14 de mayo de 2013
INFORME DE LABORATORIO FISICA I (EQUILIBRIO DE PARTICULAS)
CONTENIDO INTRODUCCION
4
OBJETIVOS
5
RESUMEN
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MARCO TEÓRICO
7
EXPLICACION DEL LABORATORIO
8
EQUILIBRIO DE FUERZAS CON EQUIPO MECANICO
8
EQUILIBRIO DE FUERZAS CON MESA DE FUERZAS
9
RESULTADOS EQUILIBRIO DE FUERZAS CON EQUIPO MECANICO
70 70 Error! Bookmark not defined. 0
RESULTADOS TEORICOS
10
ANALISIS DE ANGULOS PARA CADA UNA DE LAS FUERZAS
10
RESULTADOS EXPERIMENTALES
116
COMPARACION DE RESULTADOS
12
EQUILIBRIO DE FUERZAS CON MESA DE FUERZAS
13
RESULTADOS TEORICOS
13
ANALISISI DE ANGULOS PARA CADA UNA DE LAS FUERZAS
13
RESULTADOS EXPERIMENTALES
15
COMPARACION DE RESULTADOS
15
ANALISIS DE DATOS
16
CONCLUSIONES
17
DESARROLLO DE CUESTIONARIO
18
ANEXOS
19
BIBLIOGRAFIA.
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INFORME DE LABORATORIO FISICA I (EQUILIBRIO DE PARTICULAS)
INTRODUCCION Este informe fue elaborado para dar un resumen y análisis de los datos obtenidos en la práctica de laboratorio sobre equilibrio estátic, esto se hará resolviendo las actividades planteadas en la guía entregada por el ingeniero; además, en el transcurso del documento se estudiara la teoría de errores y la regresión lineal, elementos básicos para un buen análisis de la información. Las prácticas de laboratorio traen a los estudiantes beneficios innumerables, pues los familiariza con elementos que ellos tendrán que manejar a lo largo de su vida investigativa y además muestran que El estudio de un sistema a de partículas o de un cuerpo rígido es esencial para el estudiante de ingeniería, pues le permitirá comprobar matemáticamente las fuerzas que actúan sobre un cuerpo que se encuentran en equilibrio y los efectos que ellas causan sobre el mismo Al finalizar la lectura del informe se harán las respectivas conclusiones de los datos obtenidos de las condiciones de equilibrio de un cuerpo considerado como partícula, y se verá si los objetivos planteados al inicio de la guía de trabajo se cumplieron en totalidad, solo por partes o si tal vez estos deben ser replanteados.
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INFORME DE LABORATORIO FISICA I (EQUILIBRIO DE PARTICULAS)
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Analizar la teoría del equilibrio estático por medio de experimentos teóricos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Cumplir el desarrollo de la guía de trabajo, la cual se enfoca en complementar lo aprendido en el estudio de equilibrio estático y momento estático con la práctica, y el análisis de la información obtenida.
Comprobar que la sumatoria de fuerzas aplicadas a un cuerpo que se encuentra en equilibrio estático es igual a cero.
Hacer un exhaustivo análisis de los datos obtenidos en el laboratorio, y realizar las respectivas conclusiones de dicha información.
Reconocer los diferentes instrumentos encontrados en el laboratorio, conociendo sus usos y aplicaciones para actividades investigativas futuras.
Representar la información en graficas que serán elaboradas teniendo en cuenta la regresión lineal, para ver la confiabilidad de los datos obtenidos en el laboratorio.
Reforzar los conceptos adquiridos en clase, por medio de la práctica hecha, teniendo en cuenta la teoría estudiada.
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INFORME DE LABORATORIO FISICA I (EQUILIBRIO DE PARTICULAS)
RESUMEN En este laboratorio se desarrollaron las prácticas del tema de equilibrio estático, se utilizaron materiales como el equipo experimental mecánico y la mesa de fuerzas. El primero de ellos fue el de equilibrio estático, este se hizo por medio de un equipo experimental mecánico, un cordel y una caja de pesas. Se realizó el montaje del equipo, se tomaron diferentes pesas y se ubicaron, y luego se obtuvo un equilibrio entre estas pesas, y ellas formaron dos ángulos respecto a la horizontal, y se repitió este proceso diez veces. La segunda práctica fue la de equilibrio de fuerzas con mesa de fuerzas, un aro, un cordel y una caja de pesas; al igual que la anterior practica se ubicaron tres pesas en tres extremos del cordel que colgaba de la mesa y una de estas pesas era fija, las otras dos pesas se movían alrededor del disco hasta conseguir que se equilibrara y que un aro puesto en la parte superior de la mesa quedara centrado con respecto al disco; luego se repitió el proceso hasta conseguir diez resultados en los cuales medimos los ángulos derivados del equilibrio de los pesos.
