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martes, 7 de noviembre de 2017

M14S3 Actividad Integradora: Leyes de Newton

Actividad Integradora: Leyes de Newton
Alumno: Elber González López
Facilitador: Anselmo Salom Ramos L. 

Reporte de práctica: Tercera ley de Newton 
Grupo: M14C4G7-081 Modulo 14 semana 3


¿Qué hacer?

1. Selecciona una de las tres leyes de Newton que revisaste en el tema 3 “Leyes”, de la unidad.
Si lo consideras necesario, puedes revisar los videos que se encuentran en las siguientes direcciones, para complementar el contenido que se presentan como parte del tema “Leyes”.
2. Investiga sobre el tema y selecciona un experimento en el que pongas en práctica la ley que elegiste.
3. Realiza una planeación de cómo realizarás el experimento, para ello toma en cuenta los elementos que deberás integrar en tu reporte de práctica:
Recuerda que un reporte de práctica tiene el propósito de dejar constancia escrita del trabajo experimental, debe quedar claro lo que se hizo, cómo se hizo y qué resultado se obtuvo, de tal manera que otra persona que desee o necesite experimentar, entienda los resultados y pueda reproducir y/o modificar el experimento.
4. Realiza el experimento.
5. Elabora el reporte, considerando los siguientes elementos:
a) Una cuartilla. Portada:
• Título (anota el título de la actividad)
• Reporte de Práctica de la Ley (anota la ley que seleccionaste)
• Nombre del estudiante
• Fecha y módulo que cursas
b) Dos cuartillas. Introducción y sustento teórico:
• Sintetiza el tema de las Leyes de Newton y describe específicamente la ley que seleccionaste.
• Explica brevemente, a manera de objetivo, lo que demostrarás con el experimento, es decir, de qué forma éste comprueba la ley que elegiste.
• Tomando la teoría sobre la ley que seleccionaste, resume las ideas principales de la misma y relaciónalas con tu experimento.
c) Una cuartilla. Descripción de materiales:
• Menciona e inserta la fotografía de cada uno de los materiales que utilizaste para tu experimento.
d) De dos a tres cuartillas. Procedimiento:
• Describe de forma secuencial (en orden, paso a paso) el experimento que realizaste e inserta las imágenes que lo representan.
• Al final de tu tabla, escribe las medidas de seguridad que acataste al realizar tu experimento. En caso de que no hayas aplicado medidas de seguridad, anótalo y explica ¿por qué?
e) Una cuartilla. Resultados:
• Explica los resultados obtenidos del experimento.
• De acuerdo con los datos que obtengas, integra el procedimiento necesario, de acuerdo con la ley que seleccionaste.
f) Una cuartilla. Conclusiones:
• Analiza los resultados y explica de qué forma se comprobó la ley que seleccionaste. En caso de que no se haya comprobado, menciona los elementos que consideras afectaron.
• Relaciona el análisis de los resultados y fundamenta tus hallazgos con la información que integraste en el sustento teórico.
• Explica qué relación tiene la ley que trabajaste en el experimento con la vida cotidiana.
g) Una cuartilla. Bibliografía y referencias:
• Incluye los libros, revistas o páginas WEB de las que retomaste información para la elaboración de tu experimento y reporte de práctica.
h) Da formato a tu reporte de práctica, considera las siguientes características:
1 Margen: normal
2 Orientación: vertical
3 Fuente para texto: Arial de 12 puntos.
4 Fuente para títulos: Arial de 16 puntos y negrita.
5 Interlineado: 1.5
6 Texto justificado
7 Títulos centrados
6. Una vez que concluyas el documento, sube tu archivo a la plataforma con el siguiente nombre:
Apellidos_Nombre_M14S3_LeyesdeNewton


