8/14/2019 LAS FUERZAS Y SU MEDICIN LEY DE HOOKE

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LAS FUERZAS Y SU MEDICIN: LEY DE HOOKE

SANGER, AgustinaEscuela de Enseanza Media N 221 "Malvinas Argentinas", Villa Eloisa, Santa FeProfesor gua: MOSCA, Sandra Mabel

INTRODUCCIN

Para poder desarrollar esta actividad debemos tener presente que la parte de la mecnica que estudiael equilibrio de los cuerpos, bajo la accin de fuerzas, se denomina ESTTICA, y se la puededefinir como:parte de la Mecnica que estudia las condiciones que deben cumplirse para que uncuerpo, sobre el que actan fuerzas, permanezca en equilibrio.

Para comprender esta experiencia, ser necesario tener conocimientos bsicos de Fuerza

(representacin grfica, unidades, efectos que produce sobre los cuerpos, peso, etc)La Ley de Hooke describe fenmenos elsticos como los que exhiben los resortes. Esta ley afirmaque la deformacin elstica que sufre un cuerpo es proporcional a la fuerza que produce taldeformacin, siempre y cuando no se sobrepase el lmite de elasticidad.Robert Hooke (1635-17039, estudi, entre otras cosas, el resorte. Su ley permite asociar unaconstante a cada resorte. En 1678 publica la ley conocida como Ley de Hooke: La Fuerza quedevuelve un resorte a su posicin de equilibrio es proporcional al valor de la distancia que sedesplaza de esa posicin.

F = K. X

Donde: F = fuerza aplicada al resorteK = constante de proporcionalidad

x = variacin de longitud del resorte

QUIN FUE ROBERT HOOKE?

Naci en Freshwater, en la Isla de Wight, hijo de un reverendo. Fue unnio dbil y enfermizo que destac rpidamente por su habilidad para eldibujo y las actividades manuales. Estudi en el colegio deWestminster. En 1653 gan un premio en Oxford donde conoci aRobert Boyle, de quien fue asistente desde 1658.Fue uno de los cientficos experimentales ms importantes de la historiade la ciencia, polemista incansable como un genio creativo de primerorden. Sus intereses abarcaron campos tan dispares como la biologa, lamedicina, la cronometra, la fsica planetaria, la microscopia, la nuticay la arquitectura.Particip en la creacin de la primera sociedad cientfica de la historia,la Royal Society de Londres. Sus polmicas con Newton acerca de la

paternidad de la ley de la gravitacin universal han pasado a formarparte de la historia de la ciencia.

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Para llegar a este descubrimiento antes tuvo que desenvolverse en la metalurgia y algn mecnico-herrero debi construir una pieza metlica enrollada en forma de hlice y descubrir suspropiedades. El estudio cuantitativo de estas propiedades lleg ms tarde.Para poder comprender an mejor esta Ley, es necesario tambin tener conocimientos bsicos deELASTICIDAD, ya que en el armado del dispositivo utilic un material elstico (resorte).

La elasticidad es la propiedad de un material que le hace recuperar su tamao y forma originaldespus de ser comprimido o estirado por una fuerza externa. Cuando una fuerza externa actasobre un material causa un esfuerzo o tensin en el interior del material que provoca la deformacindel mismo. En muchos materiales, entre ellos los metales y los minerales, la deformacin esdirectamente proporcional al esfuerzo. Esta relacin se conoce como ley de Hooke, as llamada enhonor del fsico britnico Robert Hooke, que fue el primero en expresarla. No obstante, si la fuerzaexterna supera un determinado valor, el material puede quedar deformado permanentemente, y laley de Hooke ya no es vlida. El mximo esfuerzo que un material puede soportar antes de quedarpermanentemente deformado se denomina lmite de elasticidad.La relacin entre el esfuerzo y la deformacin, denominada mdulo de elasticidad, as como ellmite de elasticidad, estn determinados por la estructura molecular del material. La distancia entre

las molculas de un material no sometido a esfuerzo depende de un equilibrio entre las fuerzasmoleculares de atraccin y repulsin. Cuando se aplica una fuerza externa que crea una tensin enel interior del material, las distancias moleculares cambian y el material se deforma. Si lasmolculas estn firmemente unidas entre s, la deformacin no ser muy grande incluso con unesfuerzo elevado. En cambio, si las molculas estn poco unidas, una tensin relativamente pequeacausar una deformacin grande. Por debajo del lmite de elasticidad, cuando se deja de aplicar lafuerza, las molculas vuelven a su posicin de equilibrio y el material elstico recupera su formaoriginal. Ms all del lmite de elasticidad, la fuerza aplicada separa tanto las molculas que nopueden volver a su posicin de partida, y el material queda permanentemente deformado o serompe.

