Máquina De Atwood

INTRODUCCIÓN

El propósito general de esta actividad de laboratorio es estudiar la relación entre fuerza, masa y aceleración aplicando las leyes de Newton y utilizando para ello una máquina de Atwood. Una máquina de Atwood es un aparato que fue inventado por George Atwood, matemático inglés, consiste en dos masas unidas por una cuerda no flexible que pasa a través de una polea sin masa ni fricción.

El concepto de fuerza es fundamental en el estudio de la física. La aceleración de un objeto depende de la fuerza neta que se le aplique, y de su masa. En una máquina de Atwood, la diferencia d peso que hay entre los dos cuerpos que cuelgan determina la acción de la fuerza neta en el sistema de ambas masas. Esta fuerza neta acelera ambas masas colgantes; la masa más pesada se acelera hacia abajo y la más liviana se acelera hacia arriba.

En la práctica realizaremos pruebas utilizando tres masas diferentes de manera que haya siempre una mayor y tomaremos nota de su aceleración para su posterior análisis.

1. OBJETIVOS

1.1 GENERAL

• Estudiar la relación entre fuerza, masa y aceleración utilizando una máquina de Atwood aplicando las leyes de Newton.

1.2 ESPECIFICOS

• Realizar el montaje de la máquina de Atwood.

• Realizar la conexión de la polea inteligente al computador para registrar los movimientos.

• Ejecutar tres prácticas con tres masas diferentes para su posterior análisis

• Calcular los valores correspondientes a aceleración, tensión y fuerzas netas de los cuerpos teniendo en cuenta los errores absolutos y relativos

• Aplicar las leyes de Newton al experimento.

• Analizar las causas que contribuyen a la incertidumbre y al error durante el desarrollo del experimento.

2. METODOLOGIA

Para cumplir con el objetivo planteado en nuestra cuarta práctica de análisis dinámico de la maquina Atwood utilizaremos los siguientes elementos en el laboratorio:

Equipo

Interfaz Science Workshop 750

Hilo

2 porta pesas

Juego de pesas de 1, 2, 5 y 10g

Balanza

Regla

Pinza de mesa y nuez

Varilla de acero de 50 cm

Sensor polea inteligente con varilla de conexión

Además, para su estudio, nuestros cálculos considerarán las siguientes suposiciones:

 La aceleración en caída libre g es constante durante el movimiento y está dirigida verticalmente hacia abajo.

 T es la tensión en la cuerda, m1 la masa más pesada y m2 la masa más liviana. Asumiremos que ni la polea ni la cuerda tienen masa, y que la cuerda no se estira, además que no existe fricción en el sistema.

 La masa del porta pesos se tendrá en cuenta cuando hablemos de la masa m1 o la masa de m2.

Una vez identificados los elementos con los cuales realizaremos el laboratorio, se procede con el montaje de acuerdo a lo explicado en la guía.

Polea inteligente Nuez

Porta pesas 1

Porta pesas 2

Prensa

Figura1. Esquema del montaje de la maquina Atwood

Iniciamos fijando la prensa manual al escritorio en el cual se realizará la práctica. Del otro lado de la prensa fijamos una varilla de 50 cm la cual nos determina la altura de la polea, posteriormente instalamos una nuez a la cual se fija la polea con la varilla ya instalada. Luego se toma la medida del hilo teniendo en cuenta que, cuando haga el recorrido la que baja no vaya golpear el piso. A este hilo van a sujetarse en sus extremos cada una de las porta pesas.

Los porta pesas deben ser pesados para encontrar un equilibrio entre ellos y conocer las incertidumbre de esta medida.

Figura 2. Detalles del montaje.

La longitud del hilo debe permitir que ambas masas recorran toda la distancia entre la polea y el suelo (evitando que se choque contra él).

Figura3. Medición del hilo.

Después de haber realizado el procedimiento anterior, se procede a conectar la polea inteligente a la interfaz activando únicamente las medidas de velocidad Vs tiempo en el data estudio; a continuación se toma la medida de la diferencia de las alturas de los porta pesas.

El paso a seguir es establecer que el sensor se detenga automáticamente cuando la posición sea mayor que la distancia recorrida por los porta pesas menos a 5cm, con esto evitar que el sensor registre el momento del choque del porta pesas 2 con la polea inteligente.

Figura 4. Verificación de interfaz

Hecho esto, procedemos a colocarle pesos a las porta pesas e iniciamos colocando peso iguales de 5 g a lado y lado de los porta pesas para conocer su equilibrio, de ser necesario buscamos la forma de igualarlos con pesos diminutos como papelitos.

Figura 5. Equilibrio de los porta pesas

Luego al porta pesas 1 le instalamos 2g más para hacer nuestro primer ensayo y registrar los resultados con las gráficas correspondientes del mismo. El porta pesas realizará su recorrido desde la parte superior (al lado de la polea). Se sostiene el porta pesas 1, se hace clic sobre el botón Inicio y para empezar el registro de datos. El sensor debe detener automáticamente el registro de los datos antes de que ascienda totalmente.

En el ensayo incluímos los valores de las masas suspendidas en ambos porta pesas incluida la masa del mismo porta pesas.

Figura 6. Ensayos de aceleración con masas diferentes

A continuación,

Repetimos el ensayo 2 veces más agregando 2g cada vez, es decir con 9g y con 11g, realizando los registros correspondientes

3. RESULTADOS

En el diagrama de cuerpo libre de la máquina de Atwood, T es la tensión en la cuerda, m1 la masa más pesada y m2 la masa más liviana, g es la aceleración debida a la gravedad. Asumiendo que

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