Introducción
Isaac Newton (1642 – 1727), uno de los más grandes científicos que ha dado la humanidad. En 1687, publicó el libro científico más famoso que existe que se le conoce con el nombre de Principia, en el primer libro postula sus tres leyes del movimiento. A continuación trataremos a grandes rasgos las leyes de este afamado físico inglés, para de esta manera poner al observador en posición de sacar sus propias notas y finalizar concluyendo si es que son correctos estos axiomas que han sido la base fundamental de la mecánica clásica y que han permitido a los científicos y matemáticos hacer observaciones en todos los rubros que atañen a estas consignas. Las tres leyes de Newton, que también son conocidas como leyes del movimiento de Newton, son tres sencillos principios a través de los cuales este matemático explico la dinámica del movimiento de los cuerpos.
La primera ley de Newton dice: “Todo objeto continúa en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta, a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas que actúan sobre él”. En esta expresión tanto la fuerza como la aceleración llevan dirección y sentido.
La segunda ley de Newton complementa la primera: “La fuerza neta que actúa sobre un objeto, es proporcional a la aceleración que adquiera al moverse y a la masa de dicho objeto” ; es decir que la fuerza necesaria para mover un objeto es proporcional a la aceleración por la masa del objeto (F=m*a), por lo que se debe considerar la velocidad a la que se quiere mover un objeto, así como su masa, para saber con qué fuerza se tiene que hacer; o de manera inversa para saber la fuerza aplicada, es necesario saber la aceleración de un cuerpo así como su masa.
La tercera ley de Newton: “Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y en dirección opuesta sobre el primero”

Es decir, que toda fuerza, a la que denominaremos acción aplicada sobre un cuerpo, que afecte a otro tendrá una reacción de igual magnitud, pero en sentido contrario, esto se podría ejemplificar con el hecho de caminar, mientras lo hacemos empujamos el suelo hacia abajo, mientras el suelo nos empuja hacia arriba con la misma fuerza que nosotros ejercemos, la cual sería nuestro peso; en este sencillo ejemplo la reacción a nuestro peso es la resistencia del suelo.
Por lo que de igual manera procederemos a realizar las pruebas o ensayos que nos permitan llegar a una comparación y conclusión para de esta manera afirmar la susodicha tercera ley de Newton.
Objetivos
Comprobar la 3ª Ley de Newton con un experimento sencillo. Seleccionar algún experimento adecuado para la demostración propuesta (en base a los siguientes criterios: materiales económicos, fáciles de conseguir, que no sea peligroso, que cumpla con la 3ª Ley de Newton y que sea atractivo). Finalmente encontrar las condiciones óptimas para realizarlo.
Teoría
Para este experimento he seleccionado la tercera ley de Newton, o la ley de acción y reacción; que se enuncia de la siguiente manera:
“A toda fuerza de acción corresponde una fuerza de reacción de la misma magnitud y dirección, pero de sentido contrario”.
Es decir que al actuar un objeto A, sobre un objeto B, el objeto B devolverá al primero la misma fuerza.
Esta ley es la única que es de total autoría de Isaac Newton; en ella se explica la interacción de dos cuerpos, ya que la acción o fuerza de un cuerpo, no puede hacerse visible si no hay otro que la provoque. Este principio lo podemos ver en la vida cotidiana de muchas maneras sencillas y comunes, al colocar algún objeto sobre una mesa, al caminar, al hacer botar una pelota; así también la podemos ver en cosas más complicadas y no tan ordinarias para nuestros ojos, como lo es el despeje de un transbordador espacial, o en el lanzamiento de un misil; al disparar un arma, en accidentes automovilísticos que impliquen algún caso como será nuestra pequeña simulación de un choque.
La interacción que existe entre dos cuerpos se puede traducir como fuerza entre uno y otro; y al ejercerse las fuerzas en dos cuerpos distintos, o de manera más explícita y sencilla, se puede decir que cada cuerpo cuenta con una fuerza propia y es por eso que estas no se anulan, pues no es un solo cuerpo el que ejerce o recibe una fuerza.
Dentro de esta ley se explica como una acción (fuerza) provoca una reacción (fuerza) de igual magnitud pero en sentido contrario y en ella podemos ver reflejada la visión que tenia Newton de una naturaleza equilibrada, donde cada objeto cuenta con una fuerza proporcional a su masa. Esta fuerza con la que cuenta cada objeto, se usa en pro de la mecánica del movimiento; como ya se ha mencionado antes un cuerpo al contar con una fuerza, hace posible que cohetes espaciales logren despegar, pues mientras los gases de un combustible son expulsados, estos ejercen una fuerza contra el suelo o una base, y esta a su vez devuelve la fuerza de manera ascendente, haciendo que el cohete despegue y alcance el vuelo. Esta mecánica, no es exclusiva de un cohete, o de medios de transporte; lo que contiene el enunciado de esta ley lo podemos ver en el mundo que nos rodea y en los fenómenos más sencillos de la vida.
Con el siguiente experimento, que se llevara a cabo, se intenta explicar lo enunciado en la tercera ley de Newton; se probara como un objeto reacciona a la acción de otro, hablando en términos de fuerza. 
Aplicaciones de la tercera ley de Newton

