UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA FISICA MECANICA – LABORATORIO PRÁCTICA No. 8: SUMA DE TORQUES Y EQUILIBRIO ROTACIONAL
1. INTRODUCCION. La aplicación de fuerzas sobre un cuerpo puede no sólo alterar su movimiento de traslación, también puede ocasionar cambios en su movimiento de rotación. Para conocer el efecto producido por una fuerza al actuar sobre un cuerpo, se requiere conocer la magnitud, la dirección, el sentido y su punto de aplicación. Por lo tanto deben proporcionarse cuatro características para definir totalmente a una fuerza. fuerza. Si vamos a describir describir una fuerza fuerza aplicada aplicada en el antebrazo, antebrazo, por ejemplo, debemos dar su magnitud, punto de aplicación, línea de acción y sentido, con el objeto de determinar determinar planamente el efecto producido cualquier variación en alguna de estas características producir! un resultado diferente en el antebrazo. antebrazo. "n este e#perimento e#perimento se analizar!n analizar!n las condicion condiciones es que deben satisfacer las fuerzas actuantes para no alterar el movimiento de rotación de un cuerpo.
2. OBJETIVOS $.% &eterminar los factores que determinan el efecto de rotación causado por una fuerza $.$ "stablecer la condición que deben satisfacer los torques asociados asociados a las fuerzas actuantes sobre un cuerpo para que éste permanezca en equilibrio.
3. MARCO TEORICO 3.1. 'omento o torque de una fuerza 3.2. (omponentes rectangulares de un vector 3.3. (entro de 'asa
4. MATERIALES )ablero +ro de fuerzas alancín
*uego de masas "scala graduada
5. PROCEDIMIENTO 5.1 FUERZAS PARALELAS PARALELAS
&inamómetro (uerda
Poleas Pivote
&ibuje sobre el tablero de e#perimentos una línea -orizontal de referencia. ealice el montaje indicado en la figura % de tal manera que el balancín quede orientado sobre la línea -orizontal de referencia trazada. Suspenda dos portapesa de las correderas a lado y lado del centro del balancín, adicionando a cada uno masas de /0g. 1ueda el balancín en equilibrio2 "n caso negativo desplace una de las correderas -asta que el balancín sea paralelo a la línea de referencia.
FIGURA 1. Equili!i" !"#$%i"&$l 'ida las distancias perpendiculares % y $ desde el eje de rotación -asta la línea de acción de cada fuerza 3brazo de fuerza4. TABLA 1. T"!qu'( $("%i$)"( $ l$( *u'!+$( $%#u$&#'( F1 , M1.N/ 5 5 1 1
B1 0/ 1 1 6 6
τ1 , B1.F1 0.N/ 5 5 6 6
F2 , M2.N/ 5 11
B2 0/ 1 125 125
τ2 , B2.F2 0.N/ 5 5 5
∑τi 25 25 13
(on los valores de brazo y fuerza calcule el torque asociado a cada fuerza, teniendo en cuenta el sentido de rotación. egistre los datos en la tabla %. (ompare los valores de los torques. (omplete la 5ltima columna. 1ué concluye2 "labore el diagrama de fuerzas respectivo. asociado en el pivote del balancín2 Por qué2
(u!l es el valor del torque
1ué relación debe e#istir entre los torques asociados a las fuerzas actuantes para el balancín esté en equilibrio2 6aríe secuencialmente la masa ' $ y repita el proceso y el an!lisis anterior. 1ué concluye2 5.2 FUERZAS NO PARALELAS I ealice el montaje indicado en la figura $, teniendo en cuenta que el &inamómetro debe quedar siempre en posición vertical. Seleccione una masa '$ y desplace le dinamómetro -asta que el balancín quede en equilibrio 3posición -orizontal4.
