laboratorio de fisica_1
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Laboratorio 1_Fisica UNADTRANSCRIPT
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FSICA GENERAL
INFORME DE LABORATORIOS
JOSE ALEJANDRO BERTEL Cd. 98653966
e-mail: [email protected]
Tutor virtual: Claudia Patricia Castro
e-mail: [email protected]
GRUPO: 100413_174
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD
ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, INGENIERIA INDUSTRIAL
FISICA GENERAL 100413
MAYO 2011
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EXPERIENCIA #1
DETERMINACION CINEMATICA DE LA ALTURA DE UN EDIFICIO (CAIDA LIBRE)
INTRODUCCIN
La descripcin matemtica del movimiento constituye el objeto de una parte de la
fsica denominada cinemtica. Tal descripcin se apoya en la definicin de una
serie de magnitudes que son caractersticas de cada movimiento o de cada tipo de
movimientos. Los movimientos ms sencillos son los rectilneos y dentro de stos
los uniformes. Los movimientos circulares son los ms simples de los de
trayectoria curva. Unos y otros han sido estudiados desde la antigedad ayudando
al hombre a forjarse una imagen o representacin del mundo fsico.
Se dice que un cuerpo se mueve cuando cambia su posicin respecto de la de
otros supuestos fijos, o que se toman como referencia. El movimiento es, por
tanto, cambio de posicin con el tiempo.
Lo que se aprecia en esta experiencia es un movimiento con aceleracin
constante provocada por un campo gravitatorio (el terrestre), ha este movimiento
lo llamamos cada libre.
El movimiento del cuerpo en cada libre es vertical con velocidad creciente
(aproximadamente movimiento uniformemente acelerado con aceleracin g)
(aproximadamente porque la aceleracin aumenta cuando el objeto disminuye en
altura, en la mayora de los casos la variacin es despreciable).
En la cada libre propiamente dicha o ideal, se desprecia la resistencia
aerodinmica que presenta el aire al movimiento del cuerpo, analizando lo que
pasara en el vaco. En esas condiciones, la aceleracin que adquirira el cuerpo
sera debida exclusivamente a la gravedad, siendo independiente de su masa; por
ejemplo, si dejramos caer una bala de can y una pluma en el vaco, ambos
adquiriran la misma aceleracin, , que es la aceleracin de la gravedad.
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El cuerpo que se utiliza en la experiencia es una esfera maciza, ya que el lugar no
se encuentra en el vaco, se hace necesario utilizar un cuerpo que haga
despreciable la resistencia aerodinmica para determinar la altura partiendo de la
aceleracin de la gravedad y el tiempo que tarda en caer el cuerpo.
Conociendo estos datos y como se va a dejar caer libremente, sin velocidad inicial,
entonces se tienen datos suficientes para hallar la altura de la que cay el cuerpo
con la frmula de cada libre y se podr comparar con la altura
real para verificar si la frmula es vlida
MATERIALES Y EQUIPOS
- Cronometro de celular - Bolas de acero - Calculadora cientfica - Papel peridico.
MARCO TERICO
CINEMATICA: La Cinemtica es la rama de la mecnica clsica que estudia las
leyes del movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las causas que lo
producen, limitndose, esencialmente, al estudio de la trayectoria en funcin del
tiempo.
CAIDA LIBRE: En fsica, se denomina cada libre al movimiento de un cuerpo bajo
la accin exclusiva de un campo gravitatorio. Esta definicin formal excluye a
todas las cadas reales influenciadas en mayor o menor medida por la resistencia
aerodinmica del aire, as como a cualquier otra que tenga lugar en el seno de un
fluido; sin embargo es frecuente tambin referirse coloquialmente a stas como
cadas libres, aunque los efectos de la viscosidad del medio no sean por lo general
despreciables
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DETERMINADIN CINEMATICA DE LA ALTURA DE UN EDIFICIO: Cuando un
cuerpo es soltado a determinada altura su velocidad aumenta de forma
proporcional al valor de la gravedad y cuando se lanza un con una Velocidad
inicial cero la distancia recorrida es directamente proporcional al cuadrado del
tiempo.
