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Ciencias Básicas Aplicadas
PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 01 ESTÁTICA. PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO. 1. OBJ OBJETIV ETIVO OS 1) Comprobar Comprobar experimen experimentalme talmente nte la primera condici condición ón de equilibrio, equilibrio, para fuerzas fuerzas coplanares concurrentes. !) "erifi "erificar car los result resultado adoss obteni obtenidos dos experi experimen mental talmen mente te contr contrast astarl arlos os con con los procedimientos teóricos dados en clase establecer las diferencias de forma porcentual. #) $eterminar $eterminar relacion relaciones es matem%ticas matem%ticas entre entre las &ariables &ariables f'sicas que inter&ien inter&iene e en el experimento.
2. MATER ATERIA IALE LES S -
Computadora personal con pro(rama PASCO Capsto!TM instalado nterface "#0 $%&!'sa( It!')a*! *ensor de fuerza +!) Pesa de ,- +-) "arillas +-) /ases soporte +!) uez doble +0) Cuerda Transportador Re(la Calculadora.+alumno)
+. ,UND ,UNDAM AMENT ENTO O TEÓR TEÓRIC ICO O +.1 ,$!'-as. l concepto de fuerza se relaciona frecuentemente con esfuerzo muscular, empu2e, tracción, etc. Para mo&er una mesa debemos empu2arla 3aciendo un esfuerzo muscular, aplicado a un punto de la mesa. 4dem%s la mesa la empu2amos en determinado sentido. Recordemos que las ma(nitudes que se definen con módulo, dirección sentido se llaman &ectoriales las ma(nitudes que se definen con su n5mero su unidad se llaman escalares. 6tras fuerzas que podemos mencionar son7 tensión, fuerza de rozamiento, peso normal. 8as fuerzas que son e2ercidas mediante cuerda se les denomina tensiones. 4 la fuerza que e2erce la Tierra sobre los ob2etos sobre su superficie +por la atracción (ra&itacional) se le denomina peso est% &erticalmente diri(ida 3acia aba2o tiene un módulo / , siendo la masa de cuerpo el módulo de la aceleración de la (ra&edad .
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+.1.1. M!%*%3 ! (a )$!'-a. 9:u; 3ar'a usted si le solicitaran su colaboración para mo&er un equipo pesado de un ni&el de instalación industrial a otro< *e(uramente iniciar'a su in&esti(ación pre(unt%ndose7 9Cu%n pesado es< 4dem%s obser&ar% el lu(ar donde se encuentra el equipo donde debe quedar instalado. 8ue(o propondr% al(unas soluciones de cómo con que 3acerlo. 4qu' estudiaremos un sistema a escala dise=ados se tendr% una masa suspendida sostenida por dos cuerdas formando un %n(ulo, estas cuerdas son conectadas a un sensor de fuerza. Para esto debemos tener claro el concepto de fuerza, unidades representación (r%fica de un &ector. Para lo(rar el equilibrio de fuerzas de traslación se debe cumplir la primera condición de equilibrio, como &eremos m%s adelante.
+.1.2. D%a'aa ! C$!'po L%4'! D.C.L. >acer un $.C.8. de un cuerpo es representar (r%ficamente las fuerzas que act5an sobre ;l. Procedemos de la si(uiente manera7 1. *e a'sla el cuerpo de todo sistema. !. *e representa al peso del cuerpo mediante un &ector diri(ido siempre 3acia el centro de la Tierra +5). #. *i existiese superficies en contacto, se representa la reacción mediante un &ector perpendicular a dic3as superficies empu2ando siempre al cuerpo +N o R ). 0. *i 3ubiesen cables o cuerdas, se representa la tensión mediante un &ector que est% siempre 2alando al cuerpo, pre&io corte ima(inario +T). -. *i existiesen barras comprimidas, se representa a la compresión mediante un &ector que est% siempre empu2ando al cuerpo, pre&io corte ima(inario +C). ?. *i 3ubiese rozamiento se representa a la fuerza de roce mediante un &ector tan(ente a las superficies en contacto oponi;ndose al mo&imiento o posible mo&imiento.
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+.2 L!6!s ! N!5to. Primera 8e de e@ton. P'%*%p%o 2! %!'*%a e@ton en su primera le explica que un cuerpo en equilibrio se(uir% en equilibrio 3asta que al(una fuerza inter&en(a.
