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1 Elasticidad ( Tema )
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CONSTANTES ELÁSTICAS DE
Elasticidad PPT
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS
Laboratorio de Física II – Experiencia 1
CONSTANTES ELÁSTICAS DE LOS MATERIALES Profesora
Fanny Esmeralda Mori Escobar Integrantes Estudiante
Matías Brañez, Joselyn Belen Mendoza Castro, Diego Leonardo Pariona Silva ,Roly Hasael Peralta Napan, José Jesus Serván Ventura, Dámaris Francis
Código
E.A.P
14070172 Ing. Química
14190274 Ing. de Telecomunicaciones 14190208 Ing. Eléctrica 14190141 Ing. Electrónica Sign up to vote on this title 14190217 Ing. Eléctrica
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I.
1 Elasticidad ( Tema )
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CONSTANTES ELÁSTICAS DE
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OBJETIVO
Observar las propiedades propiedades elásticas de un un resorte resorte en espiral y una reg metálica.
Determinar la constante elástica del resorte en espiral.
Verificar la ley de Hooke. Verificar Verificar el módulo de Young de una barr metálica.
II.
Hallar la fuerza que que se debe hacer sobre un resorte para deformarlo
MATERIALES – EQUIPO
2 Soporte universal.
1 Resorte en espiral de acero.
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1 Regla graduada de 1m de longitud.
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III.
1 Elasticidad ( Tema )
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CONSTANTES ELÁSTICAS DE
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FUNDAMENTO TEÓRICO
CONCEPTOS BÁSICOS 1. Elasticidad
Propiedad que tienen lo
cuerpos de volver a su form
original después de sufr una
deformación
aplicárseles una fuerza.
2. Constante elástica
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Unlock full access with a free trial.
Es cada uno de lo
parámetro
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físicamente medible que caracterizan
comportamien
elástico de un sólido deformable elástico. A veces se usa eltérmin Sign up to vote on this title
Not useful de rigide Useful constante elástica también para referirse a los coeficientes
de una barra o placa elástica.
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CONSTANTES ELÁSTICAS DE
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3. Coeficiente de estabilidad volumétrico
Cifra que expresa la resistencia de un material a los cambios elástico
relación entre la presión que actúa sobre el material y el cambi
fraccional que se produce en su volumen dentro de los límites d elasticidad del material. También llamado módulo volumétrico.
•
Los
sólidos
general,
cristalinos, tienen
en una
característica
fundamental
denominada
“Coeficiente
elástico”, que aparece como Reading a Preview consecuencia deYou're la aplicación Unlock full access with a free trial.
de fuerzas externas de tensión o
With Free Trial compresión, que Download permiten al cuerpo de sección transversal uniform
estirarse o comprimirse.
•
Se dice que un cuerpo experimenta una deformación elástic
Sign up la to vote on this titlela produjo. cuando recupera su forma inicial al cesar fuerza que
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CONSTANTES ELÁSTICAS DE
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Para el caso de un resorte en espiral, este hecho se puede comprobar,
aplicando cargas de masa sucesivas, y de acuerdo a la Ley de Hooke:
Encontraremos su constante elástica “k”, como la pendiente de la gráfica
vs x, donde F es la fuerza aplicada y x el estiramiento del resorte en espir desde su posición de equilibrio.
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UNA VARILLA
En el caso de la flexión de una varilla, esta experimenta un alargamient
por su parte convexa y una contracción por la cóncava. El comportamient Sign up to vote on this title
de la varilla está determinado por el módulo de Young deluseful material de qu Useful Not
está hecha, de modo que el valor de dicho módulo puede determinars
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1 Elasticidad ( Tema )
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CONSTANTES ELÁSTICAS DE
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descenso de dicho punto, llamada flexión (s), que por la ley de Hooke, e proporcional a la fuerza aplicada:
Siendo k, la constante elástica que depende de las dimensione geométricas de la varilla y del módulo de Young (E) del material:
1 4 Siendo:
: La longitud de la varilla : El ancho de la varilla : La altura o espesor de la misma
Si F se mide en N. Y todas las longitudes en mm, entonces el módulo d You're Reading a Preview
Young se expresará en N/mm 2.
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IV.
