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INFORME DE LABORATORIO N ° 1 (Equilibrio de Fuerzas)
INDICE:
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I. OBJETIVOS II. FUNDAMENTO TEORICO PRIMERA LEY DE NEWTON PRIMERA CONDICION DE EQUILIBRIO III. INSTRUMENTOS DE LABORATORIO IV. PROCEDIMIENTOS Y ACTIVIDADES PRIMERA CONDICION DE EQUILIBRIO SEGUNDA CONDICION DE EQUILIBRIO V. CUESTIONARIO VI. CONCLUSIONES VII. BIBLIOGRAFIA
INFORME DE LABORATORIO N ° 1 (Equilibrio de Fuerzas) I.OBJETIVOS: *Comprobar la primera condición de equilibrio para un sistema de fuerzas concurrentes en un punto *Comprobar la segunda ley de equilibrio para un sistema de fuerzas que actúan en diferentes puntos de aplicación *Analizar y comparar los resultados teóricos –prácticos II.FUNDAMENTO TEÓRICO:
PRIMERA LEY DE NEWTON O LEY DE LA INERCIA: La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. una fuerza. Newton Newton expone que: Todo cuerpo c uerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él. Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento en movimiento rectilíneo uniforme, a uniforme, a menos que se aplique a plique una fuerza o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él. Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, fric ción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como está a la fricción. fricc ión. En consecuencia, un cuerpo con co n movimiento rectilíneo uniforme implica que noexiste ninguna fuerza externa neta o, dicho de otra forma; un objeto enmovimiento no se detiene de forma natural si no se aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero, por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta. Ejemplo, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminandolentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el interventor i nterventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento. La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.
En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puestoque siempre hay algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, perosiempre es posible encontrar un sistema de referencia en el que el problema que estemos estudiando se pueda tratar como si estuviésemos en un sistema inercial. i nercial. En muchos casos, por ejemplo, suponer a un observador fijo en la Tierra es una buena aproximación de sistema inercial. Lo anterior porque a pesar que la Tierra cuenta con una aceleración traslacional y rotacional estas son del orden de 0.01 m/s^2 y en consecuencia podemos considerar que un sistema de referencia de un observador dentro de la superficie terrestre es un sistema de referencia inercial.
PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO:
Un cuerpo se encuentra en estado de equilibrio traslacional si y sólo si la suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre él es igual a cero. Cuando un cuerpo está en equilibrio, la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él es cero. En este caso, R x como R y debe ser cero; es la condición para que un cuerpo esté en equilibrio: SEGUNDA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO: Un cuerpo se encuentra en equilibrio de rotación si el momento resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él, respecto de cualquier punto, es nula. Matemáticamente, para el caso de fuerzas coplanares, se debe cumplir que la suma aritmética de los momentos relacionados con rotaciones anti horarias debe ser igual a la suma aritmética de los momentos relacionados con rotaciones horarias.
III.INSTRUMENTOS DE LABORATORIO: -
Una computadora Programa data estudio instalado InterfaseScienceWorshop 750 2 sensores de fuerza CI-6537 01disco óptico de Hartl (Forcé Table) 01 juego de pesas Cuerdas inextensibles Una regla de 1 m Un soporte de accesorios Una escuadra o transportador
IV.PROCEDIMIENTOS Y ACTIVIDADES:
PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO: -
Instalar el equipo
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Verificar la instalación de la interface Ingresar el programa data estudio y seleccionar crear experimento Marque las pequeñas poleas de dos posiciones diferentes y verificar que la argolla se encuentre en un punto de equilibrio solo por la acción de la cuerda con sus respectivas cuerdas Los pesos W1 y W2 y la fuerza de tención T en el sensor de fuerzas representan la acción de tres fuerzas concurrentes. Los ángulos (1θ .2θ .3θ) para las fuerzas de tención. Cuando instala el equipo registrar datos en la tabla 1.1 Repita cuatro veces este procedimiento en alguno de ellos considere que la fuerza de tención registrado por el sensor de fuerza este en dirección vertical (3θ= 0)
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SEGUNDA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO:
Instale el equipo. La cuerda de tención que contiene al sensor de fuerza forma un Angulo de 90º con el soporte universal al cual esta sujetado. Bajo la influencia de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo rígido, esta debe estar en equilibrio de rotación Registre los valores de la correspondencia masa m 1 de las pesas que se muestran. Así mismo registre los valores de las distancias de los puntos de aplicación ala punto de contacto del cuerpo rígido con el soporte universal.
