laboratrio física ii

Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012

1 grupo 6

PRÁCTICA 01 ESTÁTICA.PRIMERACONDICIÓNDEEQUILIBRIO

1. INTRODUCCIÓN

En nuestra experiencia los objetos (pesas) están sujetos por lo menos a una fuerza que

actúa sobre ellos (gravedad), estando en reposo entonces debe de existir otras fuerzas

actuando sobre ellos.

La estática estudia el equilibrio de los cuerpos en reposo y también en movimiento con

velocidad constante, en esta experiencia se realizó se pretendió comprobar

experimentalmente la primera condición de equilibrio para fuerzas coplanares y

concurrentes, en esta experiencia se realizó a contrastar los resultados obtenidos

experimentalmente con los resultados calculados teóricamente. Los resultados son

cercanos en ambos casos, esta experiencia es suma importancia ya que podemos ver

en práctica el comportamiento de las fuerzas y la veracidad de la primera condición de

equilibrio.

2. OBJETIVO

Comprobarexperimentalmentelaprimeracondicióndeequilibrio,parafuerzas

coplanaresyconcurrentes.

Verificarlosresultadosobtenidosexperimentalmenteycontrastarlosconlos

procedimientosteóricosdadosenclasey establecerlasdiferencias.

Determinarrelacionesmatemáticasentrelasvariablesfísicasqueintervieneen

unexperimento.

3. MATERIALES

ComputadorapersonalconprogramaDataStudioinstalado

InterfasePowerlink

Sensordefuerza(2)

Pesade0,5N(5)

Varillas (5)

Basessoporte(2)

Nuezdoble(4)

Grapas(2)

Cuerda.

Transportador

Calculadora.


2 grupo 6

4. INDICACIONES DE SEGURIDAD

Implementos de seguridad

Imagen 1.Lentes de seguridad Imagen 2. Zapatos de seguridad

No correr en laboratorio

No jugar

Trabajar con cuidado, con precaución y con orden.

Análisis de Trabajo Seguro (ATS)

Cuadro 1. Desarrollo de Análisis de Trabajo Seguro.

N° TAREAS RIESGOS IDENTIFICADOS

MEDIDAS DE CONTROL DEL RIESGO

01 Recojo de materiales e equipos. Accidente fortuito, tropiezos caídas.

Trasladar con mucho cuidado.

02

Instalar los sensores de fuerza y el montado de las experiencias y ajustar el data studio.

Mala configuración, lecturas erróneas

Verificar que están en las medidas adecuados, ver que están bien ajustados y conectados.

O3

Observar experimentalmente los datos tomados con los teóricos.

Porcentaje de errores demasiados lejanos (grandes).

Tener, fijarse bien en los datos medidos, para no tener inconvenientes al momento de compararlos con los teóricos.

04

Trabajar en equipo

Mal trabajo, mala coordinación.

Estar de acuerdo con la ideas del equipo, con la experiencia realizada.

05

Orden y limpieza

Perdida de las pesas, caída de los equipos.

Mantener el orden y trabajar con limpieza en mesa de trabajo.

Zapatos de Seguridad

Lentes de seguridad


3 grupo 6

Advertencias

Informarse antes de realizar la experiencia (saber que se está

realizando).

Al energizar la computadora personal tener cuidado al conectar.

No jugar con los equipos ni herramientas en el laboratorio.

5. FUNDAMENTO TEÓRICO

Fuerzas

Elconceptodefuerzaserelacionafrecuentementeconesfuerzomuscular,empuje,

tracción,etc.Paramoverunamesadebemosempujarlahaciendo unesfuerzo

muscular,aplicadoaunpuntodelamesa.Ademáslamesalaempujamos en

determinadosentido.Recordemosquelasmagnitudes quesedefinenconmódulo,

direcciónysentidosellamanvectorialesylasmagnitudes quesedefinenconsu

númeroysuunidadsellamanescalares.Otrasfuerzasquepodemosmencionar

son:tensión,fuerzaderozamiento, pesoynormal.Lasfuerzasquesonejercidas

mediantecuerdaselesdenominatensiones. Alafuerzaqueejercelatierrasobre

losobjetossobresusuperficie (porlaatraccióngravitacional) seledenominapeso

yestáverticalmentedirigidahaciaabajoytieneunmóduloW=mg,siendomla

masadecuerpoygel módulo dela aceleracióndelagravedad.