Algunos ejemplos donde actúan las fuerzas acción – reacción son los siguientes:
·     Si una persona empuja a otra de peso similar, las dos se mueven con la misma velocidad pero en sentido contrario.
·         Constantemente los carpinteros se encuentran ante un claro ejemplo de esta tercera ley de Newton, cuando martillan un clavo. Mientras que éste último se introduce cada vez más en la madera cuando se lo martilla, el martillo hace un movimiento hacia atrás, lo que se identifica como la reacción de su propio golpe.
·         El tendedero donde se cuelga la ropa es otro ejemplo de la tercera ley de Newton. Mientras la ropa hace fuerza para abajo, la soga, como reacción, hace fuerza hacia arriba. Así se consigue que la ropa no entre en contacto con el suelo.
·         Remar en un bote también significa poner en práctica la tercera ley de Newton y esto sucede porque mientras que nosotros desplazamos el agua hacia atrás con el remo, esta reacciona empujando a la embarcación en su sentido opuesto.
·         Una caminata también puede ser una forma de poner en práctica la tercera ley de Newton. Y esto ocurre cuando caminamos, por ejemplo, en la playa: mientras que con nuestros pies ejercemos fuerza hacia adelante con cada paso, empujamos la arena hacia atrás.
·         Un cohete también logra ponerse en funcionamiento gracias a la tercera ley de Newton ya que el mismo se desplaza gracias al efecto de la pólvora quemada, que sale en sentido opuesto.
Material y/o equipo:

1 Cinta Métrica
 1Libro 563 gr.    Objeto B                                                
 1Carrito de juguete de 33 gr.   Objeto A         



Procedimiento
Importante: Para este experimento no se necesita tomar ninguna medida de seguridad especial, ya que el realizarlo, no implica ningún riesgo o peligro, pues solo  es una simulación a escala.
 Primero coloque la cinta métrica extendida sobre el piso, con la numeración con sentido de arriba, asegurando la cinta para que no se mueva o se retraiga, el objetivo es tener fija la numeración para así poder tener el registro de lo provocado por las fuerzas de los objetos implicados al momento del experimento.



Al inicio de la cinta métrica (entiéndase en el centímetro 1) se colocara el carrito de juguete, como se puede observar en la fotografía, el carro de juguete llega hasta los 10 cm, este punto será el de partida.


Del lado opuesto coloque el libro, como se puede ver en la foto el punto de impacto va a ser de 61 cm que es lo que marca nuestra cinta, así que buscaremos que el carrito de juguete haga un recorrido total de 51 cm.


Empujamos nuestro carro de juguete, de una manera fuerte, ya que de esta manera lograremos que se impacte contra el libro que se encuentra del lado opuesto ( a 51 cm del origen en que será arrojado el carrito).




En esta foto se puede observar como nuestro auto a miniatura se acerca rápidamente al objeto contrario e inmóvil, aunque como podemos ver el objeto, es de mucho mayor peso, por lo que se prevé la inminente colisión y la observación de la tercera ley de Newton.




Tras impactar nuestro carro a escala contra el libro, el carrito retrocede 6.3 cm sin haber movido en lo absoluto nuestro libro; por lo que se puede comprobar que tras el impacto se le regresa el total de su peso, pero de forma contraria a su trayectoria.

Resultados

Después de haber impactado el carro  a escala con el libro este retrocedió, ya que el carrito al ser menor su masa con respecto al libro por lo que de este experimento obtengo como resultado que el libro no altera su estado de reposo más sin embargo devuelve una fuerza con la que el carrito de juguete fue impactado con la misma magnitud, llevándolo a retroceder y detenerse tras unos cuantos centímetros (6.3 cm). 

