Segunda Ley de Newton
Newton's Second Law
Integrantes del grupo: Alejandro J. Mercado Borrero, Derick X. Morales Aviles, José Cordero Flores
Universidad de Puerto Rico Recinto de Mayagüez.
Departamento de física, Laboratorio Física I, Sección 021.
Instructor: Jesús D. Guerra Yépez
Septiembre 18 de 2024
Resumen
El propósito principal de este experimento fue determinar experimentalmente como cambia la aceleración de un
cuerpo cuando este es halado por fuerzas de diferentes magnitudes. Luego, con los valores obtenidos, construir gráficas
para poder comparar las pendientes gráficas con la masa del carro o la fuerza ejercida, dependiendo de la parte del
experimento a que nos refiramos. Para la primera parte se comparó la pendiente gráfica con la masa del carro, y se
obtuvo un porcentaje de diferencia de 2.6%. Sin embargo, para la parte 2, se comparó la pendiente gráfica con la
fuerza ejercida con respecto a la masa en el gancho, y se obtuvo un porcentaje de error de 0%. Al final, se mostró
concluir que hay una relación directamente proporcional entre la fuerza aplicada a un objeto y la aceleración de este,
así que mientras mayor es la masa del gancho, mayor será la aceleración, y mientras mayor la masa del carro, menor
será la aceleración.
Palabras claves: aceleración, masa, fuerza
1.
Introducción
El experimento tiene como objetivo determinar
la relación entre la fuerza aplicada, la masa del
objeto y la aceleración resultante. La segunda
ley de Newton establece que la aceleración de
un cuerpo es directamente proporcional a la
fuerza neta y es inversa a la fuerza proporcional
a su masa. Utilizando ciertas mediciones se
puede determinar la aceleración de objeto a ser
un apoyo de fuerza de diferente magnitud y
como la masa del objeto influye a la aceleración.
Una vez se determine los datos se construirá una
gráfica que representa la fuerza aplicada y la
masa del objeto indicando la aceleración usada.
Finalmente, el concepto de fuerza se definir
partir de los resultados obtenidos.
2. Datos y cómputos
2.1 Tablas
Parte 1
Esta tabla presenta los valores obtenidos de la masa
añadida, aceleración, y tensión. En la columna de m
se puede observar la masa añadida para cado caso,
esta incrementando 10g por caso, donde la m inicial
fue de 0.005kg. En la segunda columna se observa el
𝑚𝑚𝑚𝑚
�𝑚𝑚+𝑀𝑀� donde la M es la masa del carrito, en este caso
siendo 0.5kg. Esta fue utilizada para encontrar la
𝑚𝑚𝑚𝑚
tensión, ya que la tensión es �
� 𝑔𝑔. La ultima
𝑚𝑚+𝑀𝑀
columna, esta siendo la de aceleración, sus valores
fueron encontrados despejando la ecuación de
posición (1), lo cual nos enseñaba que la aceleración
era dos veces el valor de A. Con la tensión y la
aceleración se puede encontrar la pendiente gráfica,
y esta se compara con la masa del carro para poder
encontrar el porciento de error.
Caso
m(kg)
𝑚𝑚𝑔𝑔
𝑚𝑚𝑔𝑔 + 10𝑔𝑔
𝑚𝑚𝑔𝑔 + 20𝑔𝑔
𝑚𝑚𝑔𝑔 + 30𝑔𝑔
𝑚𝑚𝑔𝑔 + 40𝑔𝑔
0.005
0.015
0.025
0.035
0.045
Pendiente
Gráfica (kg)
0.487
𝑚𝑚𝑚𝑚
(𝑘𝑘𝑘𝑘)
𝑚𝑚 + 𝑀𝑀
0.00495
0.01456
0.02381
0.03271
0.04128
a(m/𝑠𝑠 2 )
0.027
0.226
0.386
0.554
0.774
M(kg)
%Dif.
0.5
2.6%
T(N)
0.0485
0.1427
0.2333
0.3206
0.4045
Tabla 1. Masas Añadidas(kg), Aceleraciones (m/𝑠𝑠 2 ), y
Tensiones(N)
Universidad de Puerto Rico
Parte 2
Esta tabla muestra los valores de 𝑀𝑀𝑇𝑇 , los cuales son
la masa total del carrito dependiendo del caso. Para
cada caso se le añadían 50g, pero estos se debían
convertir en kilogramos, ya que eventualmente se
tendría que encontrar la pendiente gráfica en
términos de N. Para la segunda columna se debía
encontrar la masa total inversa, la cual nos ayudaría
a poder graficar y encontrar la pendiente gráfica. La
última columna es sobre la aceleración, la cual se
encuentra multiplicando la masa total inversa por la
fuerza, la cual se obtiene multiplicando la masa total
por la gravedad. Ya cuando uno obtenga la pendiente
gráfica, esta se compara con la fuerza (F(N)) y se
obtiene el porciento de error.
Caso
M
𝑀𝑀 + 50𝑔𝑔
𝑀𝑀 + 100𝑔𝑔
𝑀𝑀 + 150𝑔𝑔
1
𝑀𝑀𝑇𝑇 (𝑘𝑘𝑘𝑘)
𝑀𝑀𝑇𝑇
0.5
0.55
0.6
0.65
Pendiente
Grafica (N)
0.1962
2.3. Cálculos y resultados
Fórmulas de posición, tensión y aceleración:
𝑥𝑥(𝑡𝑡) = 𝐴𝐴𝐴𝐴 2 + 𝐵𝐵𝐵𝐵 + 𝐶𝐶
𝑇𝑇 = �
2
1.81
1.6
1.52
𝑎𝑎 =
%Dif.
