UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS DE AQUINO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS LABORATORIO DE FÍSICA MECÁNICA Práctica Experimental Desarrollada:
Fecha de Montaje
Fecha de Evaluación
Fuerzas dinámicas y estáticas
16
04
10
19
04
10
Integrantes del Grupo:
Ausente
Presente
Código
Ausente
Presente
Código
Edinson Ferley Guillén Cruz
X
2091277
X
2091277
Diego Martínez Moreno
X
2091310
X
2091310
RESUMEN Y ABSTRACT: En este informe se dará a conocer las fuerzas dinámicas y las fuerzas estáticas a partir un una parte teoría donde incluye tipos de fuerzas así como una práctica donde se experimenta mediante diferentes implementos lo aprendido. Se realizo la experimentación de tres formas diferentes, en la primera se realizo la experimentación de fuerzas estáticas con un dinamómetro y varias pesas, en la segunda y tercera parte fue de fuerzas dinámicas donde se utilizo un riel se aire donde se aplico un peso para moverlo, los datos obtenidos se ilustran en tablas con su respectiva grafica obteniendo haciendo un análisis del porcentaje de error con lo que se esperaba. This report will be released dynamic forces and static forces from one part of a theory which includes types of forces as well as a practice which is experienced by different implements learning. Experimentation was conducted in three different ways in the first experiment was performed with a static force dynamometer and several weights, in the second and third was of dynamic forces which use an air track is where I apply a weight to move it The data obtained are shown in tables with their respective graph obtained by analyzing the percentage of error than expected.
PLABRAS CLAVES: Dinamometro-Dynamometer, Datos-Data, Graficas-Graphic, Resultados-Results, Experimental-Experimental, Evidenciados-Evidenced, Forces-Fuerzas.
INTRODUCCIÓN: Existen diferentes tipos de fuerzas que se evidencian en todo momento en nuestro diario vivir ya sea cuando vamos por la calle y sentimos la fuerza de gravedad o cuando vamos dentro de un auto y sentimos la aceleración del carro al arrancar.
Dos de estas son las fuerzas dinámicas que son aquellas que muestran los factores de cambio con respecto al tiempo y las estáticas son aquellas que se evidencias cuando un objeto esta en reposo como la normal o la gravedad. En este informe se dará a conocer los aspectos más importantes de las fuerzas dinámicas y estáticas desde un punto de vista teórico y uno experimental evidenciando los resultados en tablas con su respectivo análisis dando unas conclusiones finales.
OBJETIVOS: General: Comprender e identificar las fuerzas estáticas y dinámicas, en la experimentación hecha en el laboratorio.
Específicos: - Identificar los tipos de fuerzas estáticas y dinámicas que actúan en los experimentos. - Mostrar el proceso del desarrollo del experimento. -Desarrollar la experimentación de una forma adecuada. -Tomar todos los datos haciendo la correcta una medición. -Usar los instrumentos del laboratorio de una forma adecuada. -Realizar el informe mostrando los resultados con gráficos y tablas.
MARCO TEORICO: ESTÁTICA: La estática es una rama de la mecánica cuyo objetivo es estudiar las condiciones Que deben de cumplir las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, para que éste se encuentre en equilibrio.
EQUILIBRIO Un cuerpo cualquiera se encuentra en equilibrio cuando carece de todo Tipo de aceleración ( a = 0).
FUERZA Es una magnitud que mide la interacción que existe entre dos o más cuerpos. Toda fuerza modifica el estado de reposo o movimiento de un cuerpo, además de generar deformaciones (por mínima que sea) en dicho cuerpo.
TIPOS DE FUERZAS A) Fuerzas de Contacto Se produce cuando resulta del contacto físico entre dos o más cuerpos.
B) Fuerzas de Campo Es aquella fuerza donde no interviene el contacto físico entre los cuerpos, pero que actúan a través del espacio, a dicho espacio se le denomina campo.
CLASIFICACIÓN DE LAS FUERZAS RESPECTO A SU POSICIÓN 1. FUERZAS EXTERNAS Son aquellas fuerzas que se presentan en la superficie de los cuerpos que interactúan.
2. FUERZAS INTERNAS Son las que mantienen juntas a las partículas que forman un sólido rígido. Si el ólido rígido está compuesto estructuralmente de varias partes, las fuerzas que mantienen juntas a las partes componentes se definen también como fuerzas internas; entre las fuerzas internas más conocidas tenemos: La tensión y la Compresión.