5.1.1. Medicióndelafuerza.

¿Quéharíaustedsilesolicitaransucolaboración paramoverunequipo

pesadodeunniveldeinstalaciónindustrialaotro?

Seguramenteiniciaríasuinvestigaciónpreguntándose:¿Cuánpesadoes? Además

observará ellugardondeseencuentra elequipoydondedebe

quedarinstalado.Luegopropondráalgunassoluciones decómoycon quehacerlo.

Aquí estudiaremosun sistema a escala diseñados para los efectos anteriormente

indicadosconunarampa(planoinclinado)yunacuerda. Parasu uso

debemostenerclarocuál es el ánguloquedebemosdara la

rampa,cuantafuerzadeberáhacerlacuerdaparatirarelequipoy cuánto peso

soportarampa. Resolveremos el problema

matemáticamentehaciendousodelconocimientodefuerzascoplanares concurrentes

ytomandodatosdirectamente delmodeloaescala.Para esto debemos tener claro el

concepto de fuerzas,unidades y representación

gráficadeunvector.Paralograrelequilibriodefuerzas detraslación

ADVERTENCIA


4 grupo 6

sedebecumplirlaprimeracondicióndeequilibrio,como veremosmásadelante.

5.1.2. DiagramadeCuerpoLibreD.C.L.

HacerunD.C.L.deuncuerpoesrepresentargráficamentelas

fuerzasqueactúansobreél.Procedemosdelasiguientemanera:

1. Seaíslaelcuerpodetodosistema.

2. Se representaal peso del cuerpo medianteun vector dirigido

siemprehaciaelcentrodelatierra(w).

3. Si existiese superficies en contacto, se representa la reacción

medianteunvectorperpendicular adichassuperficiesyempujando

siempreal cuerpo(NoR).

4. Sihubiesencablesocuerdas,serepresenta latensiónmedianteun

vectorqueestásiempre jalandoalcuerpo,previocorteimaginario (T).

5. Siexistiesenbarrascomprimidas,serepresentaalacompresión mediante

unvectorqueestásiempreempujando alcuerpo,previo corteimaginario

(C).

6. Sihubiese rozamientose representaalafuerzade roce medianteun vector

tangentea las superficiesen contactoy oponiéndose al movimientoo

posiblemovimiento.

LeyesdeNewton.

PrimeraLeydeNewton.Principiodeinercia

Newtonensuprimeraleyexplicaqueuncuerpoenequilibrioseguiráen equilibrio

hastaquealguna fuerzaintervenga.

“Siuncuerpoestáenreposo,permaneceráenreposo;siestáenmovimiento

seguirátrasladándoseenlínearectayavelocidadconstante,salvosi

intervienealgunafuerzaexterna”

TerceraLeydeNewton.Principiodeaccióny reacción.

Newtondijo:

“Atodaacciónseleoponeunareaccióndeigual magnitud

peroensentidocontrario”

5.2.1.Primeracondicióndeequilibrio.


5 grupo 6

Diremosqueuncuerposeencuentraenequilibriodetraslacióncuando la

resultantedelasfuerzasqueloafectanescero.

Cuerpoenequilibrio Polígonovectorialcerrado

5.2.2.TeoremadeLami

Siuncuerpoestáenequilibriodebido alaaccióndetresfuerzas, éstas deberánser:

1. Coplanaresy concurrentes

2. Unadeellasseráigualperoopuesta a la resultantedelasotrasdos.

3. El módulo de cada fuerza será directamenteproporcionalconelseno

del ángulo que se opone a su correspondientedirección.

6. PROCEDIMIENTO


6 grupo 6

Verificacióndeldinamómetro.

Ensamblartodaslaspiezascomoseveenla figura1.

Figura 1.Primer montaje para la verificación del dinamómetro.

IngresealprogramaDataStudio,alingresaralsistemalorecibirála

ventanadebienvenidasiguiente.

Figura 2.Ventana de bienvenida del Data Studio.