7S% $ *$!'po !st8 ! '!poso9 p!'0a!*!'8 ! '!poso: s% !st8 ! 0o&%0%!to s!1$%'8 t'as(a282os! ! (;!a '!*ta 6 a &!(o*%2a2 *ostat!9 sa(&o s% %t!'&%!! a(1$a )$!'-a !
7A to2a a**%3 s! (! opo! $a '!a**%3 2! %1$a( 0a1%t$2 p!'o ! s!t%2o *ot'a'%o= +.2.1. P'%!'a *o%*%3 ! !>$%(%4'%o. $iremos que un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación cuando la resultante de las fuerzas que lo afectan es cero.
F R
=
�F 0
Cuerpo en equilibrio F! F# F1
?1@
=
Pol'(ono &ectorial cerrado
F0
+.2.2. T!o'!a ! La6 *i un cuerpo est% en equilibrio debido a la acción de tres fuerzas, ;stas deber%n ser7 1. Coplanares concurrentes !. Ana de ellas ser% i(ual pero opuesta a la resultante de las otras dos. #. l módulo de cada fuerza ser% directamente proporcional con el seno del %n(ulo que se opone a su correspondiente dirección.
F 3
F 2
F 1
F 1 sen
=
F 2 sen
=
F 3 sen
?2@
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. PROCEDIMIENTO .1 V!'%)%*a*%3 !( s!so' ! )$!'-a ?%a3!t'o@. nsamblar todas las piezas como se &e en la fi(ura 1.
Nuez doble
Grapa
Pesas
Varilla
Base
,%$'a 1. Primer monta2e para la &erificación del dinamómetro.
n(rese al pro(rama P4*C6 CapstoneTB , al in(resar al sistema lo recibir% la &entana de bien&enida si(uiente
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,%$'a 2. "entana de bien&enida de P4*C6 Capstone TB.
>a(a clic sobre el 'cono CREAR EPERIMENTO se(uidamente reconocer% los sensores de fuerza pre&iamente insertados a la interface "#0 U%&!'sa(
It!')a*!.
>a(a clic en el icono CON,IURACION seleccione *a4%a' s%o a una frecuencia de - >z . 8ue(o presione el icono del SENSOR DE ,UERA 1 lue(o seleccione $'%*o cambie a ! cifras despu;s de la coma decimal. *e(uidamente arrastre el icono MEDIDOR DIITAL sobre cada uno de los dinamómetros. Asted &era aparecer una &entana como la si(uiente
,%$'a +. "entana de se=al di(ital.
4l 3acerle doble clic sobre el icono del sensor de fuerza seleccionar el icono NUMFRICO usted podr% a(re(ar la cantidad de cifras despu;s del punto decimal. Traba2e con ! cifras. *e(5n información proporcionada por el fabricante la m'nima lectura que proporciona el equipo es de .# la m%xima - . Ana &ez colocado de esta manera sin nin(una fuerza adicional apriete el botón !'o colocado sobre el mismo sensor. 43ora determine el peso de una pesa, lue(o de dos, tres cuatro pesas respecti&amente. 4notando la lectura del dinamómetro en la tabla 1.
TABLA 1 Cat%a ! p!sas Masa P!so ?N@/ L!*t$'a P
P
1
2
+
#
6bser&ación7 Podemos tomar a P como el error instrumental del equipo que es la m'nima lectura que efect5a entre !. *e(5n información proporcionada por el fabricante laminita lectura del sensor fuerza es de ,# . l &alor de (D.E1ms !.
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.2 A**%3 6 '!a**%3. >a(a clic sobre el icono CON,IURACIÓN, seleccione la opción *a4%a' s%o que tiene para el s!so' ! )$!'-a 1 la opción o *a4%a' s% para(no el s!so' ! )$!'-a 2, ambos a - >z. 4mbos deben tener ! d'(itos despu;s de la coma decimal. 4rrastre el icono RÁ,ICO sobre el s!so' ! )$!'-a 1. Asted &er% aparecer la &entana de un (r%fico de fuerza en función del tiempo. 8ue(o arrastre el icono RA,ICO 1 sobre el s!so' ! )$!'-a 2. 4s' quedar% un (r%fico con dos e2es G coordenados de fuerza +para cada sensor) que comparten el e2e +tiempo). *e(uidamente mientras usted tira de los sensores de fuerza como se muestra en la fi(ura 0, otro compa=ero (rabar% los datos obtenidos.