FIGURA 2. T"!qu' $("%i$)" $ *u'!+$( &" 7$!$l'l$( 'ida las distancias d% , d$ y a partir de ellas obtenga el brazo de cada fuerza 3% 7 d% y $ 7 d$ 8 Sen θ4. &etermine los torques asociados y registre los datos en la tabla $9 (ompare los valores de los torques. (omplete la 5ltima columna. 1ué concluye2 "labore el diagrama de fuerzas respectivo representando el brazo de cada fuerza. (u!l es el valor del torque asociado en el pivote del balancín2 Por qué2 1ué relación debe e#istir entre los torques asociados a las fuerzas actuantes para el balancín esté en equilibrio2
TABLA 2. T"!qu'( $("%i$)"( $ l$( *u'!+$( $%#u$&#'(
F1 , M1.- B1 N/ 0/ .5 .4
F2 N/
6
4
6
11
4
11
15
4
14
)2 0/ 3 3 3 3
θ
∑τ
τ1 , B1.F1
τ2 , B2.F2
"/ 5
B2 0/ 55
0.N/ 2
0.N/ 35
385
52
5
38
51
44
51
58
44
81
1
54
56
8
2
22
6aríe secuencialmente la masa ' $ y repita el proceso y el an!lisis anterior. 1ué concluye2
4.3. FUERZAS NO PARALELAS II "l disco de torques proporciona un f!cil método para calcular el brazo de fuerza y el momento para fuerzas no paralelas actuantes sobre un cuerpo rígido. (omo se observa en la figura 3$ si una fuerza F es aplicada de tal manera que su línea de acción forme un !ngulo θ con la línea radial que pasa por su punto de aplicación, entonces el brazo de fuerza B , ).S'& θ, se obtiene midiendo la distancia perpendicular )7 desde el eje de rotación a la línea de acción de la fuerza 3siendo esta la distancia m!s corta entre la línea de acción de la fuerza y el centro de giro4.
ealice el montaje indicado en la figura 3 determinando el brazo asociado a cada fuerza con ayuda de la escala radial del disco. egistre los datos en la tabla : y calcule cada torque, teniendo en cuenta el sentido de rotación causado por cada uno. 6aríe secuencialmente las fuerzas y los !ngulos repitiendo el proceso anterior. (ompare los valores de la 5ltima columna. 1ué concluye2 +nalice posibles fuentes de error durante todo el e#perimento.
TABLA 3. T"!qu'( $("%i$)"( $ l$( *u'!+$( $%#u$&#'( F1 N/ 1 1 1 2
8.
B1 0/ 22 28 26 33
F2 N/ 5 5 1 1
B2 0/ 3 28 24 13
F3 N/ 5 6 6 6
B3 0/ 24 16 14 3
τ1
τ2
N.0/
N.0/ 9
9 9 9
τ3
∑τi
N.0/ N.0/
APLICACIONES
;.%.
1ué es una palanca2 (u!les son los tipos de palancas2 Para cada tipo cite al menos un ejemplo de palancas.
;.$.
&os nig y se ubica a %,/ m del eje de giro, dónde debe ubicarse el segundo para establecer el equilibrio2. "l peso del segundo nig.
;.:.
(uando se coloca un objeto pesado en la parte trasera de un camión, pró#imo las ruedas traseras, el efecto que produce es el de levantar la parte delantera del camión. Por qué2
;.=.
Por qué es m!s f!cil sostener con la mano pegado al cuerpo un objeto de %0 >g que con el brazo e#tendido -orizontalmente2
?tómese una cantidad de alambre de sección uniforme ya sea de acero, -ierro o latón y enrédese tal alambre sobre un cilindro formando una -élice después fórmense lazos, de uno de ellos debe suspenderse esta bobina sobre un clavo y que el otro sostenga uno o varios pesos. @bsérvese e#actamente a qué longitud cada uno de los pesos lo e#tiende y se encontrara que si un peso lo e#tiende de cierta longitud, entonces dos pesos iguales lo e#tender!n dos longitudes y así sucesivamente: @") A@@>"