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MARCO TEÓRICO La estática tiene por objeto comprobar las condiciones que debe satisfacer un sistema de fuerzas, para que al ser aplicadas a una partícula produzcan un estado de equilibrio. Una partícula se puede considerar en equilibrio si está sujeta a la acción de dos fuerzas de la misma magnitud, la misma línea de acción y sentidos opuestos como se muestra en la figura 1, donde la sumatoria de fuerzas es cero. F
F En general en una partícula en equilibrio la suma vectorial de cualquier sistema de fuerzas aplicadas a ella o resultante, debe ser igual a cero como en la ecuación 1.
∑ ∑
Y en componentes rectangulares. Según la primera ley de Newton que enuncia “Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula es cero, la partícula permanecerá en reposo (si originalmente estaba en reposo) ó se moverá con velocidad constante, en línea recta (si originalmente estaba en movimiento)” y la definición de equilibrio descrita en la primera sesión de este apartado se deduce que una partícula en equilibrio puede estar en reposo ó con movimiento rectilíneo uniforme.
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EXPLICACION DEL LABORATORIO. EQUILIBRIO DE FUERZAS CON EQUIPO DE MECANICA 1. Para realizar la práctica se debe tener el vestuario adecuado para el laboratorio en este caso la bata y si es necesario implementos de seguridad (gafas). 2. El primer paso es realizar el montaje del equipo de mecánica, y que los graduadores estén ubicados sobre la horizontal en cero y ciento ochenta grados. 3. Se eligieron un conjunto de tres pesas arbitrariamente y se hizo el montaje de cada una de ellas en cada uno de los extremos y una en el medio del cordel que sostiene a las dos anteriores hasta lograr que se mantengan sin movimiento alguno.
4. Se midió los angulos y formados en la parte interior del sistema y consignar los datos en la tabla.
mg
5. Repita los pasos tres y cuatro para varios conjuntos de pesas hasta obtener diez mediciones de ángulos.
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EQUILIBRIO DE FUERZAS CON MESA DE FUERZAS 1. Se realizó el montaje del mecanismo como lo indica la fotografía 1 (anexos), ubicando el cordel uno en noventa grados, el cordel dos en 180 grados y el cordel tres en cero grados y este último siendo el cordel fijo. 2. Se seleccionó un conjunto de pesas y se colocaron cada una en los tres extremos del cordel. 3. Se movieron las mordazas alrededor del disco hasta conseguir que se equilibraran las pesas y el aro quedara absolutamente centrado con respecto al disco.
y y sus respectivos pesos como se
4. Se midieron los ángulos , observa en la siguiente figura.
5. Se eligió unos conjuntos de pesas y se repitió los pasos tres y cuatro hasta obtener diez mediciones las cuales se consignaran en la tabla.
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RESULTADOS EQUILIBRIO DE FUERZAS CON EQUIPO DE MECANICA 1. RESULTADOS TEORICOS N°
1
35
50
40
37.38
45.95
0
2
35
54
40
42.23
49,62
3
35
58
40
47.50
53.68
0
4
25
50
30
62.87
67.66
0
5
10
10
10
29.99
29.99
0
6
70
100
50
62.33
49.46
7
75
100
60
53.28
41.65
0
8
75
105
60
55.95
45.58
0
9
100
100
100
29.99
29.99
10
100
55
100
15.96
15.96
0
0
0 0
ANALISIS DE LOS ANGULOS PARA CADA UNA DE LAS FUERZAS Usando una función de Excel (solver), se realizó de manera ágil y practica el cálculo de los ángulos requeridos en la guía entregada. El proceso fue el siguiente: 1. Se planteó el diagrama de cuerpo libre para la fuerza ejercidas por los pesos, para luego hacer un análisis de las componentes que intervienen en el desarrollo del equilibrio de fuerzas. 2. Este análisis nos brindó dos ecuaciones respecto a los ejes en el plano de dimensiones (x,y) en función de seno y coseno. Estas ecuaciones son:
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3. Se proporcionó un valor para θ, en nuestro caso el valor fue 1, pero este valor puede tomar cualquier valor arbitrario, y luego igualamos la ecuación 2 a cero y de nuevo el valor de θ y β mostraban su valor real.