TOMA DE DATOS Se mide el tiempo dejando caer 4 veces los balines o bolas de acero.
INTERPRETACION DE LA INFORMACION
Utilizando la ecuacin:
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La altura real es 14.5 metros y la medida terica es de 10.87m, hay una diferencia
aproximada de 3.6 metros esto debido a la imprecisin en la medida del tiempo y a
la resistencia ejercida por el aire, ya que era difcil tomar una medida exacta por la
ubicacin del observador (persona que ley el tiempo). Esto se puede observar en
los datos que hay del tiempo, son algo dispersos.
FUENTES DE ERROR
La principal fuente de error es como medir el tiempo, hay mucha
imprecisin por parte humana, la ubicacin del observador.
La resistencia del aire.
CONCLUSIONES
La distancia que se recorre en un segundo cambia, a medida que pasa el
tiempo es mayor por accin de la aceleracin ejercida por el centro de la
tierra (gravedad terrestre).
Entre ms alto sea el edificio mayor error porque el aire afecta con mayor
intensidad.
SUGERENCIAS
Dar una explicacin ms profunda de donde sale la ecuacin
Explicar cmo calcular la influencia del aire.
Sensor para una medida ms precisa del tiempo.
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CIBERGRAFIA
Modulo fsica general de la Universidad Nacional Abierta y a distancia
UNAD.
Pginas web:
http://www.lawebdefisica.com/quees/entro.php
http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/dinamica/dinamica1.htm
Imgenes:
http://www.google.com.co/imgres?q=balin+de+acero&um=1&hl=es&tbm=isch&tbni
d=C155M3M3gxyDRM:&imgrefurl=http://wn.com/miboro007&docid=UMcJgDrNBltk
0M&imgurl=http://i.ytimg.com/vi/Kj7NiWLMiX4/0.jpg&w=480&h=360&ei=csGtTsnd
HsXMtge2oK33Dg&zoom=1&iact=hc&vpx=347&vpy=372&dur=1177&hovh=194&h
ovw=259&tx=96&ty=81&sig=112839572470537654619&page=3&tbnh=161&tbnw=
215&start=35&ndsp=12&ved=1t:429,r:9,s:35&biw=1118&bih=752
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EXPERIENCIA #2
MOVIMIENTO PARABOLICO
INTRODUCCION
Puede ocurrir que un cuerpo est sometido, simultneamente, a dos movimientos.
Un movimiento de avance horizontal y un lanzamiento vertical hacia arriba que por
efecto de la gravedad es de cada libre, cuando esto ocurre, nos encontramos con
un movimiento parablico.
En la prctica nos podemos encontrar con este tipo de movimiento, por ejemplo
cuando un motociclista salta una rampa a toda velocidad para superar unos
obstculos, la flecha disparada por un arco, el lanzamiento de la jabalina o cuando
un futbolista patea una pelota hacia adelante, la trayectoria que sigue la pelota es
una parbola
La ecuacin del movimiento parablico es la resultante del movimiento en el eje x,
movimiento rectilneo uniforme y el movimiento en el eje y,
movimiento de cada libre (dibujado en un plano cartesiano),
En esta experiencia se comprobara esta ecuacin con el movimiento parablico
descrito por un baln de futbol de saln lanzado a una altura de 1 metro y
alcanzando una distancia recorrida horizontalmente de 3 metros.
MATERIALES Y EQUIPOS.
Un baln de futbol sala
Flexmetro
Cronometro
Lpiz
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Cuaderno
Cmara fotogrfica
MARCO TEORICO
MOVIMIENTO PARABOLICO: El movimiento parablico completo se puede
considerar como la composicin de un avance horizontal rectilneo uniforme y un
lanzamiento vertical hacia arriba, que es un movimiento rectilneo uniformemente
acelerado hacia abajo (MRUA) por la accin de la gravedad.
En condiciones ideales de resistencia al avance nulo y campo gravitatorio
uniforme, lo anterior implica que:
1. Un cuerpo que se deja caer libremente y otro que es lanzado
horizontalmente desde la misma altura tardan lo mismo en llegar al suelo.
2. La independencia de la masa en la cada libre y el lanzamiento vertical es
igual de vlida en los movimientos parablicos.