7 grupo 6

HagaclicsobreelíconoCREAREXPERIMENTOyseguidamentereconocerá

losdinamómetrospreviamenteinsertadosa la interfasePowerLink.

HagacliceneliconoCONFIGURACIONyseleccionetiropositivo auna

frecuenciade50Hz.LuegopresioneeliconodelSENSORDEFUERZA1luegoseleccione

numérico ycambiea2cifrasdespués delacomadecimal. Seguidamente

arrastreeliconoMEDIDORDIGITALsobrecadaunodelos

dinamómetros.Ustedveraapareceruna ventanacomolasiguiente.

Figura 3.Ventana de señal digital.

Alhacerledobleclicsobreeliconodelsensordefuerzayseleccionarel

iconoNUMÉRICOustedpodrá agregarlacantidaddecifrasdespuésdelpunto decimal.

Trabaje con 2 cifras. Según información proporcionada por el

fabricantelamínimalecturaqueproporcionaelequipoesde0.03Nyla máxima

50N.Unavezcolocadodeestamaneraysinningunafuerzaadicional

aprieteelbotónZerocolocadosobreelmismosensor.

Ahoradetermine elpesodeunapesa,luegodedos,tresycuatropesas

respectivamente.Anotandola lecturadeldinamómetroenla tabla 1.

TABLA1. Determinación de pesos de pesas

Observación:

PodemostomaraΔPcomoelerrorinstrumental delequipoque

eslamínimalectura queefectúaentre2.Según información

proporcionadaporelfabricantelaminitalecturadelsensor fuerza esde0,03N.

Cantidaddepesas 1 2 3 4 5

Peso(N) 0.4905 0.9810 1.4715 19620 2.4525

LecturaP±ΔP 0.48±0.03 0,97±0.03 1.48±0.03 1.96±0.03 2.44±0.03


8 grupo 6

6.1.1.Consuspalabrasdefinaelconceptodefuerza.

Es una magnitud física capaz de modificar el estado original de los cuerpos. Estas

fuerzas pueden ser de acción directa o de acción a distancia.

6.1.2.¿Cómohizo pararepresentarunafuerza?

Para su representación de las fuerzas dibujamos los vectores, que es

representada por una flecha siempre teniendo en cuenta dirección y sentido de

flecha

6.1.3.¿Eslafuerzaunvector?¿Porqué?Darejemplosdeotrasmagnitudes

físicasvectoriales.

Si, la fuerza es un vector; porque la fuerza tiene sentido y dirección además

sabemos que la fuerza es igual masa por aceleración, aquí la masa es una

magnitud escalar y la aceleración es magnitud vectorial, esto quiere decir que la

multiplicación entre las dos magnitudes nos da un vector.

Ejemplos:

Velocidad

Aceleración

Posición

Torque

Accióny reacción.

Hagaclicsobreel icono CONFIGURACIÓN,seleccionelaopcióntiropositivo

quetieneparaelsensor defuerza 1ylaopciónempujepositivoparael

sensordefuerza2,ambosa50hz.Ambos deben tener2dígitosdespués de la comadecimal.

ArrastreeliconoGRÁFICO sobreelsensordefuerza1.Ustedverá aparecer

laventanadeungráficodefuerzaenfuncióndeltiempo.Luego arrastreeliconoGRAFICO

1sobreelsensordefuerza2.Asíquedaráun gráfico con dos ejes Y coordenados de fuerza

(para cada sensor) que compartenelejeX(tiempo).

http://www.monografias.com/trabajos35/categoria-accion/categoria-accion.shtml


9 grupo 6

Seguidamente mientras usted tira de los dinamómetros como se muestraenla figura4,

otrocompañerograbarálosdatosobtenidos.

Figura 4.Segundo montaje.

Los cualesdeben quedarsimilaresa los obtenidosen la figura 5,

observequeseencuentraslosdatosdeambosdinamómetros.

Figura 5.Resultado del segundo montaje.

6.2.1.¿Cuálessonlosmáximosymínimosvaloresobtenidos?Utiliceelícono

estadísticas.

MIN. MAX.

