Universidad César Vallejo I M A N O R T
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ESCUELA DE INGENIERIA DE Laboratorio de Física I Guía de Laboratorio N 0 04 “Segunda Condición de Equilibrio” I. INTRODUCCION En este experimento, haremos un análisis de la condición de equilibrio de los cuerpos. Un cuerpo esta en equilibrio cuando esta en estado de reposo (equilibrio estático) o con movimiento rectilíneo uniforme (equilibrio cinético).
II. OBJETIVOS Medir una fuerza empleando en un resorte. Verificar experimentalmente las condiciones que cumplen las fuerzas que actúan sobre un cuerpo cuando esta en equilibrio. Con un ejemplo sencillo, notar la importancia de los conceptos de fuerza y equilibrio en ingeniería.
III. MATERIALES MATERIALES Y EQUIPOS EQUIPOS Nº 01 02 03 04 05 06 07
DESCRIPCION
CANTIDAD 02 01 01 02 01 01 01
Soporte Universal con Nuez Regla Metálica de 1m. o wincha Una varilla de longitud aprox. 1m Resortes Platina metálica con agujeros Juego de masas con masas diferentes Papel milimetrado
IV. MODELO TEORICO Entendemos por equilibrio el estado de reposo de un cuerpo con relación a otros cuerpos materiales. Un efecto de las fuerzas es alterar las dimensiones y/o la forma del cuerpo sobre el que actúan; otro consiste en modificar su estado de movimiento. El movimiento puede ser de traslación de rotación o bien una combinación de ambos. Un sistema de fuerzas sobre un cuerpo puede modificar ese movimiento. Para determinar completamente el efecto que sobre el movimiento de un cuerpo produce un sistema de fuerzas dado, debe conocerse tanto la resultante como su línea de acción. Cuando varias fuerzas actúan simultáneamente sobre un cuerpo, sus efectos pueden compensarse entre si, dando como resultado resultado que no haya cambio ni en su movimiento de traslación ni en el de rotación. Cuando esto sucede se dice que el cuerpo está en equilibrio, lo que significa que: El cuerpo en conjunto permanece en reposo o se mueve en línea recta con velocidad constante. El cuerpo no gira o lo hace con velocidad angular constante. Estas conclusiones se resumen en las llamadas CONDICIONES DE EQUILIBRIO:
1. Un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación, si la suma vectorial de todas las fuerzas
F i
que actúan sobre el es cero:
F 1
i
F i
Fuerzas actuantes sobre el sistema
F 2
F 3
... ...
F n
0
2. Un cuerpo se encuentra en equilibrio de rotación, si la resultante de los torques (o momento de fuerza) actuando sobre el, respecto a un punto, es cero: i n
i n
r i x F i
i i 1
r 1 x F 1
r 2 x F 2
r 3 x F 3
r 4 x F 4
...
r n xF n
0
i 1
Torque
r i
vector posición, F i
Fuerza
Figura. 1: Representación de las fuerzas de reacción del bloque sobre la barra. V. PROCEDIMIENTO A) CURVA DE CALIBRACIÓN DEL RESORTE 1.
Disponga las varillas y un resorte como se muestra en la Figura Nº 2.
Figura 2 2.
Mida la longitud del resorte en la posición mostrada en la Figura 2, pero sin peso colgante.
3.
Suspenda del extremo inferior del resorte sucesivamente con masas de 0. 500 Kg,, 0.750 Kg, un 1Kg, y 1.5 kg , anote en cada caso el valor de la elongación X del resorte en la tabla.1. X = longitud resorte con peso – longitud resorte sin peso
4.
Repita los pasos 2, 3 y 4 para el otro resorte y llene la Tabla 2.
B) VERIFICACIÓN EXPERIMENTAL DE LA 1ra y 2da CONDICIÓN DE EQUILIBRIO 1.
Usando una balanza determine la masa (m) de la barra metálica con agujeros.
2.
Usando dos resortes, suspenda la barra metálica como se muestra en la Figura 3.
3.
Mida la elongación (x) de cada resorte, usando la respectiva curva de calibración, obtenga el valor de la constante elástica (K) de cada resorte. Luego determine la fuerza que cada resorte ejerce sobre la barra. Usando los datos 1, 2 y 3 llene la Tabla 3.
Figura 3
4.