3. Un cuerpo lanzado verticalmente hacia arriba y otro parablicamente
completo que alcance la misma altura tarda lo mismo en caer.
4. Se denomina movimiento parablico al realizado por un objeto cuya
trayectoria describe una parbola.
MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME: Un movimiento es rectilneo cuando el
mvil describe una trayectoria recta, y es uniforme cuando su velocidad es
constante en el tiempo, dado que su aceleracin es nula. Nos referimos a l
mediante el acrnimo MRU.
El MRU (movimiento rectilneo uniforme) se caracteriza por:
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Movimiento que se realiza sobre una lnea recta.
Velocidad constante; implica magnitud y direccin constantes.
La magnitud de la velocidad recibe el nombre de aceleracin o rapidez.
Aceleracin nula.
MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME ACELERADO: El movimiento rectilneo
uniformemente acelerado (MRUA), tambin conocido como movimiento rectilneo
uniformemente variado (MRUV), es aquel en el que un mvil se desplaza sobre
una trayectoria recta estando sometido a una aceleracin constante.
Un ejemplo de este tipo de movimiento es el de cada libre vertical, en el cual la
aceleracin interviniente, y considerada constante, es la que corresponde a la
gravedad.
Tambin puede definirse el movimiento como el que realiza una partcula que
partiendo del reposo es acelerada por una fuerza constante.
CAIDA LIBRE: En fsica, se denomina cada libre al movimiento de un cuerpo bajo
la accin exclusiva de un campo gravitatorio
El concepto es aplicable tambin a objetos en movimiento vertical ascendente
sometidos a la accin desaceleradora de la gravedad, como un disparo vertical; o
a satlites no propulsados en rbita alrededor de la Tierra, como la propia Luna
TOMA DE DATOS
Altura mxima alcanzada por el baln = 1 metro.
Distancia recorrida por el baln en el eje horizontal = 3 metros.
Tiempo tomado en realizar el movimiento parablico. Se toman varias
mediciones para incrementar la confiabilidad de la medicin.
1.30s 1.75s 1.40s 1.44s 1.35s
Tiempo promedio = 1.45 segundos.
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INTERPRETACION DE LA INFORMACION
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Con la informacin recopilada, descomponemos el movimiento parablico, en el
movimiento que se hace en el eje x y el hecho en el eje y que es el movimiento de
cada libre.
Tenemos entonces que la ecuacin del desplazamiento en el eje x es , no
conocemos la velocidad, luego procedemos a hallarla.
El baln desde el lugar que se le dio la patada hasta dnde cae recorri 3 metros
en la horizontal y lo hizo en promedio en 1,45 segundos, entonces ;
Luego la velocidad promedio del baln en el eje x es de .
-
Hemos medido la altura mxima alcanzada por el baln en el eje y de 1 metro y
sabemos por observacin y teora que a esta altura la velocidad es cero gracias al
movimiento uniforme acelerado causado por la gravedad y adicionalmente,
cuando llega a cero la velocidad, el tiempo en ese instante es la mitad del tiempo
total. Conociendo estos datos ahora podemos proceder a aplicar la frmula del eje
( )
( )
Ahora conocemos tanto la velocidad promedio en x, como la velocidad inicial en el
eje y del baln.
Pero el recorrido descrito por el baln no es en solo uno de estos ejes, sino que es
la combinacin de los dos movimientos, segn lo observado, por tanto la ecuacin
de este movimiento es la resultante de la combinacin de las ecuaciones
anteriores. As:
-
.
Reemplazaremos la ecuacin para comprobar si se cumple con los datos reales
recopilados. Lo haremos en el punto donde el baln alcanza la mxima altura, ya
que all conocemos tambin a x, donde es la mitad del recorrido total en eje
horizontal.
.
1m
Hemos comprobado que el movimiento parablico es la combinacin del
movimiento en las componentes x,y. Por tanto este movimiento es bidimensional.
FUENTES DE ERROR
Error aleatorio:
Provocado por error humano a la hora de medir el tiempo, se pierde
precisin en el momento de reaccin, por tanto el tiempo de medicin
flucta bastante.