,%$'a . *e(undo monta2e.
8os cuales deben quedar similares a los obtenidos en la fi(ura -, obser&e que se encuentras los datos de ambos dinamómetros.
,%$'a #. Resultado del se(undo monta2e.
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.+ Pa'a(!(o'ao ! )$!'-as *o*$''!t!s. nsamble las piezas como se muestra en la fi(ura ?, de tal manera que obten(a ,1 ,E ,2 ,E , de las se=ales di(itales de los dinamómetros.
,%$'a H. Tercer monta2e.
stableciendo una escala a las fuerzas, dibu2e un paralelo(ramo midiendo el &alor de la dia(onal +,R ). 4note los &alores medidos en la tabla !.
TABLA 2. F1 (N)
0,8_
1,_
1,!_
F" (N)
0,8_
1,_
0,#_
F$ (N) P (N) 1
(°)
2
(°)
% error
Para el c%lculo de error porcentual se utilizar% E (%)
=
Vbibliografico
-
V experimental
V bibliografico
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P6R7
*C484 FC>4
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*C484
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FR
FC>4
nsamble las piezas tal como se obser&a en la fi(ura G, de tal manera que 1 ! 1-I.
0(
&ranspor'ador
,%$'a . Cuarto monta2e
stableciendo una escala a las fuerzas, dibu2e un paralelo(ramo midiendo el &alor de la dia(onal. 4note los &alores medidos en la tabla #.
TABLA + ?º@
1-I
!-I
0-I
?º@
1-I
!-I
0-I
1
2
,1 ?N@ ,2 ?N@ ,R ?N@ P ?N@
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E''o'
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*C484 FC>4
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#.
*C484 FC>4
CUESTIONARIO #.1 Co '!sp!*to a( p'o*!so V!'%)%*a*%3 !( s!so' ! )$!'-a '!spoaK -.1.1 $efina el concepto de Fuerza e indique - unidades para esta ma(nitud.
-.1.! Represente &ectores en tres situaciones aplicadas a su especialidad.
-.1.# Bencione - ma(nitudes f'sicas &ectoriales relacionadas a su especialidad.
#.2 Co '!sp!*to a( p'o*!so a**%3 6 '!a**%3 '!spoaK -.!.1 9Cu%les son los m%ximos m'nimos &alores obtenidos< Calcule el porcenta2e de error de los &alores obtenidos. -.!.! Realice - representaciones del P'%*%p%o ! A**%3 6 R!a**%3. -.!.# 9Cu%l L!6 ! N!5to se relaciona la experiencia<. Hustifique su respuesta.
#.+ Co '!sp!*to a( p'o*!so pa'a(!(o'ao ! )$!'-as *o*$''!t!s. '!spoaK -.#.1 Compara la fuerza resultante con la fuerza ori(inada por las pesas P. 9:u; puede concluir<. fect5e los c%lculos necesarios.
-.#.! xplique 9por qu; los &ectores son concurrentes en esta experiencia<
-.#.# 9:u; si(nifica equilibrio< J qu; tipo de equilibrio es el que se tiene en la experiencia.
-.#.0
*i(nifica entonces que un cuerpo en equilibrio est% necesariamente en reposo. 9Por qu;<
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H. P'o4(!as. 8os problemas a continuación se desarrollar%n de forma anal'tica.
P'o4(!0a 1. $etermine la ma(nitud la dirección, medida ;sta en sentido contrario al de las manecillas del relo2 desde el e2e x positi&o, de la fuerza resultante de las tres fuerzas que act5an sobre el anillo 4. Considere F1 - J K !L.
P'o4(!0a !. l m%stil est% sometido a las tres fuerzas mostradas. $etermine los %n(ulos coordenados de dirección α1, β1, γ1 de F1 de manera que la fuerza resultante que act5a sobre el m%stil sea cero. y
z
F# #
x
F! !
. APLICACIÓN A LA ESPECIALIDAD ?S! p'!s!ta os ap(%*a*%o!s !( t!a '!a(%-ao9 ap(%*aos a s$ !sp!*%a(%a@.
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*e presentaran un m'nimo de ! aplicaciones del tema del laboratorio referido a su especialidad.
". OBSERVACIONES E.1 MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM
E.!
MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM
E.# MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM
. CONCLUSIONES .1 MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM
.2 MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM
.+ MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM
10.BIBLIORA,IA ?s! )o'ato ! (a APA@
