Laboratorio de:

Manual de Prácticas FÍSICA CLÁSICA

LEYES DE NEWTON
PRACTICA #

I. OBJETIVO GENERAL:

El alumno comprobará de manera experimental las leyes de Newton.

II. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

 Encontrar las fuerzas que actúan sobre sistemas con rozamiento en donde un objeto
mueve a otro en un plano horizontal o un plano inclinado.
 Analizar mediante las leyes de Newton el modelo de la máquina de Atwood sin fricción. Y
con base a los resultados obtenidos, comparar la validez del modelo.

Marco teórico.

A partir de nuestras experiencias cotidianas todos comprendemos, así sea de una manera simple,
el concepto de fuerza. Cuando se empuja o jala un objeto se aplica una fuerza sobre él. Se aplica
una fuerza cuando se lanza o patea una pelota. En estos ejemplos la palabra fuerza se asocia con
el resultado de actividad muscular y con cierto cambio en el estado de movimiento de un objeto.
Por ejemplo, si está usted sentado leyendo esta práctica, la fuerza de gravedad actúa sobre su
cuerpo, y usted aún sigue estacionario. Como un segundo ejemplo, usted puede empujar un gran
bloque de piedra y no ser capaz de moverlo.

¿Qué fuerza (si hay alguna) hace que una estrella distante viaje libremente por el espacio? Newton
respondió preguntas de este tipo estableciendo que el cambio en la velocidad de un objeto es
causado por fuerzas. En la naturaleza, existen cuatro tipos de fuerzas conocidas como
fundamentales: 1) la atracción gravitacional entre objetos, 2) las fuerzas electromagnéticas entre
cargas eléctricas, 3) las intensas fuerzas nucleares entre partículas subatómicas, y 4) las fuerzas
nucleares débiles que surgen en ciertos procesos de decaimiento radioactivo. En física clásica sólo
nos interesan las fuerzas gravitacional y electromagnética y para esta práctica en particular se
estudiarán las fuerzas gravitacionales haciendo uso de las leyes de Newton.

Las leyes de Newton se pueden expresar de la siguiente manera:

 Primera ley de Newton (ley de la inercia). Todo cuerpo con movimiento constante o en
reposo conservara ese estado mientras no exista una fuerza externa que lo modifique.

 Segunda ley de Newton. Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, la aceleración que el
cuerpo obtiene es directamente proporcional a la fuerza aplicada e inversamente
proporcional a su masa.

 Tercera ley de Newton. A toda acción corresponde una reacción de igual magnitud pero en
sentido contrario.

Al aplicar las leyes de Newton a un cuerpo, solo estamos interesados en aquellas fuerzas que
actúan sobre el cuerpo. Si se jala un objeto mediante una cuerda unida a él, esta ejerce una fuerza
sobre el objeto. En general, la tensión es un escalar y se define como la magnitud de la fuerza que
la cuerda ejerce sobre cualquier cosa unida a ella.

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Máquina de Atwood.

La máquina de Atwood consta de dos masas desiguales que están colgadas de una polea
mediante una cuerda. La polea se considera sin masa y sin fricción, también que la masa m 1 es
mayor que m2. Se desea encontrar la tensión T en la cuerda y la aceleración a de las masas de
dicho sistema.

Fig. 1. Máquina de Atwood.

Para hacer esto se considera una aceleración hacia arriba positiva. Si la aceleración de m 1 es a, la
aceleración de m2 debe ser a. Las fuerzas que actúan sobre m 1 y m2 son las tensiones y pesos.

Las ecuaciones del movimiento para m1 y m2 son:

T− m1 g = m1a

T− m2 g = m2a
Combinando estas ecuaciones, se obtiene:

a = [(m2 - m1)/(m2+m1)]*g

T = [2m1 m2/(m1+m2)]*g

Nótese que la magnitud de T debe estar siempre intermedia entre el peso de la masa m 1 y el peso
de la masa m2 .Esto es de esperarse, ya que T debe ser mayor que m 2g para dar a m 2 una
aceleración hacia arriba, y m 1 g debe ser mayor que T para dar a m 1 una aceleración hacia abajo.
En el caso especial en que m 1 = m2, se obtiene a=0 y T= mg, que es el resultado estático que era
de esperarse.

En una máquina de Atwood, dos masas m1 y m2 están conectadas por una cuerda sin masa que
pasa por una polea ligera, sin masa y sin fricción. Este dispositivo se puede utilizar para medir la
aceleración de la gravedad; si ( m1m2 )/( m1 + m2 )<<1,la aceleración del sistema es mucho menor
que g.

W y T son las fuerzas que obran en la polea sin masa, si se considera la polea como una partícula,
todas las fuerzas se pueden considerar como pasando por su centro. W es la fuerza hacia arriba
que ejerce el soporte en la polea y T es la tensión hacia debajo de cada pedazo de cuerda que
tiende de la polea.