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CONSTANTES ELÁSTICAS DE
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PROCEDIMIENTO MONTAJE 1 Monte el equipo, como muestra el diseño experimental. 1. Utilice la balanza para determinar los valores de las masas del resorte y del portapesas. m (resorte)
0,0065 kg
m (portapesas)
0,0502 kg
2. Cuelgue al resorte de la varilla y anote la posición de su extremo inferior. Posición 1: 0,63 m
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3. Luego, coloque la portapesas en el extremo inferior del resorte y ano Download With Free Trial
la posición correspondiente. Posición 2: 0,514m
4. Seguidamente, coloque una pesa pequeña (m=0,1 kg) en l portapesas y anote la posición correspondiente. Posición 3: 0.497m
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5. Adicione pesas al portapesas que incrementará el estiramiento d
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Tabla 01
N°
m(kg)
X1( m)
X2(m)
(m)
F(N)
K (N/m)
1
0.01
0.009
0.010
0.0095
0.0978
10.2947
2
0.02
0.017
0.015
0.016
0.1956
12.225
3
0.04
0.03
0.03
0.03
0.3912
13.04
4
0.06
0.044
0.044
0.044
0.5868
13.331
5
0.11
0.077
0.079
0.078
1.0758
13.792
6
0.16
0.111
0.113
0.112
1.5648
13.971
7
0.26
0.18
0.18
0.18
2.5421
14.126
7. Grafique en papel milimetrado la magnitud de la fuerza F vs X
aplicando el método de mínimos cuadrados encuentre el valor de l pendiente la cual corresponde a alaPreview constante elástica del resorte. You're Reading Unlock full access with a free trial.
F Vs X
3
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F u e
2.5 2
r z a (
1.5 1 0.5
F
)
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0.05
0.1
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Elongacion Media ( )
Not useful 0.15
0.2
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CONSTANTES ELÁSTICAS DE
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Usando el método de los mínimos cuadrados, se obtiene: xi2
xi 0.0095 0.016 0.03 0.044 0.078 0.112
yi 0.0978 0.1956 0.3912 0.5868 1.0758 1.5648
xi yi 0.0009291 0.0031296 0.011736 0.0258192 0.0839124
0.00009025 0.000256 0.0009 0.001936 0.006084
0.1752576
0.012544
0.18
2.5421
0.457578
0.0324
0.4695
6.4541
0.7583619
0.05421025
(∑ ) ∑ ∑ ( )( ) (∑ ) (∑ ) ( ) 6 0.7583619 (0.4695)(6.4541) 6(0.05421025) (0.4695) 14.49 / You're Reading a Preview
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MONTAJE 2 Monte el equipo, como muestra el diseño experimental. 1. Mida
las
dimensiones
geométricas de la regla metálica: Longitud (L)
62.75 cm
Ancho (a)
2.426 cm
Espesor (b)
0.09 cm
2. Coloque la regla metálica en posición horizontal apoyándola de
modo
que You're las Reading marcasa Preview
full access with free trial. grabadas cerca deUnlock los extremos deaesta descansen sobre las cuchilla
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3. Determinar la posición inicial del centro de la varilla, con respecto a escala vertical graduada. Posición Inicial: 74,5 cm Sign up to vote on this title
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4. Vaya cargando gradualmente la varilla, por su centro, y midiendo la
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6. Con los resultados obtenidos, calcule el valor promedio de los pare de s’ y s’’ para cada carga. Anote en la Tabla 2.
Tabla 02
N°
Carga m(kg)
S1(mm)
S2(mm)
(mm)
1
0,0756
2,5
2,5
2,5
2
0,1756
4
3,5
3,75
3
0,2756
5,5
6,5
6
4
0,3756
8
7,5
7,75
5
0,4756
9,5
4
9,25
6
0,5756
12
11
11,5
7
0,6756
13
13
13
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EVALUACIÓN 1. Hallar el Error porcentual (E%), considerando como valor teórico
valor de la constante elástica hallada por el método de mínimo cuadrados. Porcentaje de error:
×100 % ó ó Constante elástica (K):
Valor Teórico: 14.49
Valor Experimental: 12.9685
Entonces tenemos como error porcentual: You're Reading a Preview % 14.4912.9685 14.49 ×100
Unlock full access with a free trial.