A) Tensión (T) Es aquella fuerza que aparece en el interior de un cuerpo flexible (cuerda, cable) debido a fuerzas externas que tratan de alargarlo. Cabe mencionar que a nivel de Ingeniería la tensión o tracción como también se le llama, aparece también en cuerpos rígidos como en algunas columnas de una estructura.
B) Compresión (C) Es aquella fuerza que aparece en el interior de un sólido rígido cuando fuerzas externas tratan de comprimirlo.
DINAMICA La dinámica se basa en tres principios fundamentales, denominados Principios de Newton. Tengamos en cuenta que un principio es una verdad científica que no se puede demostrar experimentalmente pero que si se puede verificar en forma parcial. Se denomina principio porque a partir de él construiremos toda una teoría, en este caso, de la mecánica clásica.
Principio de Inercia: Si sobre un cuerpo no actúan fuerzas, o, la suma de las fuerzas que sobre él actúan es igual a cero, el cuerpo permanece en reposo o se mueve con movimiento rectilíneo uniforme. Consideraciones: a- El principio de inercia nos da por primera vez una idea clara acerca de lo que es una fuerza. Es aquel ente físico capaz de producir una modificación en el estado de reposo o de MRU de un cuerpo. b- También nos explica el por qué un cuerpo puede seguirse moviendo cuando deja de actuar la fuerza que lo impulsó. c- Este principio no nos dice nada acerca de lo que sucede con un cuerpo sobre el cual actúan fuerzas, sin embargo lo sugiere. Por acción de las fuerzas los cuerpos se acelerarán, aunque no sabemos de qué forma. d- La inercia es una propiedad fundamental de la materia. Podría definirse a la materia como todo aquel ente físico que posee inercia.
Principio de Masa: La aceleración que adquiere un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza que se le aplica siendo la constante de proporcionalidad una magnitud denominada masa del cuerpo.
F = m.a
Consideraciones: a- La masa de un cuerpo, es la medida de su inercia y está relacionada con la cantidad de materia que el cuerpo posee. b- Como la ecuación es vectorial, es evidente que la aceleración tiene la misma dirección y sentido de la fuerza. c- Como el peso de un cuerpo es una fuerza (la fuerza con que la tierra lo atrae ), podrá calcularse aplicando el principio de masa, y, teniendo en cuenta que la aceleración que interviene es la de la gravedad, nos queda:
P = m.g d- Es evidente que, debido a la consideración anterior, un cuerpo tendrá la misma masa en todo el universo, dado que es una característica propia del cuerpo. Sin embargo ese mismo cuerpo no pesará lo mismo en todo el universo, pues el peso depende de la aceleración de la gravedad y esta depende del planeta en que el cuerpo se encuentre, inclusive, si el cuerpo se encuentra lejos de todo planeta, no pesará pero seguirá teniendo masa pues habrá que aplicarle una fuerza para acelerarlo. e- El principio de masa es válido también cuando actúan varias fuerzas sobre el cuerpo pues, estas fuerzas sumadas, darán como resultado una fuerza a la que se le aplicará el principio.
F = m.a Principio De Acción Y Reacción: Este principio, también conocido como principio de interacción, es quizás el más difícil de comprender. Principio de Acción y Reacción: Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste aplica otra fuerza igual pero de sentido contrario sobre el primero. A la primera se la denomina acción y a la segunda reacción. Consideraciones: a- Las fuerzas son la consecuencia de la interacción entre dos cuerpos, es decir, si solo existiera un cuerpo en el universo, no existirían las fuerzas. b- Las fuerzas siempre aparecen de a pares, una sobre cada uno de los cuerpos que interactúan.
c- Las fuerzas de acción y reacción tienen siempre el mismo módulo y son de sentido contrario, sin embargo, jamás pueden ponerse en equilibrio entre sí, pues actúan en cuerpos diferentes y para que dos fuerzas iguales y de sentido contrario se equilibren deben actuar sobre el mismo cuerpo.
MONTAJE EXPERIMENTAL: La experimentación de las fuerzas estáticas y dinámicas se dividió en dos montajes, el primero donde se describen las fuerzas estáticas mediante unos dinamómetros y el segundo montaje describe las fuerzas dinámicas mediante el movimiento de un carro sobre un riel de aire.