F1(N) O.O3 7.74

F2(N) -7.77 0.00 Tabla 1. Tercera ley de Newton (a toda acción hay una reacción)

6.2.2.¿Aquésedebelaformatan peculiardelafigura?Hagaotra grabaciónpara

observarsi conservaelcontornocerrado.

Se debe al principio de acción y reacción, pues en la figura 5, se cumple la tercera ley de

newton lo que quiere decir que a una acción (acto) hay una reacción, en figura se

muestra de dos fuerzas una en favor y otra en contra, estas tienen un valor muy

cercano, una variación insignificante ósea iguales. (Este pequeño error es por el error del

instrumento).


10 grupo 6

6.2.3.Finalmente¿AquéleydeNewtonseajustalosresultadosobtenidos?¿Por qué?

A la tercera ley de newton, el principio de acción y reacción, porque comparando

las fuerzas son las mismas, pero en sentidos contrarios.

Paralelogramodefuerzasconcurrentes.

Ensamblelaspiezas comosemuestraenlafigura6,detalmanera que obtenga

F1=0,83 N yF2=0,81 N,delasseñalesdigitalesdelosdinamómetros.

Figura 6.Tercer montaje.

Estableciendounaescalaalasfuerzas,dibujeunparalelogramomidiendoelvalordela

diagonal(FR) . Anotelosvaloresmedidosenlatabla2.

TABLA3. Medición de los valores diagonales

Incremento de 0.5N


11 grupo 6

Fórmula para calcular la fuerza resultante.

F1(N)

0.83

1.32

1.45

F2(N)

0.81

1.29

0.73

FR(N)

1.24

1.36

1.06

P(N)

1.48

1.48

1.48

α1 (º)

41

59

74

α2 (º)

40

58

25

Do

ble


12 grupo 6

F1

F2

FR

P=1.48 N

41 40

DIBUJADO POR: GRUPO 6 ESCALA: S/E

FR= 1.359 N FECHA: 15/08/12

FR= 1.24

F1=0.83

F2=0.81


13 grupo 6

FR= 1.36

F1=1.32

F2=1.29

P=1.48

58 59


FR= 0.864 N FECHA: 15/08/12


14 grupo 6

F1=1.45

F2=0.73

FR=1.06

7.4 25


FR= 0.973 N FECHA: 15/08/12


15 grupo 6

α1 (º)

10º

20º

40º

α2 (º)

10º

20º

40º

F1(N)

0.72

0.75

0.91

F2(N)

0.70

0.78

0.94

FR(N)

1.39

1.43

1.41

P(N)

1.48 1.48 1.48

Ensamblelaspiezastalcomo seobservaenlafigura7,detalmanera queα1 =α2 =20º.

Figura 7.Cuarto montaje

Estableciendo una escala a las fuerzas, dibuje un paralelogramo midiendoel

valordela diagonal.Anotelosvaloresmedidosenla tabla3.

TABLA3. Medición de valores diagonales de ángulos constantes.


16 grupo 6

F1=0.72

F2=0.70

FR=1.39

10 10

P=1.48


FR= 1.191 N FECHA: 15/08/12


17 grupo 6

F1=0.75

F2=0.78

FR=1.43

20 20


FR= 0.624 N FECHA: 15/08/12


18 grupo 6

F1=0.91

F2=0.94

FR=1.41

40 40


FR= 1.234 N FECHA: 15/08/12


19 grupo 6

6.3.1. ComparalafuerzaresultanteconlafuerzaoriginadaporlaspesasP.¿Qué

puedeconcluir?

Los resultados obtenidos en esta experiencia fue cercana a la las fuerzas de la suma de

las pesas, esto debido a la mala toma de datos por parte del grupo, además por un error

de los instrumentos.

6.3.2.Unapersona desdesucasacamina14cuadrashaciaelNorteyluegocamina otras

18 hacia el Este. Entoncesen el regreso más corto ¿Caminará 32

cuadras?Justifiquesurespuestausandovectores.

R2=142+182

R=22.80 cuadras.

Falso, es solo 22.80 cuadras.

6.3.3.¿Eselpesouna fuerza?Explique.