%10.5003Download With Free Trial
2. Determinar el Keq para resortes colocados en serie y paralelo respec a una masa.
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Sistema en Serie
Observando el primer sistema de resortes mostrado,
característica básica de este sistema de resortes es que
realizando un diagrama de cuerpo libre para cada uno de lo
resortes se deduce que, la fuerza aplicada a cada uno de lo
resortes es igual. Esta es la característica fundamental de lo resortes que actúan en serie.
Suponiendo que la fuerza común, aplicada a todos y cada un
de los resultados, está dada por F, la deformación de cada un de los resortes está dada por:
... You're Reading a Preview
Unlock full access with a free trial.
Download With Free Trial
A partir de las ecuaciones anteriores tomaremos la deformaci del sistema de resortes como:
= = = = 1 + 2 + ⋯+
1 (11 + 21 +⋯+ Useful ) Not useful
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CONSTANTES ELÁSTICAS DE
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Particularmente, para dos resortes en serie, se tendría:
1.2 1+2
Sistema en paralelo
Ahora se observa el sistema de resortes mostrado al lad
derecho de la figura, la característica de este sistema d resortes
en paralelo es que todos ellos sufren la mism
deformación por igual. Esta es la característica fundamental d
los resortes que actúan en “paralelo”. Para recalcar este hech
a la placa que permite deformar todos los resortes se le h
colocado unas guías que le impiden rotar y que aseguran qu You're Reading a Preview
la deformación defulltodos losaresortes Unlock access with free trial. es igual.
SuponiendoDownload que la fuerza común, aplicada a todos y cada un With Free Trial
de los resultados, está dada por F, la deformación de cada un de los resortes está dada por:
. . ... . Sign up to vote on this title
A partir de las ecuaciones anteriores se tiene que la fuerza tot
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F, ejercida por el sistema de resortes está dada por:
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+ + ⋯ +
3. Analice la razón existente de la diferencia de la constante elástica d dos diferentes resortes en espiral.
Depende principalmente de la naturaleza cristalina o molecular de
material de las cuales depende su módulo de Young y su coeficient de Poisson que determinan su resistencia a la deformación y debilitamiento del material al ser alargado.
Respecto al módulo de Young también dependerán de la longitud, e ancho y el espesor de la sección del resorte.
4. Analizar y verificar la diferencia existente entre un muelle tipo espiral You're Reading a Preview
un muelle tipo laminar deaccess banda. Unlockofull with a free trial. Download With Free Trial
RESORTE ESPIRAL
Es un resorte de torsió
que requiere muy poc espacio axial. Sign up to vote on this title
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Es
formado por una lámin
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RESORTE DE LÁMINAS
Este tipo de resorte s
conoce con el nombr de
ballesta.
Es
formado por una ser
de láminas de acer
de sección rectangula
de diferente longitu
las cuales trabajan a flexión; la lámina de mayor longitud s denomina lámina maestra.
Las láminas que forman la ballesta pueden ser planas o curvada You're Reading a Preview
Unlock full access with a free trial. en forma parabólica, y están unidas entre sí por el centro a travé
With de un tornillo oDownload por medio deFree unaTrial abrazadera sujeta por tornillos
Las ballestas se utilizan como resortes de suspensión en lo
vehículos, realizando la unión entre el chasis y los ejes de la
ruedas. Su finalidad es amortiguar los choques debidos a la irregularidades de la carretera. norma Sign La up to vote on thisrecomienda title
representación de la derecha.
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hechas ya que concuerdan con los estándares de lo que se deseab obtener.
6. ¿Por qué el esfuerzo a la tracción es positivo y el esfuerzo a l compresión es negativo?
Debemos tener presente en primer lugar que el esfuerzo es la fuerz You're Reading a Preview
full access with a free trial. que actúa sobre Unlock un cuerpo y que tiende a estirarla (tracción), e
Download With Free Trial esfuerzo que tiende a aplastarla (compresión), esfuerzo que tiende
doblarla (flexión), o el esfuerzo que tiende a retorcerla (torsión).
Entonces podemos analizar el esfuerzo (f) mediante la ley de Hook para un muelle o resorte, donde Sign up to vote on this title
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7. Analice las fuerzas de cohesión y fuerzas de adherencia. De ejemplo
Las fuerzas de cohesión
Son fuerzas intramoleculares dentro del mismo cuerpo. Esta
fuerzas corresponden a un grupo de fuerzas intermoleculares d
atracción, llamadas de Van der Waals, que son las responsable
de los estados de agregación líquido y sólido de las sustancias n iónicas o metálicas.