Registre también la lectura observada a través del sensor de fuerza y el Angulo de inclinación theta del cuerpo regido con respecto a lasuperficie de la masa Repita este proceso cuatro veces haciendo variar los valores de masa
V.CUESTIONARIO:
PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO:
1.-Elabore la equivalencia entre los ángulos valores
representado a la figura 1.3a y 1.3b con estos
tienes q efectuar los cálculos
La relación entre los ángulos que se tiene según la gráfica son las siguientes:
2.- Descomponer a las fuerzas fuerzas w1 . w2 y T en sus componentesortogonales componentesortogonales del plano cartesiano xy las componentes en direcciónhorizontal y vertical de estas fuerzas se determinan las ecuacionesres pectivamente
3.- Calcule la suma de los componentes del eje x en el eje y por separado explique cada uno de estos resultados Para nuestro caso las fuerzas que actúan sobre un objeto son tres W ,2W y T las cuales en la pregunta anterior se realizó la descomposición en sus coordenadas cartesianas, del cual podemos realizar la suma de fuerzas en el eje X y en el eje Y.
4.- Elabore una tabla de resumen para ello considere el siguiente modelo
Donde F iy iy y F iy iy representa a las variables horizontales y vertical de las fuerzas que actúan sobre el sistema 5.- Calcule la incertidumbre en la lectura de las medidas de fuerzas registradas
6.- ¿Qué es inercia? Incapacidad que tienen los cuerpos de modificar por sí mismos el estado de reposo o movimiento en
En física, la la inercia es la propiedad que tienen los cuerpos los cuerpos de permanecer en su que se encuentran. En física, estado de reposo de reposo o movimiento, mientras no se aplique sobre ellos alguna fuerza, alguna fuerza, o o la resistencia que opone la materia la materia al modificar su estado de reposo o movimiento. Como consecuencia, un cuerpo conserva su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme si no hay una fuerza actuando sobre él. En física En física se dice que un sistema tiene más inercia cuando resulta más difícil lograr un cambio en el estado el estado físico del mismo.
Los dos usos más frecuentes en física son la inercia la inercia mecánica y la inercia la inercia térmica. La térmica. La primera de ellas aparece en mecánica en mecánica y es una medida de dificultad para cambiar el estado de movimiento de movimiento o reposo de un cuerpo. La inercia La inercia mecánica depende de la cantidad la cantidad de masa y del tensor del tensor de inercia.La inercia.La inercia térmica mide la dificultad con la que un cuerpo c ambia sutemperatura sutemperaturaal al estar en contacto con otros cuerpos o ser calentado. La inercia térmica depende de la cantidad la cantidad de masa y de la capacidad la capacidad calorífica. Las calorífica. Las llamadas fuerzas de inercia son fuerzas son fuerzas ficticia so so aparentes que un observador percibe en un sistema un sistema de referencia no-inercial. En no-inercial. En física, física, la la inercia es la propiedad que tienen los cuerpos los cuerpos de permanecer en su estado de reposo de reposo o movimiento, mientras no se aplique sobre ellos alguna fuerza, alguna fuerza, o o la resistencia que opone la materia la materia al modificar su estado de reposo o movimiento. Como consecuencia, un cuerpo conserva su estado de reposo o movimiento o movimiento rectilíneo uniforme si no hay una fuerza actuando sobre él. En física En física se dice que un sistema tiene más inercia i nercia cuando resulta más difícil lograr un cambio en el estado el estado físico del mismo. Los dos usos más frecuentes en física son la inercia la inercia mecánica y la inercia la inercia térmica. La térmica. La primera de ellas aparece en mecánica y es una medida de dificultad para cambiar el estado de movimiento de movimiento o reposo de un cuerpo. La inercia La inercia mecánica depende de la cantidad la cantidad de masa y del tensor del tensor de inercia.La inercia.La inercia térmica mide la dificultad con la que un cuerpo c ambia sutemperatura sutemperaturaal al estar en contacto con otros cuerpos o ser calentado. La inercia térmica depende de la cantidad la cantidad de masa y de la capacidad la capacidad calorífica. Las calorífica. Las llamadas fuerzas de inercia son fuerzas son fuerzas ficticia so so aparentes que un observador percibe en un Sistema de inercia i nercia no referencial.