Si, el peso es la fuerza que la gravedad que ejerce sobre un cuerpo, de acuerdo a la

masa que posee dicho cuerpo, ósea fuerza es igual aceleración (gravedad) por masa.

6.3.4.¿Quésignifica equilibrio?

Estado de un cuerpo cuando fuerzas encontradas que obran en él se compensan

destruyéndose mutuamente, ósea la suma de vectores en cada uno de las partes se

anulan.

6.3.5.Significaentoncesqueuncuerpoenequilibrioestánecesariamenteenreposo.

No, necesariamente pueda estar en equilibrio pero a una velocidad constante, un ejemplo

sería un M.R.U


20 grupo 6

6.4. Aplicación

Conelempleodeunconjuntodepoleas(polipasto)podemos reducirla

intensidaddeunafuerza,segúnsemuestraenlafigura8,determinaremos el

valordeestafuerzay elporcentajedelpesoreducido.

Figura 8.Quinto montaje

Empleeelsensordefuerzalomásverticalposibley completelatabla4

TABLA5. Determinación de la fuerza, en peso

reducido (usando poleas)

Peso

Fuerza

%reducido

200 g. 0.16 N 91.8%

250 g. 0.30N 87.5%


21 grupo 6

6.4.1.¿Porquéesimportanteusarunpolipasto?

Su importancia es levantar o mover una determinada carga, esto porque ofrece ventaja

mecánica, ya que solo se necesita aplicar una fuerza mucho menor que el peso que hay

que levantar o mover.

6.4.2.¿Dequédependela reduccióndela fuerza?

Va depender por el número de poleas que lleva el polipasto

6.4.3.¿Quéaplicación tendríaestosdispositivosenlavidareal?

Se aplica en grúas industriales, se utilizan en talleres o industrias para elevar y colocar

elementos y materiales muy pesados en las diferentes máquinas- herramientas o

cargarlas y descargarlas de los camiones que las transportan. Ejemplo: El tecle, que con

pequeña fuerza puedes levantar una carga pesada.

7. OBSERVACIONES

Antes de empezar a las lecturas, se configura los sensores de fuerza a cero (0),

sin peso, solo los sensores.

Al realizar las mediciones se tiene que tener cuidado moviendo las pesas ,

trabajar con mucho paciencia.

8. CONCLUSIONES

Se llegó a comprobar, ya una masa colocada en el sensor de fuerza y la fuerza

que ejerce la tierra sobre el objeto por la atracción de gravedad eso se lo

denomina peso. Que tiene dirección y módulo.

P = m.g

m : la masa del cuerpo

g : la aceleración de la gravedad

Se logró verificar la tercera ley de Newton, ósea el principio de acción y reacción,

esto se logró gracias a los sensores de fuerza, comprobando al tirar de los

sensores los valores máximos y mínimos estos resultan casi iguales.

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinas-herramientas

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinas-herramientas

http://es.wikipedia.org/wiki/Camion


22 grupo 6

También se pudo comprobar que a toda acción se opone una reacción de igual

magnitud pero en sentido contrario.

También se demostró que el cuerpo va estar en equilibrio cuando las dos fuerzas

de sensores estén equilibradas nos dará dos ángulos iguales.

Igual a la anterior pero ahora ponemos ángulos iguales, y da fuerzas casi iguales

con un margen de error, debimos a la medición.

9. BIBLIOGRAFÍA

Guía de laboratorio de física II (TECSUP 2012)

Física para ciencias e ingeniería, GIANCOLI, cuarta edición vol. 1

10. ANEXO

CALCULOS DE LA TABLA 1

Calculamos los pesos para 1, 2, 3,4y 5 pesas. Cada pesa de masa igual a 50g. (0.05).

Formula

P = m × g

Dónde:

m: masa (Kg)

g: aceleración de la gravedad (m/s2)

Una pesa

P= (0.05).(9.81) =0.4905N .

Dos pesas

P= (0.1).(9.81) =0.9810N

Tres piezas

P= (0.15).(9.81) =1.4715N

Cuatro pesas

P= (0.2).(9.81) =1.9620N

Cinco pesas


23 grupo 6

P= (0.25).(9.81) =2.4525N

laboratrio física ii

Documents