Máquina de Atwood: segunda ley de Newton para cuerpos conectados
1 · Predecir
Dos masas desiguales cuelgan de una polea. A medida que el sistema funciona, ¿su aceleración se acelera, se desacelera o se mantiene constante?
- La aceleración aumenta con el tiempo.
- La aceleración se mantiene constante
- La aceleración disminuye con el tiempo.
2 · Configurar
- Abra la simulación de la máquina Atwood y presione Restablecer.
- Habilite la sonda de velocidad en la masa más pesada.
- Para cada prueba a continuación, presione Reproducir, pause la simulación en el tiempo transcurrido indicado y registre la lectura de velocidad de la sonda.
3 · Recopilar datos
| Masa pesada m₂ (kg) | Masa ligera m₁ (kg) | Tiempo transcurrido t (s) | aceleración prevista a (m/s²) | Fuerza neta sobre masa pesada F (N) | Velocidad medida v (m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 5.00 | 3.00 | 0.40 | |||
| 5.00 | 3.00 | 0.80 | |||
| 5.00 | 3.00 | 1.20 |
Grafique la velocidad medida v (eje y) frente al tiempo transcurrido t (eje x). La pendiente de su línea de mejor ajuste es la aceleración del sistema.
4 · Analizar
- Muestre su trabajo calculando la aceleración prevista a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) para el sistema y compárela con la pendiente de su gráfica v–t.
- ¿Qué tan cerca coincide la velocidad medida en cada momento con la velocidad prevista v = at? ¿Es la relación lineal? Cite números de su tabla.
5 · Ampliar
- La fórmula a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) supone una polea sin masa y sin fricción y una cuerda inextensible. ¿Cuál de estas idealizaciones afectaría más sus resultados medidos y por qué?
- Prediga qué pasaría con la aceleración del sistema si las dos masas fueran iguales (m₁ = m₂). Explique su razonamiento usando la fórmula.
La física detrás de este experimento
Aceleración de la máquina de Atwood
Al aplicar la segunda ley de Newton a ambas masas colgantes se obtiene una única aceleración del sistema, que depende de la diferencia de masas, no de las masas individualmente.
Segunda ley de Newton
La fuerza neta sobre la masa más pesada es igual a su masa multiplicada por la aceleración compartida del sistema, la misma aceleración que predijo anteriormente.
Mecánica
- Movimiento de proyectiles y energía cinética
- Bola en una rampa: energía en una pendiente sin fricción
- Bloque en una rampa de fricción: encontrar el umbral de fricción estática
- Velocidad terminal: caída por arrastre
- Laboratorio de fuerza: segunda ley de Newton
- Fuerzas opuestas: segunda ley y momento de Newton
- Pelota que rebota: pérdida de energía en el impacto
- Colisiones elásticas y conservación del momento
- Colisión inelástica y conservación del momento
- La cuna de Newton: transferencia de momento y energía
- Péndulo sencillo
- Masa sobre un resorte: movimiento armónico simple