Montaje 1:
1
2
3
4
5
1. Dinamómetro 2. Tabla de medición 3. Pesas 4. Cuerda 5. Transportador
Montaje 2: 1
2
3
9
4
5
8
6 7
1. Foto compuerta 2. Carro deslizante 3. Pesas 4. Maquina contadora 5. Cables de conexión 6. Soporte universal 7. Cinta métrica 8. Riel de aire 9. Soplador
PROCEDIMINETO: Montaje 1: Para iniciar la experimentación fue necesario colocar los dinamómetros en cero para conocer la fuerza. 1. Se coloco una cuerda que va de un dinamómetro al otro de tal forma que se pudiera colgar una masa. 2. Se colocaron los dinamómetros en diferentes posiciones para averiguar el Angulo que formaban a partir de la masa y en los dinamómetros indicaban las tensiones en la cuerda 3. Anotar los datos de forma correcta para determinar las fuerzas.
Montaje 2: En el segundo montaje se realizaron dos experimentos: Experimento 1: 1. Situar las foto compuertas a cierta distocia. 2. Amarrar el carro deslizante a diferentes pesos que hagan que se mueva el carro al soltarlos en caída libre. 3. Anotar el tiempo que le lleva al carro para llegar de una foto compuerta a ala otra con el fin de determinar su aceleración dependiendo de la fuerza ejercida por el peso. Experimento 2: 1. Utilizar el mismo montaje para hacer la experimentación. 2. Colocar pesos en el carro pero moverlo con una misma fuerza. 3. Determinar el tiempo que le lleva a una misma masa para mover diferentes pesos a partir de la distancia de las foto compuertas, con el fin de determinar la aceleración con respecto a la masa del carro..
ANALISIS Y RESULTADOS: Montaje 1: La fuerza 1 y la fuerza 2 representan las fuerzas marcadas por las dinamómetros y los ángulos son aquellos que se formaban con respecto a la posición en que se colocaron los dinamómetros y a la masa que se colgó.
Fuerza 1 Angulo 1 Fuerza 2 Angulo 2 7N
51
7N
122
7N
50
7N
126
8N
51
8N
148
Tabla N° fuerza(N) y Angulo (°) para experimento con dinamómetro y masa.
Posición
Tension1
Angulo 1
Tension2
Angulo 2
1
68,6
51
68,6
122
2
68,6
50
68,6
126
3 78,4 51 78,4 148 Tabla N°2 Tensión(N) y ángulos formados al momento de colgar r la masa con los dinamómetros en diferente posición
Montaje 2: -Experimento1: Cambia la fuerza aplicada y la masa del carro constante: En la siguiente tabla se dan a conocer los datos tabulados del tiempo que le lleva al carro para recorrer 47 cm con una determinada fuerza TIEMPO
FUERZA
1,229
98,000
0,921
196,000
0,771
294,000
0,686
392,000
0,626
490,000
0,599
588,000
0,563
686,000
0,550
784,000
0,524
882,000
0,499 980,000 TablaN°2 Tiempo(s) y Fuerza(N) para el movimiento del carro movido por una masa.
A partir de la ecuación de M.U.A determinamos la aceleración del carro:
Reemplazando los valores que tenemos y resolviendo la ecuación se genera la siguiente tabla: ACELERACION
FUERZA
62,200
98,000
110,800
196,000
158,500
294,000
199,700
392,000
239,800
490,000
261,900
588,000
296,500
686,000
310,700
784,000
342,300
882,000
377,500 980,000 Tabla N°3 aceleración en (m/s^2) y fuerza en (N) para el movimiento del carro movido por una masa.
