FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENAL Y SANITARIA
¿PUEDEN LAS FUERZAS DEFORMAN LOS CUERPOS? I.
OBJETIVOS:
El experimento experimento consiste en poner peso en un muelle helicoidal para poder darnos cuenta de cómo las fuerzas deforman los cuerpos y en nuestro experimento se deforman los muelles de 3N/m y 20N/m .
tener conocimiento sobre la resistencia que cada uno ejerce ante un determinado peso.
Aprender aplicar las determinadas fórmulas para el desarrollo de nuestro experimento.
II.
PRINCIPIOS TEORICOS 1. Las fuerzas y sus efectos
Fuerza es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo o de producirle una deformación.
La Unidad de Fuerza en el Sistema Internacional es el Newton. Las fuerzas tienen un nombre según las causas que las originan:
Peso: se debe a la interacción entre un cuerpo cualquiera y la
Tierra.
Fuerza Elástica: es la fuerza de recuperación de un muelle
cuando lo estiramos.
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Existen fuerzas en la que no hay contacto entre cuerpos, por ejemplo la fuerza de atracción de la Tierra, o la fuerza de atracción de un imán. Por lo tanto podemos distinguir entre
Fuerzas de contacto y fuerzas a
distancia, en definitiva son dos casos particulares de otras interacciones : las Fuerzas Fundamentales del Universo.
2. Fuerzas y deformaciones de los cuerpos Las fuerzas pueden deformar los cuerpos y su comportamiento ante las deformaciones es muy distinto. (el hierro es mas rígido que la resina, y un muelle recupera su forma inicial cuando la fuerza deja de actuar).
Podemos
clasificar
loa
materiales
según
responden
ante
las
fuerzas, de la siguiente manera :
Rígidos. No se modifica la forma cuando actúa
sobre
ellos una fuerza.
Elásticos. Recuperan la forma original cuando deja de
actuar la fuerza que los deforma.
Plásticos . Al
cesar
la fuerza que
materiales no recuperan la
los deforma,
forma primitiva y
los
quedan
deformados permanentemente.
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3. Ley de Hooke
Hooke estableció la ley fundamental que relaciona la fuerza aplicada y la deformación producida. F = k.Δx
Dónde:
III.
F: Fuerza
K: constante elástica
Δx: alargamiento
MATERIALES
Pie estativo.
Varilla soporte, 600cm.
Nuez doble.
Platillo para pesas de ranura, 10g.
Pesa de ranura, 50g.
Muelle helicoidal, 3N/m.
Muelle helicoidal, 20N/m.
Pasador.
IV.
Soporte para tubos de vidrio.
Cinta métrica, 2m.
PROCEDIMIENTO
Monta un estativo con el pie, la varilla soporte y la nuez doble según la figura.
Coloca el pasador en la nuez y cuelga de él el muelle.
Coloca el soporte para tubos de vidrio en la parte inferior de la varilla, pon la cinta métrica sobre el pie, saca la cinta y sujétala al soporte
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para tubos.
Coloca la cinta métrica de forma que su cero coincida con el final del muelle de 3N/m.
Cuelga el platillo de pesas de ranura (m=10g) del muelle, anota el alargamiento
Aumenta la masa en pasos de 10g hasta un total de 50g, lee las variaciones de longitud
Lleva todos los valores de la masa
Pon ahora el muelle de 20N/m en el pasador y coloca el cero de la cinta métrica en su extremo.
Cuelga el platillo con una masa de 10g (suma 20g), y lee el alargamiento.
Aumenta la masa en pesas de 20g hasta un total de 200g y determina los correspondientes alargamientos. Lleva también los valores a su respectiva tabla.
V.
CÁLCULOS Y GRAFICAS 1. MUELLE DE 3N/m.
Masa
Fuerza por peso
Alargamiento
m/g
Fg/N
Δ/cm
10g= 0.01kg
0.098
3.6
20g= 0.02 kg
0.196
7.1
30 = 0.03 kg
0.294
10.5
40g= 0.04 kg
0.392
14
50g=0.05 kg
0.49
17.2
2. MUELLE DE 20 N/m
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VI.
Masa
Fuerza por peso
Alargamiento
m/g
Fg/N
Δ/cm
20g= 0.02 kg
0.196
1
40g= 0.04 kg
0.392
2
60g= 0.06 kg
0.588
3
80g= 0.08 kg
0.784
3.9
100g=0.1kg
0.98
4.9
120g= 0.12kg
1.176
5.9
140g=0.14
1.372
7
160g=0.16kg
1.568
7.9
180g=0.18kg
1.764
8.9
200g= 0.2kg
1.96
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EVALUACIÓN 1. Calcula, a partir de las masas, las fuerzas por peso Fg=m.0.01N/g. lleva a un diagrama 6/ en función de las fuerzas por peso Fg. Une los puntos para obtener las gráfica.
Muelle1
Masa
Fuerza por peso
Alargamiento
m/g
Fg= m * (0.01N/g)
Δ/cm
10g
0.1
3.6
20g
0.2
7.1
30g
0.3
10.5
40g
0.4
14
50g
0.5
17.2
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Muelle 2
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Masa
Fuerza por peso
Alargamiento
m/g
Fg= m * (0.01N/g)
Δ/cm
20g
0.2
1
40g
0.4
2
60g
0.6
3
80g
0.8
3.9
100g
1
4.9
120g
1.2
5.9
140g
1.4
7
160g
1.6
7.9
180g
1.8
8.9
200g
2
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2. ¿Qué se puede deducir de los diagramas? ¿En qué se diferencian los dos muelles? Que sus diagramas son diferentes, en el de 20 N el alargamiento y la fuerza por peso son proporcionales mientras que en el muelle de 3 N, el alargamiento fue mayor lo que su diagrama es una línea mucho más ascendente que la de 20 N.
3. ¿Qué cuerpos son deformados por las masas? Los muelles.
4. ¿Forman una recta los valores medidos en los dos muelles? Si forman una recta.
5. ¿Es el alargamiento Δ'''I''' de los dos muelles es proporcional a la fuerza por peso Fg y, en consecuencia, a la masa m? Fí S IC A II – III CICL O
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Solo en el muelle de 20 N en el de 3 N el alargamiento es mucho mayor.
6. Determina el factor de proporcionalidad a partir de las dos curvas:
K1 '= ΔI/Fg1= 36 K2 '= ΔI/Fg2= 5
VII. EJERCICIO COMPLEMENTARIO Los dos muelles se diferencian en su factor de proporcionalidad K. La inversa de este valor, 1/K, se denomina constante elástica D, o fuerza directriz:
1. ¿Calcula las constantes elásticas ¿En cuál de los muelles es mayor? Muelle 3 N= 1/36 =0.028 Muelle 20 N= 1/5 =0.2
2. ¿Qué efectos tiene una mayor constante elástica? Una mayor rigidez o firmeza ante un fuerza ejercida a él.
3. ¿Concuerdan las mediciones de las constantes elásticas con las características dadas en la lista de material? Si concuerdan con la lista de materiales.
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4. ¿Son las discrepancia mayores de +/-10%? Si son mayores al 10 % en los dos muelles.
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BIBLIOGRAFÍA
http://infolabcam.blogspot.com/2010/08/choques-elasticos-einelasticos.html
http://www.youtube.com/watch?v=oHm1wRpLQDE
http://jaimemarquez.files.wordpress.com/2010/08/choques2.pdf
http://www.fisicalab.com/apartado/concepto-de-fuerza/avanzado
http://www.mailxmail.com/curso-iniciacion-fisica/fuerzas-deformaciones
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