ITM
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Mesa de Fuerzas Superposición de fuerzas Laboratorio No 2
ITM, Institución universitaria
1. OBJETIVO Determinar teórica y experimentalmente experimentalmente la magnitud y dirección de una fuerza desconocida que es capaz de equilibrar un anillo liviano que se encuentra bajo la acción de otras dos fuerzas de magnitudes y direcciones conocidas.
2. TEORÍA La fuerza es una magnitud física de carácter vectorial capaz de deformar los cuerpos (efecto estático), modificar su velocidad o vencer su inercia y ponerlos en movimiento si estaban inmóviles (efecto dinámico). En este sentido la fuerza fuerza puede puede defini definirse rse como como toda toda acción acción o influe influenci nciaa capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuer cuerpo po (imp (impri rimi mién éndo dole le una una aceleración que modifica el módulo o la dirección de su velocidad) velocidad) o bien de deformarlo. deformarlo.
reso resolv lver er un prob proble lema ma de adic adició ión n de vect vector ores es utilizando los teoremas del coseno y seno para hallar la magn magnit itud ud de la resu result ltan ante te y su dire direcc cció ión n resp respec ecti tiva vame ment ntee o medi median ante te el méto método do de las las componentes rectangulares. Estos métodos han sido discutidos previamente en clase y por esta razón se le sugiere hacer un repaso antes de arribar al laboratorio. En este sentido se le sugiere realizar el siguiente ejercicio: El anillo que se muestra en la figura 1, está en equilibrio bajo la acción de tres fuerzas: T 1 , T 2 y
Cuanto todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo se anulan entre sí, se dice que este está en equilibrio de traslación. Esto es:
T 3
. Si el
ángulo ángulo que forman forman T 1 y T 2 es 53°, 53°, Determ Determine ine la magnitud y dirección de
T 3
. Resuelva el problema por
dos métodos diferentes.
∑ F ix = 0 i= F = 0 iy ∑ i= 3
3
∑ F = 0 i
i =1
o´
1
3
1
A esta esta condic condición ión tambié también n se le conoce conoce como como primer primeraa condición de equilibrio. Las cantidades de naturaleza escalar tales como el tiempo tiempo,, masa, masa, densid densidad ad o volume volumen, n, quedan quedan bien bien definidas mediante un número con sus respectivas unidades. No obstante, las cantidades de naturaleza vectorial como la velocidad, aceleración o la fuerza, para definirlas completamente es necesario asignarle asignarless una magnitud magnitud y una dirección. dirección. Dado el carácter vectorial de las fuerzas, la regla para sumar las cantidades vectoriales, no corresponde a la misma que que se sigu siguee para para suma sumarr cant cantid idad ades es esca escala lare res. s. Gráficamente los métodos más utilizados para sumar vectores son el método del triángulo y el método del paralelogramo. En tanto que analíticamente analíticamente podemos
Figura 1
3. MATERIALES 1. 2. 3. 4.
Sistema de de Me Mesa de de Fu Fuerzas Arandelas Gancho pe pesas livianas Balanza
4 MONTAJE PROCEDIMIENTO
EXPERIMENTAL
Y
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4.2. SEGUNDA PARTE El montaje experimental con el cual se realizará la práctica, la cual consta de dos partes, se muestra en la figura 2.
4.1 PRIMERA PARTE
Tome pesos F1 = 50gf y F2= 30gf de tal manera que las fuerzas F1 y F2 formen un ángulo de π /2. Determine experimentalmente la magnitud y dirección de la fuerza
Con base en el montaje de figura 2, desplace la polea 1 hasta un cierto ángulo θ 1 (0 < θ 1 < π /2) y coloque una masa m1 (m1<100g ). Determine el peso y registre este valor en la tabla 1.
F3
que garantiza el equilibrio de anillo.
Haga un cálculo teórico de
F3
y determine el error que
se comete. En caso de que exista una disparidad entre los resultados explique la razón por la cual surge. En todos los procesos de cálculo tenga especial cuidado de reportar el error respectivo
FUENTES DE ERROR - Enuncie cuales son las causas de error más fundamentales en las actividades anteriores. Para esta actividad exprese el error del resultado final de la siguiente forma:
%error
Fig. 2 Sistema Mesa de Fuerza
medidas experimentalmente
1
2
PESO (gf)
DIRECCIÓN
F1= F2= F3= F1=50 F2= 30 F3=
θ θ θ θ θ θ
Fix
Fiy
= 2= 3= 1= 2= 3= 1
Desplace la polea 2 un ángulo θ 2 (π /2 < θ 2 < π ) y coloque una masa m2 (m2<150g ). Determine el peso y registre este valor en la tabla 1. Finalmente, desplace la polea 3 hasta un ángulo θ 3(π < θ 3 < 2 π ) y varíe la masa que se coloca en el porta-pesas hasta que el anillo quede estático y concéntrico con el anillo que pasa por el centro de la mesa. Determine el peso y registre este valor en la tabla 1. Con los valores obtenidos determine las componentes rectangulares de cada una de las tres fuerzas y calcule la suma de las respectivas componentes, es decir: 3
3
F x = ∑ F ix y F y = ∑ F iy i =1
F e (exp)
− F e ( teo )
F e ( teo )
100
×
De la misma forma para el ángulo, pero discuta si se hace en grados o en radianes.
Tabla 1: Tabla de todos los valores de las magnitudes CASO
=
i =1
¿El resultado que obtuvo era el de esperase? Explique su respuesta.
¿Cómo cree usted que se podría disminuir dichos errores en esta medición? CONCLUSIONES •
Se explican los resultados y se hace un breve análisis de los mismos.
•
Se hacen sugerencias y recomendaciones al revisor o a las personas que deseen repetir el experimento.
•
Se discute la validez de los modelos.
PARÁMETROS INFORME
PARA
ELABORACIÓN
DEL
Al finalizar la práctica, el estudiante deberá hacer entrega de un preinforme. Los preinformes e informes deben presentarse de forma similar a un protocolo de ensayos. Por lo cual, es necesario que presenten las siguientes partes:
Partes del preinforme 1.
Encabezado (Titulo de la práctica)
2.
Nombre de los integrantes del grupo
3.
Tablas de recolección de datos (diligenciadas)
4. Cualquier otro dato experimental debe ser reportado
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Partes del informe 1.
Encabezado (Titulo de la práctica)
2.
Nombre de los integrantes del grupo
3.
Fundamento teórico
4.
Montaje experimental
5.
Procedimiento
6.
Análisis de resultados
7.
Conclusiones
8.
Referencias
REFERENCIAS Las referencias siguen un esquema general como el que se muestra a continuación: [1] Serway, Raymond A. y Jewett, John W. Física para ciencias e ingeniería. Vol. 1. Sexta edición. Ed. Thomson. México. 2005. [2] Feynman, Richard P. Lectures on Physics. Vol. 1. Ed. Addison Wesley. 1971. [3] Tipler, Paul A. y Mosca, Gene. Física para la ciencia y la tecnología. Vol. 1. Quinta edición. Ed. Reverté. 2005. [4] Resnick, R., Halliday, D. y Krane, K. Física. Vol. 1. Compañía editorial continental. 2002. [5] Alonso, M. y Finn, E. Física: Mecánica. Vol. 1. Fondo educativo interamericano, S. A. 1976. [6] http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza [7]http://www.slideshare.net/ritayantonio/fuerzaconceptos-fsicos