0.1962
0.0%
%𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 =
Donde,
2.2. Gráficas
Aceleración(m/s^2
0.3
0.25
1.4
0.1962
= 0.3924𝑚𝑚/𝑠𝑠 2
0.5
�|0.487| − |0.5|�
∗ 100% = 2.6%
�|0.487| + |0.5|�
2
3. Análisis de Resultados y Discusión
2
Durante este laboratorio, se logró determinar cómo
cambia la aceleración de un objeto según la fuerza
aplicada por medio de un carro atado a un gancho en
una polea con distintas masas agregadas. De esta
manera, se pudo ver la fuerza aplicada por medio del
2.2
Figura 1. Relación 𝑀𝑀 (k𝑔𝑔−1 ) – a (m/𝑠𝑠 2 ).
𝑇𝑇
∗ 100% (5)
0.005 ∗ 0.5
� 9.81 = 0.0485𝑁𝑁
0.005 + 0.5
𝑎𝑎 =
%𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 =
Masa Total Inversa(kg^-1)
1
��𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑔𝑔𝑔𝑔á𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 � + |𝑀𝑀|�
2
𝑎𝑎 = 2 ∗ 0.0135 = 0.027𝑚𝑚/𝑠𝑠 2
y = 0.1962x - 9E-05
1.8
(4)
��𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑔𝑔𝑔𝑔á𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 � − |𝑀𝑀|�
𝑇𝑇 = �
Parte 2
1.6
𝐹𝐹
𝑀𝑀𝑇𝑇
Cálculos:
Parte 2
Esta gráfica es encontrada utilizando los valores de
aceleración y masa total inversa de la tabla 2. La
masa total inversa es colocada en el eje de x, mientras
que la aceleración se coloca en el eje de y. Con estos
valores se encuentra la pendiente gráfica en N para
poder compararla con la fuerza y obtener el
porcentaje de error.
0.35
(3)
T: es la tensión en el hilo
M: es la masa del carrito
m: es la masa añadida
g: es la gravedad
Tabla 2. Masa Total(kg), Masa Total Inversa (k𝑔𝑔−1 ), y
Aceleración (m/𝑠𝑠 2 )
0.4
(2)
Donde, a es la segunda derivada de la ecuación (1)
0.3924
0.3551
0.3139
0.2982
F(N)
𝑚𝑚𝑚𝑚
� 𝑔𝑔
𝑚𝑚 + 𝑀𝑀
𝑎𝑎 = 2𝐴𝐴
a (m/𝑠𝑠 2 )
(k𝑔𝑔−1 )
(1)
2
Universidad de Puerto Rico
4. Conclusión
movimiento de los dos objetos creado por la tensión
del hilo. En la primera parte del experimento, se le
aplicó masa en el gancho únicamente y el carro tenía
una masa de 0.5kg. Con esto se pudo determinar que
la aceleración y la tensión del hilo aumentó mientras
más peso se le añadía al gancho. Luego, se graficó
por medio de Data Studio los datos obtenidos de cada
caso en el que se aumentó el peso en el gancho,
resultando en un 2.6% de diferencia entre la
pendiente de la gráfica y la masa agregada. Para
realizar esta gráfica de aceleración vs. tensión, se
utilizó la fórmula (2) para los valores de la tensión y
la fórmula (3) para la aceleración.
Con este experimento, se logró hacer el objetivo
principal de determinar cómo cambia la aceleración
de un objeto tras ser halado por distintas magnitudes
de fuerzas experimentalmente. Logramos observar,
en la gráfica de aceleración vs. fuerza actuando en el
carro, que mientras mayor es el peso que está
ejerciendo la fuerza, mayor será la aceleración.
Mientras que la gráfica de la aceleración vs. la masa
del objeto de parte 2 del laboratorio se mostró que
mientras menor es la masa de la fuerza ejercida al
objeto, la aceleración será menor. Al cabo del
experimento, se pudo concluir que hay una relación
directamente proporcional entre la fuerza aplicada a
un objeto y la aceleración de este, así que mientras
mayor es la masa del gancho, mayor será la
aceleración, y mientras mayor la masa del carro,
menor será la aceleración.
Para la segunda parte del experimento, solo se le
añadieron pesas al carro de 0.5kg, y el 𝑚𝑚𝑔𝑔 tuvo un
valor de 20g por toda la duración de esta. Se observó
que mientras más masa se le añadía al carrito, cada
caso añadiendo 50g más, menor era la aceleración.
Se concluyó que esto se debe a que el peso del
gancho, al ser menor que el peso del carro, no posee
la fuerza necesaria para aumentar su aceleración, a
diferencia de la parte 1 del experimento que al
aumentar el peso del gancho aumenta la aceleración
del mismo. La masa del carro está creando una
inercia sobre el objeto, que es la resistencia al cambio
de movimiento. Después, se crearon las gráficas de
los datos. Como ejemplo se tomó la gráfica de la
parte 2. En esta se utilizó la aceleración, encontrada
con la formula (4), y la masa total inversa para
encontrar la pendiente gráfica, la cual se comparó
con la masa del objeto
en la polea (0.02kg) actuando con la gravedad. Al
final se pudo demostrar que el porcentaje de
diferencia fue de 0% entre la gráfica pendiente y la
fuerza hecha por el peso.
5. Referencias
[1] López, Roura. Manual de Experimentos de Física
I Edición 1, p. 49-53.
[2] Moebs, Ling, Sanny. University Physics Vol 1,
p.204-214.
[3] Hewitt. Física Conceptual Edición 10, p.58-68.
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