Falta de precisin en el patada al baln, al lanzar el baln con el pie en
ocasiones no se es preciso para alcanzar el metro de altura y los tres
metros de distancia que se colocaron como estndar en nuestra
experiencia.
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CONCLUSIONES
El movimiento parablico, es la combinacin del movimiento en el eje x,
desplazamiento vertical y el movimiento en el eje y, desplazamiento de
cada libre.
En el eje Y el baln parte con una velocidad diferente de cero y sube, pero
la fuerza de la gravedad lo va frenando, hasta que llega un punto en el cual
comienza a bajar, y su velocidad cambia de direccin, retornando de nuevo
al suelo. Esto no ocurre en el movimiento en el eje X, en el cual el objeto
siempre se aleja del origen.
En principio la velocidad est disminuyendo, hasta que llega un punto en el
cual la velocidad es cero, este punto es precisamente el punto en el cual el
baln alcanza la altura mxima y a partir de all la velocidad se vuelve
negativa, es decir que hay un cambio en la direccin de la velocidad.
SUGERENCIAS
Se mejorara la precisin en la medida utilizando un sensor que anulara el
error humano en la medicin del tiempo.
Mucha practica del pateador para ser preciso con el movimiento.
CIBERGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portada
http://fcabaleiro.gotdns.com/fisicagravitatoria/xhtml/contenidos/bloque1/tema4/tema4index
.html
http://movimientoparabolicocaro.blogspot.com/
http://www.dav.sceu.frba.utn.edu.ar/homovidens/Rinke/Proyectofinalcursomatematicadigit
al/Objetivos.htm
http://gsaint42.wikispaces.com/Movimiento+Parab%C3%B3lico
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EXPERIENCIA #3
DETERMINACION DE LA GRAVEDAD
INTRODUCION
La fsica es la ciencia de la medida. Esta es una buena definicin a no ser porque
en ella se engloban la mayora de las actividades humanas que tienen un
trasfondo materia. La nica forma que tenemos los humanos de estudiar cualquier
objeto o fenmeno es comparando datos que nosotros o mquinas son capaces
de tomar, y que por cierto, slo nosotros somos capaces de interpretar.
La fsica estudia los sistemas, su estructura y las interacciones que se dan entre
los mismos. Es una ciencia pretenciosa, (otros dirn pendenciera), est buscando
llegar a los ltimos rincones de la materia, intentando encontrar sentido y
explicacin a la constitucin de la misma. Una multitud de nuevos seres pueblan
el alma de esta, gluones, quarks, neutrinos, etc, hacen al ser humano soar con
poder comprender la esencia de su propia constitucin. Tambin se atreve a
considerar al universo como un nico elemento que se comporta de manera dcil
ante las leyes de la fsica, y lo peor an proclama que puede dar una explicacin
al origen del propio universo y explicar por qu es como es. Lo curioso es que los
extremos se tocan, comprender la constitucin de la materia en sus ms ntimos
entresijos implica poder comprender el origen y como empezar sino por lo bsico,
el presente documento tiene como finalidad explicar con base a datos obtenidos
en un laboratorio como se determina la gravedad mediante un pndulo simple y
como se determina la altura de un edificio con la ayuda de la cinemtica. Se utiliza
el siguiente mtodo para ordenar la informacin: toma de datos el cual muestra los
valores con los que se trabajan y se despejan las ecuaciones, los equipos
utilizados, un referente terico que explica el fenmeno y ubica la temtica.
Interpretacin de la informacin en la cual se lleva a cabo despejando las
ecuaciones para determinar la gravedad y hallar la altura de un edificio, fuentes de
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errores, conclusiones sacadas en base al experimento y las pertinentes
sugerencias para que el laboratorio se haga mejor.
MATERIALES Y EQUIPOS:
- Cronometro de celular
- Pndulo de madera
- Metro
- Calculadora cientfica.
MARCO TERICO
DETERMINACIN DE LA GRAVEDAD: Con base al pndulo que representa un movimiento armnico simple el cual describe un movimiento peridico en vaivn, en el que un cuerpo oscila de un lado al otro de su posicin de equilibrio y en intervalos iguales de tiempo, obtenemos la ecuacin de su periodo representada
T=2
la cual despejada nos permite hallar a gravedad.