Como ya dije anteriormente, la deformacin que experimenta un cuerpo es directamenteproporcional al esfuerzo producido. Dicha relacin entre ambas magnitudes se la conoce comoLEYde HOOKE

En este grfico se muestra una sntesis de lo que trata dicha ley:

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Esta grfica muestra el aumento de longitud (alargamiento) de un alambre elstico a medida queaumenta la fuerza ejercida sobre el mismo. En la parte lineal de la grfica, la longitud aumenta 10mm por cada newton (N) adicional de fuerza aplicada. El cambio de longitud (deformacin) esproporcional a la fuerza (tensin), una relacin conocida como ley de Hooke. El alambre empieza aestirarse desproporcionadamente para una fuerza aplicada superior a 8 N, que es el lmite de

elasticidad del alambre. Cuando se supera este lmite, el alambre reduce su longitud al dejar deaplicar la fuerza, pero ya no recupera su longitud original.

DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA:

Procedimiento: Construccin de un dispositivo para medir fuerzas. Constru un soporte con tres trozos de madera, fijndolos con clavos. Grafiqu sobre la cara interior del soporte vertical una regla con medidas exactas. Clav el soporte vertical sobre una base horizontal Prepar un platillo, con una lata de picadillo donde se colocarn los pesos:

1. Hice tres perforaciones a igual distancia en la parte superior de las paredes de unalata de picadillo.

2. Fij un trozo de alambre, de 10cm de longitud, en cada uno de los agujeros de la lata.3. At los tres trozos de alambre.4. Con un tornillo constru un indicador fijndolo en la unin del resorte con los

alambres.5. Colgu el resorte con el platillo en el clavo del soporte antes construido, quedando

armado as el dispositivo.

Experimentacin:Fuerza y deformacin de un cuerpo elstico.

En el dispositivo construido, le en la regla la posicin del indicador y anot: 0mm (posicininicial del resorte)

Determin la longitud del resorte sin carga (5,7 cm), luego comenc a colocar las monedas ycompar la variacin del peso (g) con la variacin de la longitud del resorte.

Coloqu la 1 moneda en el platillo. Volv a leer en la regla. Anot:8mm.. Qusucedi con la longitud del resorte? Por qu?

El resorte se estir hasta 65 mm, teniendo en cuenta que la longitud inicial de este era de 5,7cm. Esto sucedi ya que al colocarle una moneda de 5,8g esta ejerci una fuerza hacia el centrode la Tierra y provoc el estiramiento del resorte.

Realic este procedimiento ocho veces y volqu los datos en la siguiente tabla:ObservacinN

Longituddel resorte (mm)

Peso (g fuerza)

1 8 5,82 15 11,63 23 17,44 30 23,25 38 29

6 47 34,87 55 40,68 63 46,4

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Con los datos obtenidos confeccion un grfico con el peso de las monedas (5,8g) en funcin de lalongitud del resorte (mm).

Enuncia la conclusinPara poder determinar el valor de la constante de proporcionalidad (K), hall el cociente entre el

peso de las monedas y la longitud correspondiente, obtenida en cada medicin.Como: P = K . L K = P , comprobamos que:

Len este resorte: K = 0,7505 g/mm , lo que significa que; por cada 0,7505 g de peso, lalongitud del resorte vara 1 mm.

Este valor lo obtuve promediando los valores parciales ( P ), ya que en cada medicinL

estn presentes las incertezas o errores debido a las imperfecciones de los instrumentos de medicinutilizados(regla y escuadra), a la elasticidad y tipo de material del resorte, a mis propiasimprecisiones en la obtencin de las mediciones.Despus de varios percances en el armado y puesta en marcha de la experiencia, los que considerojustificados, ya que se dan en todo proceso de medicin, pude comprender que la longitudalcanzada por el resorte y el peso colocado son magnitudes directamente proporcionales; el grficoobtenido es una recta que nace del origen de coordenadas cartesianas, haciendo la salvedad de quela alineacin de los puntos no fue exacta porque no trabaj con clculos de errores.

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BIBLIOGRAFA:

- Elementos de Fsica y de Qumica (N. Cardiello); Editorial Kapeluz- Fsica 4; Aula Taller (Jos M. Mautino); Editorial Stella- Curso Superior de Fsica Prctica (B.L Worsnep); Editorial Endeba- Fsica Re-Creativa (S Gil y E Rodrguez)- Monografas.com (Internet)- Biblioteca de Consulta 2005, Editorial Encarta