SEGUNDA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO: 7.- Haga un diagrama del sistema de fuerzas que actúan sobre el cuerpo rígido y formule ecuaciones de equilibrio para el sistema considerar también el peso del cuerpo rígido (regla).
8.- Conociendo los valores de los pesos w1. W 2y w 3 las distancias L1y el Angulo de inclinación θ1 determine analíticamente el valor de la fuerza detención
Para poder calcular la T en forma analítica, Calculamos la sumatoria de momentos de rotación con respecto al punto O, el cual nos debe resultar igual cero, pues el sistema esta en equilibrio de rotación y traslación. De la figura del diagrama de fuerzas que actúan sobre la regla (cuerpo rígido).
Con esta ecuación calculamos la tensión en forma analítico que a continuación se muestra para los cuatro casos del experimento:
9.- Compare este valor con el valor de experimental medio por el sensor de fuerza determine también la fuerza de reacción en el punto de apoyo 0 Esta fuerza debe tener una pendiente de inclinación Calcular la reacción en el punto de apoyo, la calcularemos mediante la primera condición de equilibrio, la sumatoria de fuerzas deber ser igual a cero Sumatoria de fuerzas en el eje X:
Sumatoria de fuerzas en el eje Y:
Para calcular el modulo de la reacción R en el punto de apoyo la calculamos con la ecuación siguiente:
Y para hallar el ángulo de inclinación de la l a fuerza de reacción con la horizontal:
10.- Elabore una tabla, en la cual haga un resumen de los resultadosobtenidos. Si existe diferencia ¿a qué atribuye usted esta diferencia?
El error que se comete en el experimento es a causa de la mala toma de datos en cuanto a la precisión de los valores , como también al momento de instalar el equipo no se realizó con la precisión que se requiere en este caso ca so .
11.- Si la cuerda de tención que contiene al dinamómetro no estaría en posición horizontal ¿Qué diferencia existe en los cálculos analíticos de la fuerza de tensión y la fuerza de reacción en el punto de apoyo?
Calculemos La tensión en la cuerda superior, aplicando la segunda condición de equilibrio, donde la sumatoria de momentos de rotación con respecto a punto de apoyo debe resultar igual a cero.
Ahora para Calcular la reacción en el punto de apoyo, la calcularemos mediante la primera condición de equilibrio, la sumatoria de fuerzas deber ser igual a cero Sumatoria de fuerzas en el eje X:
Sumatoria de fuerzas en el eje Y:
Para calcular el modulo de lareacción R en el punto de apoyo la calculamos con la ecuación siguiente:
Y para hallar el ángulo de inclinación de la fuerzas de reacción con la horizontal:
12.- También adjunten el valor de las componentes horizontales y vertical de la fuerzas de reacción en el punto de apoyo O; así como su Angulo de inclinación con respecto a la horizontal utilice las ecuaciones para que elabore las tablas de su informe puede considerar los siguientes modelos
Donde, T i y T’i: Fuerzas de tención determinadas teorica y en el laboratorio, respectivamente |ATi|=|Ti-T’i|: Diferencia entre estos valores Rxi,Ryi: Componentes ortogonales de las fuerzas de reacción, Ri: módulo de la fuerza de reacción.
VI.CONCLUSIONES:
Después de haber estudiado y analizado diferentes ejemplos reales deequilibrio, podemos llegar a la conclusión de que en todo cuerpo y en todomomento y a cada momento están interactuando diferentes tipos de fuerza, lascuales ayudan a los cuerpos a realizar determinados movimientos o, amantenerse en estado de equilibrio, ya sea estático o dinámico.
VII.BIBLIOGRAFÍA:
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Al varenga, Beatriz Física I Goldemberg Física fundamental T-I Física – Maiztegui & Sabato –Edición1 Edición1 Revista Investigación Revista Investigación y Ciencia – Jean Michael & É. Kierlik – Julio 2002 Física, Curso Elemental: Mecánica Elemental: Mecánica – Alonso Marcelo Física – Wilson Jerry