PENDULO: Un pndulo simple se define como una partcula de masa m suspendida del punto O por un hilo inextensible de longitud l y de masa despreciable. Si la partcula se desplaza a una posicin q0 (ngulo que hace el hilo con la vertical) y luego se suelta, el pndulo comienza a oscilar.
GRAVEDAD: La gravedad es una propiedad fundamental de la materia que produce una recproca atraccin entre los cuerpos. Es una de las fuerzas fundamentales de naturaleza; si bien es la ms dbil con respecto a las otras fuerzas que tienen la superioridad sobre las partculas elementales de la materia, considerada en escalas csmicas es la que hace sentir mayormente sus efecto determinando el movimiento de los planetas, de las estrellas, de las galaxias y de toda la materia en el Universo.
TOMA DE DATOS
Se mide el hilo que sostiene a la masa del pndulo.
L=34 cm=0.34m.
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Se toma tres medidas de 10 oscilaciones del pndulo para hallar un periodo
promedio ms preciso y cercano al real.
Datos despus de 10 oscilaciones.
11,20s 11s 11,29s
Luego el periodo promedio es T =
INTERPRETACION DE LA INFORMACION
FUENTES DE ERROR
- Olvidar utilizar el sistema internacional MKS.
- Equivocarse en la medicin tanto con el metro la longitud o el periodo.
- Hacer buen uso de los decimales.
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CONCLUSIONES
- La ecuacin es vlida en ngulos pequeos aproximadamente 13
- Para distintas distancias del centro de la tierra la gravedad va hacer
diferente.
- Los valores a pesar de que son diferentes son muy aproximados a 9.8 m/
- Aplicando esta frmula y utilizando el pndulo podemos hallar la gravedad
en el lugar que nos encontremos.
SUGERENCIAS
- Dar una explicacin ms profunda de donde sale la ecuacin
- Utilizar un sensor para ser ms precisos con la medida del periodo.
CIBERGRAFIA
http://usuarios.multimania.es/pefeco/pendulo5/pend5.htm
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/pendulo/pendulo.htm
http://www.astromia.com/glosario/gravedad.htm
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EXPERIENCIA #2
FUERZA GRAVITACIONAL
INTRODUCCIN
Isaac Newton dedujo empricamente por medio de la observacin que la fuerza
con que se atraen dos cuerpos de diferente masa nicamente depende del valor
de sus masas y de la distancia que los separa. Tambin se observa que dicha
fuerza acta de tal forma que es como si toda la masa de cada uno de los cuerpos
estuviese concentrada nicamente en su centro, es decir, es como si dichos
objetos fuesen nicamente un punto, lo cual permite reducir enormemente la
complejidad de las interacciones entre cuerpos complejos.
Por medio de sus observaciones, Newton establece que la fuerza que ejerce una
partcula puntual con masa m1 sobre otra con masa m2 es directamente
proporcional al producto de las masas, e inversamente proporcional al cuadrado
de la distancia que las separa, as:
Donde G, es la constante gravitacional, esta constante fue determinada mucho
tiempo despus del descubrimiento de Newton, por Henry Cavendish.
Lo que se desea con la experiencia, es determinar por medio de la prctica y la
observacin si la ley de la gravitacin universal descubierta por Newton es en
prctica como en teora igual, partiendo de la masa de la tierra y una masa
pequea sobre la tierra como masas particulares y considerando la distancia que
hay entre ambas masas el radio del centro de la tierra a la superficie donde se
encuentra la masa menor.
Con la fuerza gravitacional se analiza, adems la relacin del peso y la fuerza
gravitacional ejercida por un cuerpo muy grande sobre una masa pequea.
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MATERIALES Y EQUIPOS.
