En el dibujo situado arriba, vemos un esquema de lo que se vería al microscopio: grandes deformaciones de los picos de las dos superficies que están en contacto. Por cada unidad de superficie del bloque, el área de contacto real es relativamente grande (aunque esta es una pequeña fracción de la superficie aparente de contacto, es decir, el área de la base 
del bloque).





En la figura, la superficie más grande del bloque está situada sobre el plano. El dibujo muestra ahora que las deformaciones de los picos en contacto son ahora más pequeñas por que la presión es más pequeña. Por tanto, un área relativamente más pequeña está en contacto real por unidad de superficie del bloque. Como el área aparente en contacto del bloque es mayor, se deduce que el área real total de contacto es esencialmente la misma en ambos casos.

Recuerden la tercera ley de Newton,  las fuerzas actúan por pares, si hay una acción aparecerá una reacción, de igual valor, pero de sentido contrario. En un plano horizontal, la fuerza normal, reacción del plano o fuerza que ejerce el plano sobre el bloque es igual al peso del bloque.
Supongamos que un bloque de masa m está en reposo sobre una superficie horizontal, las únicas fuerzas que actúan sobre él son el peso mg y la fuerza normal N. De las condiciones de equilibrio se obtiene que la fuerza normal N es igual al peso mg
N=mg=P


Fuerza de rozamiento por deslizamiento
En la figura, se muestra un bloque arrastrado por una fuerza F horizontal. Sobre el bloque actúan el peso mg, la fuerza normal N que es igual al peso, y la fuerza de rozamiento Fk entre el bloque y el plano sobre el cual desliza. Si el bloque desliza con velocidad constante la fuerza aplicada F será igual a la fuerza de rozamiento por deslizamiento Fk.



Podemos investigar la dependencia de Fk con la fuerza normal N. Veremos que si duplicamos la masa m del bloque que desliza colocando encima de éste otro igual, la fuerza normal N se duplica, la fuerza F con la que tiramos del bloque se duplica y por tanto, Fk se duplica.
La fuerza de rozamiento por deslizamiento Fk es proporcional a la fuerza normal N.
Fk=mk N
La constante de proporcionalidad mk es un número sin dimensiones que se denomina coeficiente de rozamiento cinético o dinámico.-
El valor de mk es casi independiente del valor de la velocidad para velocidades relativas pequeñas entre las superficies, y decrece lentamente cuando el valor de la velocidad aumenta.

También existe una fuerza de rozamiento entre dos objetos que no están en movimiento relativo.




Como vemos en la figura, la fuerza F aplicada sobre el bloque aumenta gradualmente, pero el bloque permanece en reposo. Como la aceleración es cero la fuerza aplicada es igual y opuesta a la fuerza de rozamiento Fs.
F=Fs
La máxima fuerza de rozamiento corresponde al instante en el que el bloque está a punto de deslizar.
Fs máx=msN
La constante de proporcionalidad ms se denomina coeficiente de rozamiento estático.
Los coeficientes estático y dinámico dependen de las condiciones de preparación y de la naturaleza de las dos superficies y son casi independientes del área de la superficie de contacto.

  • Coeficientes de rozamiento por deslizamiento para diferentes materiales
Superficies en contacto
mk
Acero sobre acero
0.18
Acero sobre hielo (patines)
0.02-0.03
Acero sobre hierro
0.19
Hielo sobre hielo
0.028
Patines de madera sobre hielo y nieve
0.035
Goma (neumático) sobre terreno firme
0.4-0.6
Correa de cuero (seca) sobre metal
0.56
Bronce sobre bronce
0.2
Bronce sobre acero
0.18
Roble sobre roble en la dirección de la fibra
0.48

  • Coeficientes de rozamiento estático y dinámico
Superficies en contacto
ms
mk
Cobre sobre acero
0.53
0.36
Acero sobre acero
0.74
0.57
Aluminio sobre acero
0.61
0.47
Caucho sobre concreto
1.0
0.8
Madera sobre madera
0.25-0.5
0.2
Madera encerada sobre nieve húmeda
0.14
0.1
Teflón sobre teflón
0.04
0.04
Articulaciones sinoviales en humanos
0.01
0.003



martes, 19 de mayo de 2015

Rozamiento

Ahora vamos a considerar la fricción o rozamiento entre dos superficies sólidas, las cuales se encuentran en contacto y una de ellas se mueve respecto de la otra.

Cuando dos superficies entran en contacto y una de ellas se pone en movimiento existe una fuerza que se opone a éste, dicha fuerza recibe el nombre de roce o fricción y es la causa de que se produzca calor cuando se frota una superficie contra otra.
Otra consecuencia del rozamiento es que se produce un desgaste. El mismo puede ser en ambas superficies o en una de ellas, depende de la dureza de los materiales en contacto. También aparece otro fenómeno, que es el ruido. Un automóvil  que frena bruscamente, produce un chirrido en sus ruedas.

