Integrantes : Santiago
Ayala, Jairo Herrera, Lina Abella
Resumen
El desarrollo de esta
práctica nos conduce a verificar que en todo movimiento circular donde existe
un cambio de dirección en el vector velocidad, existe una aceleración dirigida
hacia el centro de la trayectoria, y así mismo existirá también una fuerza en
esa misma dirección que hará que el movimiento se mantenga circular, la fuerza
centrípeta.
Introducción
Movimiento Circular Uniforme
El movimiento circular
uniforme describe el movimiento de un cuerpo atravesando, con rapidez
constante, una trayectoria circular. Aunque la rapidez del objeto es constante,
su velocidad no lo es: La velocidad, una magnitud vectorial, tangente a la
trayectoria, en cada instante cambia de dirección. Esta circunstancia implica
la existencia de una aceleración que, si bien en este caso no varía al módulo
de la velocidad, sí varía su dirección.
Aceleración centrípeta
La aceleración
centrípeta es una magnitud relacionada con el cambio de dirección de la
velocidad de una partícula en movimiento cuando recorre una trayectoria
curvilínea.Cuando una partícula se mueve en una trayectoria curvilínea, aunque
se mueva con rapidez constante (por ejemplo el MCU), su velocidad cambia de
dirección la velocidad ya que es un vector tangente a la trayectoria, y en las
curvas dicha tangente no es constante.
Fuerza centrípeta
Se llama fuerza
centrípeta a la fuerza, o a la componente de fuerza, dirigida hacia el centro
de curvatura de la trayectoria, que actúa sobre un objeto en movimiento sobre
una trayectoria curvilínea.El término «centrípeta» proviene de las palabras
latinas centrum, «centro» y petere,«dirigirse hacia», y puede ser obtenida a
partir de las leyes de Newton. La fuerza centrípeta siempre actúa en forma
perpendicular a la dirección del movimiento del cuerpo sobre el cual se aplica.
En el caso de un objeto que se mueve en trayectoria circular con rapidez
cambiante, la fuerza neta sobre el cuerpo puede ser descompuesta en un
componente perpendicular que cambia la dirección del movimiento y uno
tangencial, paralelo a la velocidad, que modifica el módulo de la velocidad.
Objetivos
General:
●
Estudiar las relaciones entre masa,
frecuencia y radio de giro en un movimiento circular.
Específicos:
● Determinar
la fuerza centrífuga a que es sometido un objeto en función de su masa, su
velocidad angular y del radio de curvatura de la trayectoria.
● Comprobar experimentalmente la relación
entre la fuerza centrípeta que actúa sobre un objeto de masa M.
● Comprobar experimentalmente la relación
de la trayectoria circular de radio R con una velocidad angular ω, que éste
cuerpo realiza, bajo la acción de esta fuerza.
Marco Teorico
Se suele decir que la fuerza centrífuga no es en sí una fuerza
real, en el sentido en que esté producida por algún agente real o por
interacción alguna. Aparece cuando un cuerpo se mueve en una trayectoria curva,
debido a la propiedad que tienen los cuerpos con masa (inercia) de conservar su
estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme (1ª Ley de Newton). Según
esto y siguiendo un ejemplo típico, cuando estamos viajando en un coche y
tomamos una curva, sentimos una fuerza que nos empuja hacia el exterior de la
trayectoria. Si suponemos que el movimiento es circular, como se muestra en la
figura 1, tenemos que en cada punto de la trayectoria las fuerzas sobre el
móvil, en un sistema de referencia fijo a él, (y por lo tanto no inercial), son
dos: la fuerza centrípeta, hacia el centro de la trayectoria, producida por el
rozamiento de las ruedas con el suelo (sobre el coche) y por ende ejercida por
el coche sobre la persona que viaja en él, y la fuerza centrífuga, de igual
módulo y dirección, pero sentido opuesto, que cancela a la primera y hace que
el móvil (y la persona que va dentro de él) esté en reposo según dicho sistema
de referencia. Esta fuerza se llama ficticia y de inercia, ya que no es
producida por ningún agente real o por interacción con otro cuerpo. Es el
resultado de estar observando un fenómeno en un sistema de referencia
acelerado, no inercial.
En un sistema de referencia externo (inercial), la única
fuerza que existe es la fuerza centrípeta, que es la que curva la trayectoria.
Por lo tanto no existe en este caso fuerza centrífuga. Esta fuerza la siente
quien está dentro del coche en trayectoria curva, pero no un observador que
esté fuera. En el sistema de referencia
no inercial, la fuerza centrífuga que siente un objeto de masa m, moviéndose en
una trayectoria circular de radio r y velocidad angular ω
Esta fuerza tendrá que estar compensada por la fuerza
centrípeta, para que en dicho sistema el objeto esté en reposo. En nuestro
caso, la fuerza centrípeta la aportará un hilo de sujeción, que a su vez estará
unido mediante una polea a un muelle, a modo de dinamómetro, con el que
directamente podremos leer dicha fuerza.
Metodología
Figura 1
1. Realizar el montaje mostrado en la figura 1.
"Primeramente se debe fijar el aparato para fuerza centrípeta a la mesa
con la pinza respectiva. La barrera luminosa de horquilla debe ser montada
usando la varilla de soporte y la base de soporte pequeña de tal manera que el
brazo giratorio pueda rotar libremente a través de las dos columnas de la
barrera luminosa; la interrupción de la luz no debe realizarse con la pesa. El
aparato para fuerza centrípeta debe ser conectado a la entrada B, la barrera
luminosa a la unidad Timer en la entrada A del Sensor-CASSY usando un cable de
6 polos. La fuente de alimentación debe ser conectada al motor de accionamiento
del aparato para fuerza centrípeta mediante dos cables. La tensión máxima para
accionar el motor debe ser elegida de tal forma que el rango de medición de la
fuerza no sobrepase los 15 N. "
2. Ajustar la masa de corrección sobre el brazo corto del
aparato de tal forma que para una medición sin masa adicional m
3. Empezar por
pequeñas velocidades angulares ω almacenar en la tabla con la fuerza medida.
4.Después del registro de una serie de medidas repetir la
medición con otras masas m (r = constante) o radios r (m = constante) Cada
serie de medidas confirma facilmente por si
5. Por último realizar medidas que le permitan estudiar la
relación entre F y la masa m en este
caso se debe tener ω y r constantes.
Materiales
● Sensor - Cassy
● Juego de pesas
● Balanza
● Varilla
● Montaje de fuerza centrífuga.
●
La fuerza fue la variable dependiente en todos los casos.
●
La fuerza centrípeta depende de la velocidad, el radio y la
masa.
● Al aumentar o disminuir la masa, el radio o la velocidad
también habrá un incremento o descenso en la fuerza centrípeta del sistema.
http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/rdelgado/docencia/FISICA_ITI/PRACTICAS/Fuerza-Centrip.pdf
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