FÍSICA - UNIVERSIDAD DEL VALLE
EQUILIBRIO DE CUERPOS Miguel F. Franco (1341757), Camilo Estrella V. (1338502), Carlos Cárdenas E. (1340982), Natalia Sánchez (1342582), Verónica Sierra (1341417). Resumen. En esta práctica se buscaba entender y aplicar el carácter vectorial de las fuerzas y, con base en esto, encontrar la magnitud y dirección de la fuerza que equilibra un cuerpo sobre el cual actúan fuerzas no equilibradas. Para ello se hicieron varios experimentos colocando masas en la mesa de fuerzas con ciertas características de ángulo y se hallaron las siguientes masas resultantes con su respectiva dirección para cada caso: , , , , .
Introducción. Experimental y teóricamente existe un punto de equilibrio de las fuerzas en determinadas ocasiones; tal como lo expresa la primera ley de Newton y su ecuación:
∑
(1)
ejercer para levantar del suelo un cuerpo de cien gramos. [2] Se representa el Newton por el símbolo N .
⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗
Consideremos dos fuerzas, y , que actúan sobre un cuerpo; dichas fuerzas solo estarán en equilibrio cuando se aplique una fuerza tal que .
⃗
“Todo “Todo objeto continua en estado de reposo a no ser que sobre él actúen fuerzas que le hagan cambiar dicho [1] estado” . En este experimento se intentó exactamente lo contrario, pasar de un estado de desequilibrio a uno de equilibrio por medio de la interacción de fuerzas teniendo en cuenta los ángulos de las mismas. El propósito de la práctica es estudiar de cada una de las fuerzas perpendiculares, no perpendiculares, colineales y antiparalelas; todo con mencionada primera ley de Newton.
el comportamiento que intervienen: aproximadamente base en la antes
Marco teórico. La dinámica estudia las fuerzas para poder predecir a partir de ellas el tipo de movimiento que tiene un cuerpo. Cada vez que realizamos una acción, estamos ejerciendo fuerzas, aunque unas requieran más precisión que otras. Por ejemplo, al cambiar de lugar o desplazar un objeto, al modificar su forma, etc. Es importante resaltar que para entender la dinámica primero hay que estudiar las fuerzas en su estado estático y a partir de ello extrapolar ese conocimiento hacia el estudio de la dinámica. Por fuerza se entiende toda acción capaz de hacer cambiar: 1- El estado de reposo 2- O de movimiento de un cuerpo 3- O de producir deformaciones en él. La fuerza es una magnitud física que puede medirse, y, por lo tanto, permite establecer relaciones entre ella y otras magnitudes físicas. La unidad de medida de las fuerzas en el Sistema Internacional de medidas es el Newton. El newton equivale aproximadamente a la fuerza que debemos
Fig. 1. Esquema de un par de fuerzas que no están en equilibrio y sus fuerzas equilibrantes.
De aquí podemos concluir que la fuerza que equilibra el sistema es de igual magnitud que la fuerza resultante [3] pero con dirección opuesta: .
⃗ ⃗
Procedimiento y resultados. Para la práctica se hicieron 5 cálculos a partir de 5 características de masa y ángulo para cada vector fuerza, las cuales se especifican en la guía de laboratorio. Las masas están en gramos (g) y los ángulos en grados (°). 1. Se 1. Se colocaron dos hilos formando un ángulo recto y con la misma masa en sus portapesas. Se obtuvieron los siguientes resultados. m1
θ1
m2
θ2
mE
θE
60
0
60
90
85
225
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2. Se colocaron dos hilos formando un ángulo recto y con la misma masa en sus portapesas. Se obtuvieron los siguientes resultados. m1
θ1
m2
θ2
mE
θE
90
0
90
90
130
225
3. Se colocaron dos hilos formando un ángulo menor a 90° y masas diferentes en sus portapesas. Se obtuvieron los siguientes resultados. m1
θ1
m2
θ2
mE
θE
110
0
95
60
180
208
m1
θ1
m2
θ2
m3
θ3
mE
θE
110
0
110
60
110
140
185
244
5. Se colocaron dos hilos formando un ángulo menor a 90° y un hilo formando un ángulo de 180° con el eje X, todos con masas diferentes en los portapesas. Se obtuvieron los siguientes resultados. m1
θ1
m2
θ2
m3
θ3
mE
θE
150
0
175
60
160
180
170
243
Análisis de resultados. En general los resultados prácticos fueron muy cercanos a los teóricos que serán presentados a continuación junto con los porcentajes de error para cada caso.
⁄ ⁄ ∑ ∑ √ ⁄
Caso 2
⁄ ⁄ ∑ ∑
4. Se colocaron dos hilos formando un ángulo menor a 90° y un tercero formando un ángulo mayor a 90°, todos con la misma masa en el portapesas. Se obtuvieron los siguientes resultados.
Caso 1
( ⁄) ⁄ ⁄
√ (⁄) ⁄ ⁄ ⁄ Caso 3
⁄ ⁄ ∑ ∑ √ ⁄ ( ⁄) ⁄ ⁄ Caso 4
⁄ ⁄ ⁄
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∑ ∑
Conclusiones.
√ (⁄) ( ⁄) ⁄ ⁄ Caso 5
⁄ ⁄ ⁄ ∑ ∑ √ ⁄ ( ⁄) ⁄ ⁄ Para la aproximación práctica a los valores finales hay que resaltar que se tuvieron que hacer ciertas consideraciones, como que todos los portapesas tenían masa idéntica, que la mesa estaba perfectamente equilibrada horizontalmente y eso, sumado a la incapacidad de obtener ángulos exactos y el error humano, explica los valores de error. De igual forma sucede con las masas, era imposible usar masas que no fueran múltiplo de 5, por lo que necesariamente debía presentarse un valor de error significativo en las que estuviesen más alejado de dicho múltiplo.
Al constatar las tablas podemos inferir que los valores de los ángulos θE y θR son muy semejantes, de igual manera la magnitud FE y FR, lo cual nos permite conocer que el margen de error es poco destacando que el laboratorio se concluyó de forma satisfactoria. El experimento realizado en el laboratorio para determinar la magnitud y el ángulo de la fuerza que equilibran el sistema no presentaron mayor complicación al efectuarlo, arrojando de este modo los resultados esperados cercanos a los reales. El experimento no es de mayor complejidad y su elaboración es asequible permitiendo así obtener cumplir con los objetivos de la práctica.
Bibliografía ª
[1] J. W. Kane. Física. 2 Ed. Editorial Reverté. Barcelona (2000). p. 46. [2] n.d. La Fuerza. España. Disponible en: http://www.educarex.es/pub/cont/com/0019/documentos/ pruebasacceso/contenidos/modulo_IV/ciencias_de_la_naturaleza /4nat03.pdf Citado (26 de septiembre de 2014). [3] n.d. Guía de laboratorio. Equilibrio de fuerzas. Universidad del valle.