Algunos ejemplos son:
* Las ruedas del auto al moverse sobre el pavimento.
* Cuando se frota una mano contra otra se produce una fricción que genera calor y calienta las manos.
* El agua de un río produce fricción sobre el lecho del río.
* Cuando se frotan dos objetos, como una piedra con un trozo de madera, se produce una fricción que genera calor.
* Un patinador de hielo puede avanzar muy rápido pues la fricción entre el hielo y las navajas de los patines es baja.
* Un objeto que entra del espacio exterior a la atmósfera terrestre, se incendia debido a la fricción que se produce entre ellos.
* Cuando se empuja una caja sobre una superficie áspera cuesta mucho trabajo moverla.
* Cuando el piso está mojado es más fácil resbalar, pues el agua disminuye la fricción del piso.
* Una soga que resbala en un trozo de madera puede quemarlo. 

Podrías tú buscar 4 ejemplos, distintos a los citados anteriormente, dibujarlos y explicarlos?. Manos a la obra.......... 


Analiza las siguientes imágenes y  encuentra porque aparece el ruido, el desgaste y el calor, cuando hay rozamiento.-




viernes, 24 de abril de 2015

Vamos a construir.......

Aprovechando lo aprendido en el principio de acción y reacción, vamos a construir algunos prototipos.
Recuerden que a cada alumno se le asignó un tema en clase.

Los temas para construir son:


Tema 1
Construir un auto cuya propulsión sea mediante el principio de acción y reacción, utilizando aire o vapor a presión para lograrlo.-

Tema 2
Construir un barco cuya propulsión sea mediante el principio de acción y reacción, utilizando vapor a presión para lograrlo.-

Tema 3
Construir una cañita voladora cuya propulsión sea mediante el principio de acción y reacción, utilizando aire a presión para lograrlo.-

Recuerden que los vehículos deben ser construidos por Uds. Deberán optimizar el diseño y los materiales usados, para lograr el éxito en el proyecto. Los vehículos deberán desplazarse o elevarse, según corresponda, para lograr la aprobación del mismo.-
Usen la imaginación para realizar la construcción y la forma en que debe usar la propulsión solicitada en cada tema. Recuerden que, en todos los casos, el movimiento deberá estar basado en el principio de acción y reacción. No se aceptarán prototipos que usen otro principio para moverse.-

Tendremos una clase de consulta para despejar todas las dudas.-

Buena suerte a todos!!!!!!

domingo, 8 de marzo de 2015

Principio de Inercia - Primera ley de Newton

El hombre primitivo, observo con sorpresa que, al arrojar una piedra, ésta seguía moviéndose, sin que nada la impulsara. Durante muchos siglos, nadie pudo explicar con precisión porqué sucedía esto. El hombre moderno se sorprende al saber que, una vez colocados en órbita, los satélites artificiales, continúan girando alrededor de la Tierra. Estos hechos, aparentemente diferentes, obedecen sin embargo al mismo principio de  Física, el de la inercia.
Teniendo en cuenta estos sucesos, te pregunto ¿Que será la famosa Inercia?


Trata de contestar con tus propias palabras y sin espiar mas abajo, a esta pregunta.

Te ayudo................
1- Será una fuerza?
2- Será magia?
3- Será una propiedad natural?
4- Será consecuencia de que la Tierra gira alrededor de su eje?

Te ayudo con algunas imágenes



Automovil acelerando

Ahora veremos si tu respuesta fue correcta.

Principio de Inercia


La inercia es la propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en su estado de reposo o movimiento, mientras no se le aplique sobre ellos alguna fuerza, o la resistencia que opone la materia al modificar su estado de reposo o movimiento. Como consecuencia un cuerpo conserva su estado de reposo o movimiento si no hay una fuerza actuando sobre él. De ser así el cuerpo dejara su estado original y tomara uno nuevo.En física se dice que un sistema tiene más inercia cuando resulta más difícil lograr un cambio en el estado físico del mismo.
Es decir, los cuerpos quietos permanecen quietos a menos que se les aplique alguna fuerza para que comiencen a moverse. Los cuerpos en movimiento permanecen en movimiento a menos que se les aplique alguna fuerza para detenerlos. El principio de inercia es tan simple como decir que para cambiar la velocidad de un cuerpo es necesario aplicarle una fuerza, hacerle algo, interactuar con él. De este modo, si un cuerpo se está moviendo con cierta rapidez en determinada dirección, seguirá en esa dirección y con la misma rapidez a menos que lo perturbemos. Los cuerpos no cambian su velocidad (dirección y rapidez) si no reciben alguna fuerza.

Por mas que no pensemos diariamente sobre la inercia, esta, como la atracción gravitatoria y otras tantas características que estudiamos en física, te acompañan adonde tú vayas. Por ejemplo, no puedes arrancar tan rápidamente como quisieras al comenzar a correr; tampoco puedes detenerte de golpe. Tu cuerpo tiene inercia!. Es necesario aplicarle una fuerza para que comience a moverse desde un estado de reposo. También tienes que aplicar una fuerza para detenerte, ya que si no, tu cuerpo seguiría con la misma rapidez y en la misma dirección . Si vienes corriendo alrededor de la manzana te costará bastante dar la vuelta a la esquina a gran velocidad puesto que la inercia de tu cuerpo hace que tengas que hacer un esfuerzo importante para cambiar la dirección de tu movimiento.