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Ya que la polea no tiene movimiento de traslación:

W=T+T=2T

Si se abandona la hipótesis de una polea sin masa, y se le asignara una masa m, entonces se
tendría que incluir una fuerza hacia abajo (m*g) en el apoyo. También, el movimiento de rotación
de la polea da lugar a tensiones diferentes en cada parte de la cuerda. La fricción en los apoyos
afecta también el movimiento de rotación de la polea y la tensión en las cuerdas.

Lugar de realización: Laboratorio de Física, Laboratorios ligeros 1

Duración: 1.5 hrs.

Material y Equipo

 1 pista  1 Cronómetro
 3 pie estativo  Interfase
 2 Varilla 250  2 fotopuertas
 3 Varilla 600  Flexómetro
 3 Nuez
 1 Polea 6.5cm con mango
 1 Bloque de madera
 1 Pesa con gancho 10g
 1 Juego de Pesas 10g

Material que deben traer los alumnos

 Cuerda 70 cm
 Flexómetro

PROCEDIMIENTO.

Experimento 1. Realizar el arreglo mostrado en la fig. 2 y 3, y después hacer el análisis teórico.

Fig. 2 a) experimento con plano horizontal, b) diagrama de cuerpo libre para la masa 1, y c)
diagrama de cuerpo libre para la masa 2.

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Fig. 3 Montaje de experimento 1

1. Utilizar la pista, el bloque de madera, la polea y el gancho con pesas para realizar el
montaje de la fig. 3.

2. Insertar en el gancho el peso adecuado para que el bloque de madera se deslice sobre la
pista. Utilice el flexómetro para realizar las mediciones de distancia. Para realizar las
mediciones de tiempo, utilice las fotopuertas y la interfase. Usar el cronómetro en el caso
de no disponer de la interfase. Registre al menos cinco veces el experimento y obtenga un
promedio de las mediciones del tiempo.

3. Realizar los cálculos teóricos correspondientes suponiendo no hay fricción. Para la

solución, debe deducir la aceleración del bloque. Reporte las diferencias de los resultados
en sus cálculos obtenidos y el experimento.

Experimento 2. Realizar el arreglo mostrado en la fig. 5, y después hacer el análisis teórico.

Fig. 4. a) experimento con plano inclinado, b) diagrama de cuerpo libre para la masa 1, y c)
diagrama de cuerpo libre para la masa 2.

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Fig. 5 Montaje de experimento 2

1. Realizar el montaje del experimento de acuerdo a las figuras 4 y 5. Usar trigonometría para
fijar el plano al ángulo indicado.

2. Insertar en el gancho el peso adecuado para que el bloque de madera se deslice sobre la
pista. Usar el flexómetro para realizar las mediciones de distancia. Para las mediciones de
tiempo, utilice las fotopuertas y la interfase. Usar el cronómetro en caso de no disponer de
la interfase. Registre al menos cinco veces el experimento y obtenga un promedio de las
mediciones del tiempo. Debe deducir la aceleración del bloque.

3. Realizar los cálculos teóricos correspondientes suponiendo no hay fricción. Reporte las
diferencias de los resultados de sus cálculos obtenidos y el experimento.

Experimento 3. Realizar el arreglo mostrado en la fig. 6, y después hacer el análisis teórico.

Fig. 6 Montaje experimento 3

1. Fijar el soporte, colocando la polea como en la fig. 6,pase la cuerda alrededor de la polea y

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amarre de ella la pesa y el bloque.

2. Se coloca el sistema en equilibrio, no importa que se le aplique una fuerza externa.

3. Liberar el sistema, para que la masas se deslicen. Usar el flexómetro, para fijar una
determinada distancia de recorrido de las masas y realizar las respectivas mediciones de
tiempo.

4. Mida el tiempo de recorrido con el cronómetro o si lo puede medir con las fotopuertas para
mayor precisión. Realice al menos 5 mediciones del tiempo y obtenga su promedio. Con
loas mediciones, debe deducir la aceleración.

5. Realizar los cálculos teóricos correspondientes y comparar con los datos experimentales
obtenidos.

Fig. 7 Montaje experimento

6. Usar los fotosensores y la interface para realizar las mediciones de tiempo para los
experimentos 1 y 2. (Hacer este procedimiento , sólo si dispone del equipo)

V Cuestionario:

1. En base a sus predicciones y observaciones en experimentos con la Máquina de Atwood,

¿Cómo es la relación de la aceleración del sistema y las masas colgadas en la polea?

2. Determine cuál es el porcentaje de variación de la aceleración teórica con la experimental

obtenida en cada caso.

3. Discuta las razones que influyeron en el porcentaje de variación entre la aceleración teórica y la
experimental.

4. Utilizando la aceleración experimental, calcule el valor de la aceleración gravitacional g en cada

caso.
2
5. ¿Porque la aceleración gravitacional en su región difiere del valor convencional de 9.81 m/s ?

Bibliografía
 Física Volumen 1 Alonso, Finn, Ed. Fondo Educativo Interamericano
 Física Universitaria Volumen I. Sears Zemansky. Ed 13. Pearson

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