4. Por ultimo cambiamos los datos de las fuerzas hasta conseguir los diez valores de θ y β.
Este es un ejemplo del proceso realizado RAD 0,652459888 F1 N
F2 F3 FUNCION 1 FUNCION 2
DEG 37,3831105
35 40 50 0,802002771
45,9512665
-4,27422E-07
Para realizar la sumatoria de fuerzas también se usó Excel solver, realizando el cálculo de la siguiente manera: 1. Con la sumatoria de fuerzas en x usamos de nuevo las ecuaciones 1 y 2, lo cual al realizar el cálculo nos dio como resultado cero.
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2. RESULTADOS EXPERIMENTALES N°
1
35
40
50
33.5
44
2
35
40
54
40
50
3
35
40
58
45
50
4
25
30
50
50
58
5
10
10
10
31.5
28.5
6
70
50
100
63
58
7
75
60
100
55
40
8
75
60
105
60
38
9
100
100
100
30
34
10
100
100
55
12
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COMPARACION DE RESULTADOS RESULTADOS ANALITICOS N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
37.38 42.23 47.50 62.87 29.99 62.33 53.28 55.95 29.99 15.96
45.95 49,62 53.68 67.66 29.99 49.46 41.65 45.58 29.99 15.96
RESULTADOS EXPERIMENTALES
33.5 40 45 50 31.5 63 55 60 30 12
44 50 50 58 28.5 58 40 38 34 18
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2. EQUILIBRIO DE FUERZAS CON MESA DE FUERZAS 2.1 RESULTADOS TEORICOS N°
α
1
100
50
100
14.47
14.47
151.06
2
50
70
100
49.46
62.33
68.21
3
70
70
100
45.58
45.58
88.84
4
70
120
100
2.04
54.34
123.62
5
70
120
105
5.95
54.53
190.52
6
80
120
105
10.37
40.02
129.61
7
120
130
106
20.08
29.89
49.97
8
130
120
156
41.42
35.67
102.91
9
130
220
156
0
53.77
126.23
10
150
220
156
0
47.01
132.99
ANALISIS DE LOS ANGULOS PARA CADA UNA DE LAS FUERZAS Usando una función de Excel (solver), se realizó de manera ágil y practica el cálculo de los ángulos requeridos en la guía entregada. El proceso fue el siguiente: 1. Se planteó el diagrama de cuerpo libre para la fuerza ejercidas por los pesos, para luego hacer un análisis de las componentes que intervienen en el desarrollo del equilibrio de fuerzas. 2. Este análisis nos brindó dos ecuaciones respecto a los ejes en el plano de dimensiones (x,y) en función de seno y coseno. Estas ecuaciones son:
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3. Se proporcionó un valor para θ, en nuestro caso el valor fue 1, pero este valor puede tomar cualquier valor arbitrario, y luego igualamos la ecuación 2 a cero y de nuevo el valor de θ y β mostraban su valor real. 4. Para dar valor a α a 180 le restamos la suma de θ y β. 5. Por ultimo cambiamos los datos de las fuerzas hasta conseguir los diez valores de α, θ y β.