Cuando estás en un colectivo y arranca, si no te agarras fuertemente de algún pasamanos verás que tu cuerpo se queda en reposo mientras el colectivo gana velocidad. Esto es muy divertido, siempre que no termines sentado arriba del pasajero del asiento del fondo,

Cuando el colectivo frena, algo similar te ocurre. Tu cuerpo sigue andando hacia adelante y deberás agarrarte fuertemente para no terminar en la cabeza del chofer ni asomándote por el parabrisas (cosa nada recomendable aunque seas cabeza dura).

Los cinturones de seguridad nos protegen en caso de un impacto frontal. Los cinturones de seguridad comunes te los ajustas a tu medida y luego el largo queda fijo. En cambio los cinturones de seguridad ; inerciales se diseñaron para que puedas moverte sin que el cinturón te tironee mientras que tus movimientos son suaves. Solamente se traban en caso de que tu cuerpo siga andando hacia adelante por inercia cuando el automóvil se detuvo bruscamente. Si el automóvil no se detiene bruscamente o tú te has atajado con las manos para no seguir andando por inercia, el cinturón no accionará su traba. Para probar si el cinturón inercial está en buen funcionamiento, tira fuertemente de él como lo haría tu cuerpo durante la frenada o choque al seguir andando por inercia a la velocidad que traía el auto anteriormente. Si el cinturón inercial se traba con un tiròn rápido, funciona correctamente; si no se traba, debe cambiarlo, ya que en esas condiciones no es un cinturón seguridad inercial sino un cinturón de adorno.

Por definiciòn se dice: "Que la inercia es la tendencia a mantener el estado de movimiento o reposo que posee un cuerpo"

Hay una resistencia natural de los cuerpos que se oponen a cambiar su estado de movimiento. Esta resistencia al cambio de estado de movimiento se llama inercia.

inercia = resistencia de un objeto a cambiar su estado de movimiento

Esta idea de Newton fue muy novedosa en su época, ya que se oponía a las concepciones que estaban de moda. Como decíamos mas arriba, antes de Newton se pensaba que todos los cuerpos tenían una tendencia natural al estado de reposo. Se creía que los objetos que se movían iban a detener su movimiento y que era necesario “hacerles algo” para mantenerlos en movimiento, pero que si se los dejaba libres de cualquier tipo de interacción, llegaban al reposo. Se creía, entonces, que había una tendencia natural de los cuerpos a alcanzar su estado de reposo.

Galileo Galilei (antes que Newton) desarrolló el concepto de inercia. Razonó que los cuerpos detenían su movimiento por una interacción de los cuerpos con su entorno, lo cual llamó fricción.

Para establecer y demostrar sus razonamientos, realizó experiencias usando dos planos inclinados enfrentados y dejando caer una pelota desde uno de ellos. Galileo observó que sí una pelota rodaba hacia abajo desde una determinada altura, alcanzaba en el otro plano una altura similar a la inicial, y que cuanto más pulidos eran los planos, más cercana era la altura alcanzada con respecto a la inicial. Galileo dedujo que la diferencia de altura observada se debía a la interacción de fricción de los cuerpos con la superficie del plano y que si esta no existiera, alcanzarían la misma altura.


Más adelante, concluyó que, independientemente de las orientaciones de los planos, los objetos alcanzaban la misma altura.



Resumiendo: si no hay fricción alcanza la misma altura y el ángulo se reduce, recorrerá más distancia hasta alcanzar la misma altura

¿Qué sucede si el segundo plano no está inclinado?



Galileo concluyó diciendo que si el segundo plano no está inclinado, la pelota seguirá rodando sin cesar, buscando alcanzar la misma altura. Si no hubiera fricción, la pelota no se detiene nunca, sigue rodando y rodando...
Newton construyo sus ideas con los pensamientos de Galileo acerca del movimiento. La primera ley de Newton establece que no es necesaria ninguna interacción para mantener un cuerpo en movimiento. Si deslizamos un libro sobre la mesa, vemos que después de un tiempo este se detiene, pero se detiene porque existe una interacción (que es la de la fricción entre el libro y la mesa) que se opone al movimiento, y no es la ausencia de la interacción lo que lo lleva al reposo.
Todos los objetos resisten al cambio del estado de movimiento. Todos los objetos tienen esa tendencia, todos tienen inercia. Pero aquí cabe una pregunta: ¿Tienen todos los objetos la misma tendencia a resistir el cambio? La respuesta es, obviamente, ¡No! Todos tienen inercia, pero la inercia de un cuerpo depende de la masa, es decir, de la cantidad de materia que posee un cuerpo. A mayor cantidad de masa, mayor inercia y mayor resistencia al cambio del estado de movimiento. Pero esto es para la próxima clase.-