PRCTICA DE LABORATORIO N 01

ESTATICA. PRIMERA CONDICION DE EQUILIBRIO

1. OBJETIVO

1) Comprobar experimentalmente la primera condicin de equilibrio, para fuerzas coplanares y concurrentes.2) Verificar los resultados obtenidos experimentalmente y contrastarlos con los procedimientos tericos dados en clase y establecer las diferencias.3) Determinar relaciones matemticas entre las variables fsicas que interviene en un experimento.

2. MATERIALES

- Computadora con programa LOGGER PRO instalado- Calculadora- Interfase Vernier- Sensor de fuerza Dual range force sensor (2)- Caja de pesas y portapesas- Varillas (2)- Bases soporte (2)- Nuez doble (2)- Grapas (2)- Cuerda- Transportador- Regla.

3. FUNDAMENTO TERICO Fuerzas.

Laboratorio de General Fsica IUTECEl concepto de fuerza se relaciona frecuentemente con esfuerzo muscular, empuje, traccin, etc. Para mover una mesa debemos empujarla haciendo un esfuerzo muscular, aplicado a un punto de la mesa. Adems la mesa la empujamos en determinado sentido. Recordemos que las magnitudes que se definen con mdulo, direccin y sentido se llaman vectoriales y las magnitudes que se definen con su nmero y su unidad se llaman escalares. Otras fuerzas que podemos mencionar son: tensin, fuerza de rozamiento, peso y normal. Las fuerzas que son ejercidas mediante cuerda se les denomina tensiones. A la fuerza que ejerce la tierra sobre los objetos sobre su superficie (por la atraccin gravitacional) se le denomina peso y est verticalmente dirigida hacia abajo y tiene un mdulo W = m g, siendo m la masa de cuerpo y g el mdulo de la aceleracin de la gravedad.

2

3.1.1. Medicin de la fuerza.

Qu hara usted si le solicitaran su colaboracin para mover un equipo pesado de un nivel de instalacin industrial a otro?

Seguramente iniciara su investigacin preguntndose:Cun pesado es? Adems observar el lugar donde se encuentra el equipo y donde debe quedar instalado. Luego propondr algunas soluciones de cmo y con que hacerlo.

Aqu estudiaremos un sistema a escala diseados para los efectos anteriormente indicados con una rampa (plano inclinado) y una cuerda. Para su uso debemos tener claro cul es el ngulo que debemos dar a la rampa, cuanta fuerza deber hacer la cuerda para tirar el equipo y cunto peso soporta la rampa. Resolveremos el problema matemticamente haciendo uso del conocimiento de fuerzas coplanares concurrentes y tomando datos directamente del modelo a escala. Para esto debemos tener claro el concepto de fuerzas, unidades y representacin grfica de un vector. Para lograr el equilibrio de fuerzas de traslacin se debe cumplir la primera condicin de equilibrio, como veremos ms adelante.

3.1.2. Diagrama de Cuerpo Libre D.C.L.

Hacer un D.C.L. de un cuerpo es representar grficamente las fuerzas que actan sobre l. Procedemos de la siguiente manera:

1. Se asla el cuerpo de todo sistema.

2. Se representa al peso del cuerpo mediante un vector dirigido siempre hacia el centro de la tierra (w).

3. Si existiese superficies en contacto, se representa la reaccin mediante un vector perpendicular a dichas superficies y empujando siempre al cuerpo (N o R).

4. Si hubiesen cables o cuerdas, se representa la tensin mediante un vector que est siempre jalando al cuerpo, previo corte imaginario (T).5. Si existiesen barras comprimidas, se representa a la compresin mediante un vector que est siempre empujando al cuerpo, previo corte imaginario (C).

6. Si hubiese rozamiento se representa a la fuerza de roce mediante un vector tangente a las superficies en contacto y oponindose al movimiento o posible movimiento.

Leyes de Newton.

Primera Ley de Newton. Principio de inerciaNewton en su primera ley explica que un cuerpo en equilibrio seguir en equilibrio hasta que alguna fuerza intervenga.

Si u n cuerpo est en reposo, perm anecer en reposo; si est en m ovim ien to segu ir trasladn dose en lnea recta y a velocidad con stan te, salvo siin tervien e algun a fuerza ex tern a

Tercera Ley de Newton. Principio de accin y reaccin.Newton dijo: A toda accin se le opone u na reaccin de igu al m agnitu d pero en sentido con trario

3.2.1. Primera condicin de equilibrio.Diremos que un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslacin cuando la resultante de las fuerzas que lo afectan es cero.

R

Cuerpo en equilibrioF2 F3

F1

F4

= F = 0

Polgono vectorial cerrado

3.2.2. Teorema de Lami

Si un cuerpo est en equilibrio debido a la accin de tres fuerzas, stas

Fdebern ser: 31. Coplanares y concurrentes 2. Una de ellas ser igual pero opuesta F2a la resultante de las otras dos.3. El mdulo de cada fuerza serdirectamente proporcional con el seno del ngulo que se opone a su correspondiente direccin.F1

F1 = F2 = F3 sen

sen

sen

4. PROCEDIMIENTO

4.1 Verificacin del dinammetro.

Ensamblar todas las piezas como se ve en la figura 1.