Por lo que se comprueba la ecuación de esta ley:

F_(A,B)=
-F_(B,A)

En donde el objeto A (carrito) ejerce una fuerza contra el objeto B (libro) y donde el objeto B ejerce la misma fuerza pero en sentido contrario sobre el objeto A.
Lo que quiere decir que nuestro objeto B devuelve la fuerza con que es impactado y que en este caso por ser este objeto de una masa mayor, resulta inamovible ante el objeto A, el cual sigue en movimiento, pero en dirección contraria por la fuerza que el objeto B ejerció sobre él.
Si nuestro carrito tuviese una aceleración de 51cm/s, utilizando la ecuación de la segunda ley de Newton que es F=m*a, y considerando la masa del carrito que es de 33 gr, tendríamos que:
F=.033 kg* .51m/s2 = 0.1683 N   Esta fuerza seria con la que nuestro libro es impactado y la misma con la que reacciona sobre nuestro carrito.

¿Qué puntos son importantes para esta ley?   Depende de la relación entre sus masas, la fricción y el comportamiento del sistema.
·         Fuerza
·         Interacción
·         Aceleración
·         Sistema
·         Fricción
·         Masa

Conclusiones
La tercera ley introduce una de las características fundamentales del concepto de  fuerza y es el concepto de interacción entre los cuerpos. Las fuerzas siempre están referidas a dos cuerpos A y B, cada uno de los cuales ejerce una fuerza sobre el otro de igual magnitud y sentido contrario.
Tras este sencillo experimento, se ha podido comprobar que todos los objetos cuentan con una fuerza y que esta se manifiesta solo cuando hay interacción entre dos objetos o más.
Con esto se puede concluir que la tercera ley de Newton o ley de acción y reacción, se cumple de manera puntual, pues tras el experimento donde se utilizaron dos cuerpos con masas diferentes, con el fin de hacer más visibles los efectos de las fuerzas de ambos, así como los sentidos de ellas, se pudo observar como el objeto A que contaba con una fuerza en un sentido, al impactar con el objeto B, recibió la misma fuerza pero en sentido contrario haciéndolo regresar; con esto se comprueba que la reacción al impacto es en sentido contrario y con la misma fuerza con la que cuenta nuestro objeto A, que en este caso y dentro de la ley de Newton, sería la acción que desencadena la reacción ya mencionada.
Los pasos del método científico que seguí, para realizar el experimento fueron primeramente hacer uso de la metodología de experimentación en campo controlado, que nos ayudo a describir las acciones a realizar para cumplir con el objetivo (o objetivos), indicar qué se piensa realizar, cómo se va a realizar y requerimientos para lograrlo; además repasar los recursos que recomienda la plataforma, empezó por la observación de los fenómenos acontecidos diariamente para realizar las preguntas pertinentes dentro del tema de la ley escogida, analice los fenómenos observados, buscando la relación con la tercera ley de Newton; establecí las hipótesis, poniendo así los parámetros que debía cumplir el experimento así como sus resultados en base a lo observado, cubrí todos los puntos que se requieren para dejar constancia, tanto en fotografía como escrita de este trabajo experimental, para así dejar claro lo que realice y el resultado que se
obtuvo, de tal manera que otra persona que desee experimentar, entienda los objetivos y resultados y pueda reproducirlos o modificarlos en su propio experimento.

Referencias:
Todos los recursos a continuación mencionados, fueron retomados entre los días 14 y 19 de Agosto del 2017:
Módulo 14. UNIVERSO NATURAL UNIDAD II. UNIVERSO SEMANA 3
https://www.youtube.com/watch?v=SbrKChPlPKA
https://www.youtube.com/watch?v=_X-BTbwj3xU
https://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton
https://bibliotecadeinvestigaciones.wordpress.com/fisica-2/las-leyes-de-newton/
http://www.todosimple.com/5/16/experimentos-sencillos-de-las-leyes-de-newton
experimentoscaserosparaninos.blogspot.com/
http://swift.sonoma.edu/education/newton/nlawpost310SpPt.pdf 

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