Una masa de 500 gramos
Un dinammetro
Lpiz
Cuaderno
MARCO TEORICO
FUERZA GRAVITACIONAL: La fuerza gravitatoria o gravitacin es la interaccin
que experimentan dos objetos con masa. Se trata de una de las cuatro fuerzas
fundamentales observadas hasta el momento en la naturaleza. El efecto de la
fuerza de gravedad sobre un cuerpo suele asociarse en lenguaje cotidiano al
concepto de peso, y es por eso que siempre se ha enseado que la fuerza de
gravedad atrae hacia el centro de la Tierra. Sus efectos son siempre atractivos
MASA: La masa, en fsica, es la cantidad de materia de un cuerpo. La masa
depende del nmero y del tipo de tomos que lo componen: es una propiedad
intrnseca del cuerpo.
DINAMOMETRO: Se denomina dinammetro a un instrumento utilizado para
medir fuerzas o para pesar objetos. El dinammetro tradicional, inventado por
Isaac Newton, basa su funcionamiento en la elongacin de un resorte que sigue la
ley de Hooke en el rango de medicin. Al igual que una bscula con muelle
elstico, es una balanza de resorte
CONSTANTE GRAVITACIONAL: La constante de la gravitacin que aparece en
la teora newtoniana de la gravitacin puede calcularse midiendo la fuerza de
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atraccin entre dos objetos de un kilogramo cada uno separados por un metro de
distancia.
PESO: el peso es la fuerza con la cual un cuerpo acta sobre un punto de apoyo,
originado por la aceleracin de la gravedad, cuando esta acta sobre la masa del
cuerpo.
TOMA DE DATOS
La medicin fue hecha con un dinammetro, en el se coloca una masa de 500
gramos y obtenemos que el peso de la masa de 500 gramos es 5 Newton
aproximadamente.
INTERPRETACION DE LA INFORMACION
El peso en la tierra de una masa de 5 gramos es de 5 Newton, de acuerdo a la
medida tomada con el dinammetro. Procedemos entonces a encontrar el peso
por medio de la ley gravitacional universal hallada por Newton.
Donde:
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G=
, constante gravitacional.
Mt=m1=masa de la tierra=
m2=masa pequea=500gramos=0.5kg.
d=r=radio de la tierra=6375km.
Se conoce que la distancia que hay entre dos cuerpos se mide desde el centro de
cada una de las masas, luego la distancia entre la tierra y el cuerpo pequeo es el
radio de la tierra.
Con estos datos, procedemos a reemplazar en la formula de la ley gravitacional.
(
)
Conocemos adems la frmula del peso de un cuerpo: P=m*g, la aplicamos
tomando como masa la del cuerpo pequeo
-
Podemos observar que hay una relacin entre el peso de un cuerpo sobre la tierra,
la fuerza gravitacional en la tierra y que coinciden con el peso de la masa pequea
medida con el dinammetro.
FUENTES DE ERROR
Error aleatorio o estadstico, producido por la falta de resolucin del dinammetro,
donde el instrumento tuviera una mejor resolucin no se hubieran ledo 5 Newton
en la medida sino quiz 4.9 acercndose o siendo igual al resultado terico.
CONCLUSIONES
- De acuerdo a la experiencia se puede determinar que realmente la fuerza
gravitacional universal es: , ya que se obtuvieron datos
aproximadamente iguales entre la medida que arrojo el dinammetro y la
terica.
- El peso de un cuerpo en la tierra es la fuerza de atraccin que esta ejerce
sobre los cuerpos que se encuentran cerca a su superficie o sobre ella,
como la tierra es un cuerpo muchsimo ms grande que los cuerpos que se
encuentran sobre ella, esta ejerce una aceleracin atrayente sobre estos
cuerpos de , luego aqu est la relacin entre la fuerza gravitacional
y el peso, ya que la fuerza gravitacional es el resultado de la fuerza de
atraccin entre dos cuerpos. Encontramos entonces que el peso de un
cuerpo sobre la tierra es igual a la fuerza gravitacional ejercida entre la
tierra y el mismo. Con la experiencia pudimos concluir y comprobar que
estos es cierto.
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SUGERENCIAS
- Se mejorara la precisin en la medida utilizando un dinammetro con mejor
resolucin para masas pequeas.
CIBERGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portada
http://aarrietaj.wordpress.com/2011/09/29/ley-de-gravitacion-universal/
http://www.educared.org/wikiEducared/Fuerza_y_movimiento.html