Pero además de éstas también intervienen fuerzas de contacto
fuerzas capilares, fuerzas de amortiguamiento histérico y viscoso
fuerza elástica de la micro viga. Una de las consecuencias de la
fuerzas de cohesión es la tensión superficial que se produce en lo
líquidos como consecuencia de la asimétrica distribució You're Reading a Preview
molecular en laUnlock superficie ya que esas moléculas, las full accessde withestos, a free trial.
la superficie, son atraídas sólo hacia abajo y hacia los lados, per Download With Free Trial no hacia arriba.
Las fuerzas de adhesión Se deben principalmente a la dipolaridad de algunos líquidos, Sign up to vote on this title
Not usefulpor ejemplo Useful que provoca las interacciones entre cargas positivas,
de las moléculas de agua y la negativa de los átomos de oxígen
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de contacto con sus recipientes. Cuando las fuerzas d
adherencias son mayores que las de cohesión el menisco e
cóncavo (agua y vidrio). Cuando vencen las fuerzas de cohesió el menisco es convexo (mercurio y vidrio). Otro ejemplo sería tomando en cuenta un sistema de muelle
resorte con una determinada masa o una fuerza, en el proceso d
tracción el cuerpo en este caso el muelle tiende a retornar a s
estado de equilibrio e igualmente cuando es en el proceso d compresión
8. Determine para la regla metálica el valor del módulo de Young (E) e N/m2.
You're Reading a Preview
Tenemos que despejar la siguiente relación: Unlock full access with a free trial. Download With Free Trial
41 . . 1 4 . .
Experimentalmente, se tiene:
62,75 0,6275 2,426 0 0243
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2,6954 N
0,006 m
1,566.1012
3,6734 N
0,00775 m
1,385.1012
4,6514 N
0,00925 m
1,753.1012
5,6294 N
0,0115 m
1,707.1012
6,6074 N
0,013 m
1,772.1012
̅ 1,579.10/ 9. ¿Cuánto es la energía elástica acumulada en esta barra en la máx deformación? Tomamos formula You're de energía elástica: Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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Si se sabe que:
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Si la máxima deformación es: 0,013 m
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1 Elasticidad ( Tema )
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CONSTANTES ELÁSTICAS DE
Elasticidad PPT
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unitario x de un material elástico es directamente proporcional a l fuerza aplicada F.
La elasticidad es la propiedad física en la que los objetos con capace
de cambiar de forma cuando actúa una fuerza de deformación sobr un objeto.
El objeto tiene la capacidad de regresar a su forma original cuand cesa la deformación.
El limite elástico es el límite es el esfuerzo máximo que un cuerp puede resistir sin perder sus propiedades elásticas
Terminada la segunda experiencia, hallamos el valor del módulo
Young y comparamos con la tabla de módulos de Young (teórico) d
diferentes elementos, concluimos que el valor del material de práctic You're Reading a Preview
en la tabla de módulos Young, aproxima al valor demostrado e Unlock de full access with se a free trial. práctica.
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VII.
1 Elasticidad ( Tema )
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CONSTANTES ELÁSTICAS DE
Elasticidad PPT
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SUGERENCIAS – RECOMENDACIONES
En el caso de la primera experiencia es condición indispensable trata
de medir exactamente los diferentes valores de deformación d
resorte, para que al momento de hallar la constante de elasticidad “k
no varíe mucho.
En la segunda experiencia es indispensable montar bien lo instrumentos, tomar correctamente los datos, aplicar correctamente
fórmula y para realizar una correcta interpretación de resultado
debemos consultar una tabla que contenga los valores del módulo d
Young, para diferenciar entre el valor teórico y práctico del módulo d Young del material con el que hemos trabajado. You're Reading a Preview
VIII.
BIBLIOGRAFÍA
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BECKWITH, THOMAS G. MARANGONI, ROY D. LINHARD V. JOHN H
2006. Mechanical measurements. Ed. Prentice Hall. Sexta edición. ISBN 0201847655. Sign up to vote on this title
useful Useful Not FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS UNMSM (2013). Laboratorio de
Física III: Electricidad y magnetismo Guía de laboratorio de Física III.
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