Aplicando mínimos cuadrados tenemos: ACELERACION
FUERZA
62,200
98,000
3868,840
110,800
196,000
12276,640
21716,8
158,500
294,000
25122,250
46599
199,700
392,000
39880,090
78282,4
239,800
490,000
57504,040
117502
261,900
588,000
68591,610
153997,2
296,500
686,000
87912,250
203399
310,700
784,000
96534,490
243588,8
342,300
882,000
117169,290
301908,6
377,500
980,000
142506,250
369950
2359,900
5390,000
651365,750 1543039,400
SUMA Xi
SUMA Yi
SUMA Xi^2 SUMA XiYi
Tabla N°4 aplicando mínimos cuadrados
6095,6
Reemplazando los valores en la siguiente formula hallamos el punto de corte:
∑ ∑ ∑ ∑
∑ (∑ )
Reemplazando los valores en la siguiente formula hallamos la pendiente:
∑ ∑ ∑ ∑ (∑ )
Porcentaje de error:
NE =Pendiente=2.86 43% Error NT=2
C E = = 0% Error
CT=0 -Experimento 2: Fuerza aplicada para mover el carro constante y cambia el peso del carro. En la siguiente tabla se dan a conocer los datos tabulados del tiempo que le lleva al carro para recorrer 47 cm con una fuerza constante pero cambiando el peso del carro. Tiempo
Masa carro
0,491
180,000
0,516
190,000
0,539
200,000
0,553
210,000
0,560
220,000
0,570
230,000
0,581
240,000
0,601
260,000
0,645
280,000
0,652 300,000 Tabla N°5 Tiempo(s) y masa (g) para el movimiento del carro movido por la misma masa
A partir de la ecuación de M.U.A determinamos la aceleración del carro:
Reemplazando los valores y resolviendo la ecuación se genera la siguiente tabla:
Aceleración
Masa carro
389,900
180,000
353,400
190,000
323,500
200,000
307,300
210,000
299,700
220,000
289,300
230,000
278,400
240,000
260,200
260,000
225,900
280,000
221,100 300,000 Tabla N°6 aceleración (m/s^2) y masa en (g) para el movimiento del carro sobre el riel.
Para linealizar los datos no es necesario aplicar logaritmos, solo se dividen 1 sobre los datos de la masa. Aceleración
1/Masa carro
389,900
0,0055
353,400
0,0052
323,500
0,0050
307,300
0,0047
299,700
0,0045
289,300
0,0043
278,400
0,0041
260,200
0,0038
225,900
0,0035
221,100 0,0033 Tabla N°7 aceleración (m/s^2) y 1/masa en (g) para el movimiento del carro sobre el riel.
Aplicando el método de mínimos cuadrados obtenemos la siguiente tabla: Aceleracion
Masa carro
389,900
0,0055
152022,010
2,14445
353,400
0,0052
124891,560
1,83768
323,500
0,0050
104652,250
1,6175
307,300
0,0047
94433,290
1,44431
299,700
0,0045
89820,090
1,34865
289,300
0,0043
83694,490
1,24399
278,400
0,0041
77506,560
1,14144
260,200
0,0038
67704,040
0,98876
225,900
0,0035
51030,810
0,79065
221,100
0,0033
48885,210
0,72963
2948,700
0,044
894640,310
SUMA Xi
SUMA Yi
13,287
SUMA Xi^2 SUMA XiYi
Tabla N°7 aplicando método mínimos cuadrados
Reemplazando los valores en la siguiente formula hallamos el punto de corte:
∑ ∑ ∑ ∑ ∑ (∑ )
Reemplazando los valores en la siguiente formula hallamos la pendiente:
∑ ∑ ∑ ∑ (∑ ) NE = Pendiente=0.00014 0.007%Porcentaje error NT = 2
(a=Punto de corte) = 1.0004 C E=
0% Porcentaje error 0 C T=
CONCLUSIONES: A partir de la práctica realizada y del informe se analizaron los diferentes tipos de fuerzas estáticas y dinámicas que pueden haber en el diario vivir llegando a las siguientes conclusiones: -La tensión de las cuerdas varía dependiendo de la posición en que se la ponga la masa. -Los ángulos formados por el camino de la cuerda dependen de la posición los dinamómetros y la masa. -EL tiempo que demora el carro en recorrer cierta distancia depende de la fuerza que se le aplique. -El tiempo que demora el carro en recorrer cierta distancia con la misma fuerza varia si el carro se vuelve más pesado o más liviano. -Es necesario en el segundo montaje aplicar las ecuaciones de movimiento uniformemente acelerado para un completo análisis.
BIBLIOGRAFIA: http://www.monografias.com/trabajos-pdf/dinamica-fisica/dinamica-fisica.pdf http://raulcaroy.iespana.es/FISICA/06%20estatica%20i.pdf http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Dinamica/index.htm Física universitaria autor(es) Sears-zemansky-Capitulo 5 Págs(154-171)