Nuez doble

Varilla

Base

Figura 1. Primer montaje para la verificacin del dinammetro.

Inserte el sensor, previamente coloque el cursor sobre el sensor en 50 N.

El sensor est configurado por defecto a 50 Hz y tendr 2 dgitos despus de la coma decimal. Haga clic en el icono cero (izquierda del icono tomar datos) y coloque el sensor a 0.00 N.

Ahora determine el peso de una pesa, luego de dos, tres y cuatro pesas respectivamente. Anotando la lectura del dinammetro en la tabla 1.

TABLA 1

Cantidad de pesas12345

Peso (N)

Lectura P P

Observacin:Podemos tomar a P como el error instrumental del equipo que es la mnima lectura que efecta entre 2.

4.1.1. Con sus palabras defina el concepto de fuerza.

4.1.2. Cmo hizo para representar una fuerza?

4.1.3. Es la fuerza un vector? Por qu? Dar ejemplos de otras magnitudes fsicas vectoriales.

4.2 Accin y reaccin

Inserte los sensores, previamente coloque el cursor sobre el sensor en 50 N. Haga clic sobre el icono EXPERIMENTO, seleccione configurar sensores en la opcin mostrar todas las interfaces, seguidamente al sensor 2 hgale clic en la flecha inferior, seleccione direccin inversa y cierre la ventana.

Ambos sensores estn configurados por defecto a 50 Hz y tendrn 2 dgitos despus de la coma decimal. Haga clic en el icono cero (izquierda del icono tomar datos) y coloque ambos sensores a 0.00 N.

Usted ver aparecer la ventana de un grfico de fuerza en funcin del tiempo. Tendr un grfico con dos ejes Y coordenados de fuerza (para cada sensor) que comparten el eje X (tiempo).

Seguidamente mientras usted tira de los sensores como se muestra en la figura 2, otro compaero grabar los datos obtenidos.

Figura 2. Segundo montaje.

Los cuales deben quedar similares a los obtenidos en la figura 3, observe que se encuentras los datos de ambos sensores.

Figura 3. Resultado del segundo montaje.

4.2.1. Cules son los mximos y mnimos valores obtenidos? Utilice el cono estadsticas.

4.2.2. A qu se debe la forma tan peculiar de la figura? Haga otra grabacin para observar si conserva el contorno cerrado.

4.2.3. Finalmente A qu ley de Newton se ajusta los resultados obtenidos? Por qu?

4.3. Paralelogramo de fuerzas concurrentes.

Ensamble las piezas como se muestra en la figura 4, coloque 100 g ms portapesas de tal manera que obtenga F1 = 0,90 N y F2 = 0,90 N, de las seales digitales de los sensores.

Hoja de papel

1 2

Figura 4. Tercer montaje.

Estableciendo una escala a las fuerzas, dibuje un paralelogramo midiendo el valor de la diagonal (FR ). Anote los valores medidos en la tabla 2.

F1 (N)0,901,201,10F2 (N)0,901,200,60FR (N)P (N)1 ()2 ()TABLA 2.

DIBUJADO POR:ESCALA

FR =FECHA

DIBUJADO POR:ESCALA

FR =FECHA

Laboratorio de General Fsica IUTEC7

DIBUJADO POR:ESCALA

FR =FECHA

Ensamble las piezas tal como se observa en la figura 5, de tal manera que 1 = 2 =20.

Hoja de papel

1 2

Transportador

Figura 5. Cuarto montaje

UTECLaboratorio de Fsica General IEstableciendo una escala a las fuerzas, dibuje un paralelogramo midiendo el valor de la diagonal. Anote los valores medidos en la tabla 3.

11

1 ()1020402 ()102040F1 (N)F2 (N)FR (N)P (N)TABLA 3.

DIBUJADO POR:ESCALA

FR =FECHA

DIBUJADO POR:ESCALA

FR =FECHA

DIBUJADO POR:ESCALA

FR =FECHA

UTECLaboratorio de Fsica General I10

4.4. Aplicacin

Con el empleo de un conjunto de poleas (polipasto) podemos reducir la intensidad de una fuerza, segn se muestra en la figura 6, determinaremos el valor de esta fuerza y el porcentaje del peso reducido.

M

Figura 6. Quinto montaje

Emplee el sensor de fuerza lo ms vertical posible y complete la tabla 4

TABLA 4

PesoFuerza% reducido

4.4.1. Por qu es importante usar un polipasto?

4.4.2. De qu depende la reduccin de la fuerza?

Laboratorio de General Fsica IUTEC4.4.3. Qu aplicacin tendra estos dispositivos en la vida real?

11

4. OBSERVACIONES

5.1.

5.2.

5.3.

5. CONCLUSIONES

6.1

6.2

6.3

12