Determine el seno del ángulo que hace la barra con la horizontal a partir de la distancia A-
B y de la diferencia de alturas entre los puntos A y B. 5.
Respecto al centro de gravedad de la barra (CG) escríbale valor del torque de cada una de las fuerzas que actúan sobre la barra.
6.
Encuentre también los torques de cada fuerza respecto a los puntos A y B. Usando los datos 4, 5 y 6 llene la Tabla 4.
Recuerde el módulo del Torque es : Para nuestro caso
= ángulo formado por r y F
rFsen
= (90º - θ) FB
FA
B dA
CG
dB
A
W
VI. CUESTIONARIO: 1.
Con los valores de las tablas 1 y 2. grafique las curvas de calibración; Fuerza eje vertical y elongación eje horizontal, en el papel milimetrado, ¿que representa la pendiente?.
2.
Para la pregunta anterior, por que las curvas son líneas rectas. ¿Qué ley física cumple?
3.
En la verificación experimental de las condiciones de equilibrio, figura 3 ¿por qué el primer resorte (A) se estira más que el segundo (B)?.
4.
Con los datos de la tabla 3 y 4, si se encuentran en equilibrio de rotación el sistema de la figura 3, ¿cuánto vale el torque resultante respecto al CG, al punto A y al punto B?
5.
Cuando se tiene un conjunto de fuerzas actuando sobre un cuerpo y éste no se mueve, ¿cualquiera de las fuerzas es la equilibrante de las otras?
6.
Para qué un cuerpo este en reposo, ¿no está sometido a alguna fuerza, o está sometido por lo menos a dos fuerzas?
7.
Si un cuerpo está en equilibrio de traslación entonces, ¿estará en equilibrio de rotación?.
8.
Sobre la barra quebrada de peso despreciable se aplica un sistema de fuerzas. Determinar el momento resultante respecto del pasador en A. Además: AB = BC = CD = DE = 2m
9.
Calcule el torque neto alrededor del punto 0 para las dos fuerzas aplicadas
F 2
12 N
F 1
8 N
30º 0 2m
3m
VI. BIBLIOGRAFÍA:
W.D. Cooper, A.D. Helfrick, Instrumentación electrónica moderna y técnicas de
medición, Printece Hall, México 1991.
C. Kramer, Prácticas de Física, Mc Graw Hill, Mexico 1994.
Lic. C. Quiñones M., Lic. P. Arellano U. Guía de Laboratorio de Física, UNAC
P. Sorler, A. Negro, Física practica básica, Alambra, Madrid, 1973.
A. Serway, J. W. Jewett, Física para ciencias e ingeniería, Thomson, Sexta Edición, México, 2005.
PRE-INFORME Nº 04: SEGUNDA CONDICIÓN EQUILIBRIO FECHA: __/___/__ SALON: ______ TURNO: ______ APELLIDOS Y NOMBRES: 1.________________________________________________ ____________________ ________ 2.________________________________________________ ____________________ ________ 3. ___________________________________________________________________ ________
Firma del Profesor
4.________________________________________________ ____________________ ________ 5.________________________________________________ ____________________ ________ 6.________________________________________________ ____________________ ________ I. ADQUISICION DE DATOS
TABLA 1 (Primer resorte)) Masa ( kg )
0.500
0.600
0.700
1.000
0.700
1.000
Fuerza ( N ) Elongación (cm) You're Reading a Preview
TABLA 2 (Segundo resorte
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Fuerza ( N ) Elongación (cm)
TABLA 3 W (Newton) X (m)
Peso de la Barra Elongación Fuerza
del
Primer
del
(Newton)
Segundo
X A =
XB =
FA F A = K AX A
Resorte
(Newton) Fuerza
W=mg=
Resorte
FB FB = KBXB
Determine el seno del ángulo que hace la barra con la horizontal a partir de la distancia A-B y de la diferencia de alturas entre los puntos A y B. B
h A
seno
h AB
Para nuestro caso
= (90º - θ)
TABLA 4
Respecto al CG Respecto a A Respecto a B
Torque de F A (N.m)
Torque de FB (N.m)
Torque de W (N.m)
- F A d A sen =
FB dB sen
W (0) =
F A (0) =
FB(d A+dB)sen = - W d A sen =
=
-F A(d A+dB)sen = FB (0) =
II. ANALISIS DE DATOS Y CALCULO DE ERRRORES
+ W dB sen
=
Torque Resultante (N.m)