Este es un ejemplo del proceso realizado RAD
DEG 0
N
T1
150
T2
220
T3
156
fn1
0,820551083
fn2
4,934769394
0
47,014004
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2.2 RESULTADOS EXPERIMENTALES N°
1
100
50
100
40
13
127
2
50
70
100
46
59
75
3
70
70
100
46
43
91
4
70
120
100
6.5
50
123.5
5
70
120
105
14
50
116
6
80
120
105
11
48
121
7
130
120
106
33
14
133
8
130
120
156
39
32
109
9
130
220
156
-12
52
140
10
150
220
156
1
47
132
α
COMPARACION DE RESULTADOS RESULTADOS TEORICOS N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
14.47 49.46 45.58 2.04 5.95 10.37 20.08 41.42 0 0
14.47 62.33 45.58 54.34 54.53 40.02 29.89 35.67 53.77 47.01
Α
151.06 68.21 88.84 123.62 190.52 129.61 49.97 102.91 126.23 132.99
RESULTADOS ANALITICOS
40 46 46 6.5 14 11 33 39 -12 1
13 59 43 50 50 48 14 32 52 47
α
127 75 91 123.5 116 121 133 109 140 132
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ANALISIS DE DATOS
Los ángulos teóricos se diferenciaron por pocas décimas de los ángulos experimentales. Cuando dos fuerzas tenían igual magnitud el ángulo era el mismo. También se demostró que para el equilibrio de fuerzas con mesa de fuerzas, el ángulo alfa era resultante de la resta de los ángulos beta y teta a ciento ochenta grados.
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CONCLUSIONES EQUILIBRIO DE FUERZAS CON EQUIPO DE MECANICA
Para esta parte del laboratorio los datos que obtuvimos fueron las tres fuerzas y dos ángulos respecto a la horizontal y a partir de estos se hicieron los cálculos para hallar la sumatoria de fuerzas.
Para la tabla de datos se usaron tres fuerzas y dos ángulos para mostrar los ángulos obtenidos en la práctica y también por un proceso matemático adicional se expresaron los ángulos teóricos en función de las fuerzas usadas en la práctica.
En este equilibrio de fuerzas con equipo de mecánica, se observó que la sumatoria de fuerzas debería ser igual a cero, pero factores externos como el punto de observación del investigador o el equipo de mecánica presentaban irregularidades con la medida de la horizontal.
EQUILIBRIO DE FUERZAS CON MESAS DE FUERZAS
En esta parte del laboratorio obtuvimos tres fuerzas y tres ángulos, dos respecto a la horizontal y un tercero el cual se hallaba restándole a 180 grados la suma de los dos primeros ángulos e igual que en el caso anterior se realizaron los cálculos para encontrar la sumatoria de las fuerzas.
Al tener el valor de las fuerzas analíticamente obtuvimos procesos matemáticos que os llevaron a la deducción de los ángulos y con ello realizamos una comparación de los ángulos obtenidos en la práctica, adquiriendo así
En este ensayo hubo menos error que en el anterior, pues se trataba, en la parte experimental, de centrar el anillo del disco para así tener datos más exactos.
Se puede considerar que el mayor rango de error se dio por el golpeteo que ejercía varias personas a medida que se tenía que centrar el anillo para hallar los ángulos.
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DESARROLLO DEL CUESTIONARIO 1. De los resultados obtenidos en características a obtener. ¿Existe alguna discrepancia de los valores hallados experimentales con los calculados teóricamente? y si es así ¿por qué ocurren? Justifique su respuesta Respuesta Si existe discrepancia entre los valores, tanto para el primer experimento como para el segundo. Una de las razones del error posiblemente sea que el investigador de este experimento no se ubicó de manera tal que quedara exactamente frente al sistema del experimento; otra razón podría ser que el sistema en el que se estaba experimentando no estuviera en condiciones ideales para este ejercicio, además que las poleas usadas en el sistema tenían fricción y un peso. 2. Al llevar a cabo experimentalmente la primera ley de Newton ¿Cree usted que es absolutamente valido este enunciado? Justifique su respuesta basándose en las mediciones obtenidas. Respuesta: “Todo cuerpo 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 es totalmente valida pues experimentalmente, al dejar estático el sistema, la única fuerza que podría cambiarlo sería la gravedad pero en ninguno de los casos hubo una variación del sistema a menos que le fuesen cambiadas las magnitudes de las fuerzas, y con ello se demuestra que esta ley aplica al experimento hecho.
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ANEXOS EQUILIBRIO DE FUERZAS CON EQUIPO DE MECANICA
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EQUILIBRIO DE FUERZAS CON MESA DE FUERZAS
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BIBLIOGRAFIA.
ALONSO FINN, FISICA MECANICA, VOL 1, PAG: 87, 88, 89. SERWAY, FISICA PARA CIENCIAS E INGENIERIA, VOL 1, EDICION 6. GUIA 3 DE APRENDIZAJE.
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