Laboratorio de Física General II

Práctica de Laboratorio N°1

ESTÁTICA. PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO

Integrantes:

AYLAS TEJEDA, Lucero RAMIREZ HUAMAN, Hugo Erick

Grupo: 1

Profesor: Truyenque Tanaka José

Semana 1

Fecha de realización: 29 de AgostoFecha de entrega: 04 de Setiembre

2015 - II

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ESTÁTICA. PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO

1. INDRODUCCIÓN

La estática es la parte de la mecánica que se ocupa de estudiar las fuerzas sin considerar el movimiento que estas lleguen a producir, estudiará las condiciones de equilibrio de los sistemas de fuerzas y se considerará fuerzas aplicadas solamente a masas puntuales y cuerpos rígidos. El siguiente trabajo tiene como objetivo comprender las Leyes de Newton, reconoceremos el concepto de equilibrio, y llegaremos a interpretar el concepto de fuerza, debido a que es una consecuencia de la interacción entre los cuerpos.

Con la ayuda del programa Logger Pro mediremos las fuerzas que se necesita para cada peso. Verificaremos los datos obtenidos por métodos teóricos, como el método del paralelogramo para hallar la fuerza resultante, con los resultados que obtendremos en el transcurso de cada experimento y poder llegar a respuestas similares.

2. OBJETIVOS:

Verificar experimentalmente la primera condición de equilibrio, para fuerzas que pasen por un mismo punto.

Establecer diferencias con los datos que se lleguen a obtener experimentalmente en el laboratorio con los datos obtenidos teóricamente.

Llegaremos a determinar relaciones matemáticas entre las variables físicas que intervienen en un experimento.

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3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS:

ESTÁTICA:

Es el estudio de las propiedades generales de las fuerzas y las condiciones de equilibrio de los cuerpos bajo la acción de las fuerzas aplicadas a estos.

FUERZAS:

Son magnitudes vectoriales y las representamos por una flecha conocida como vector, que contiene magnitud o módulo, dirección, punto de aplicación y sentido; teniendo como unidad al Newton. La fuerza es la medida de la acción mutua (interacción) de los cuerpos. La fuerza de gravedad es el ejemplo más común, esta es la fuerza que ejerce la tierra a los cuerpos; aparece de una interacción a distancia.

FG=m .g

DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE:

Hacer un diagrama de cuerpo libre, significa representar gráficamente las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Veamos:

Primero se identifica las condiciones del problema, asegurándonos de colocar todas las fuerzas que estén actuando sobre el cuerpo, estas fuerzas deberán tener dirección y sentidos correctos.

Si se llegara a ver varios cuerpos de estudio, se tendrá que separar, ya que cada uno tiene su propio DCL.

Si el sistema es de dos cuerpos y aparece una entre ellas, no olvidar colocar las fuerzas de acción y reacción en su respectivo DCL.

Si se vieran cables en la gráfica estas se representarán por medio de vectores que llamaremos tensiones que jalarán al cuerpo.

Si hubiese fuerza de rozamiento, se representa a la fuerza de roce mediante un vector tangente a las superficies en contacto y oponiéndose al movimiento.

LEYES DE NEWTON:

PRIMERA LEY:

Llamada también Ley de Inercia, establece que todo cuerpo que no esté sujeto a la acción de una fuerza resultante esta en equilibrio (estática), lo que queremos decir es que todo cuerpo que se encuentre en reposo o moviéndose a velocidad constante mantendrá ese estado a menos que la acción de alguna fuerza los obligue a cambiar.

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TERCERA LEY:

Llamada también ley de acción y reacción, esta ley establece que siempre que un cuerpo “A” ejerce sobre otro “B” una fuerza, que llamaremos acción, el cuerpo “B” ejerce sobre “A” otra fuerza de igual intensidad pero de dirección contraria, a la cual se le conoce como reacción.

En el diagrama se observa a la persona ejerciendo una fuerza sobre la pared (Facción¿, pero también se observa a la pared ejerciendo una fuerza sobre la persona (F reacc ión¿, estas fuerzas son de magnitudes iguales:

Facción=−Freacción

PRIMERA CONDICION DE EQUILIBRIO

Un cuerpo estará en equilibrio de traslación si la fuerza resultante que lo afecta es nula, en el cual los vectores fuerza tomaran un polígono vectorial cerrado.

∑ F = 0 TEOREMA DE LAMI

Si un cuerpo está sometido a tres fuerzas no paralelas y en equilibrio, se cumplirá que ellas serán coplanares y concurrentes, tal que una es la resultante de las otras dos. Sus vectores representativos forman un triángulo. Asimismo, sus modulos estarán en proporción directa con el seno de los ángulos que se opones a sus respectivas direcciones.

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4. MATERIALES:

Computadora con el programa Logger Pro

Interfase Vernier

Dos sensores de fuerza Dual range force sensor

Pesas y portapesas

Dos varillas

Dos bases soporte

Dos nuez doble

Cuerdas

Transportador

Calculadora

Regla

Polipasto

5.PROCEDIMIENTOS:

Verificación del Dinamómetro

1. Primero se pasó a ensamblar todas las piezas del primer montaje (el sensor de fuerza y el porta pesas)

2. Abrimos el programa Logger pro, se conectó vernier con el sensor de fuerza para configurarlo y comenzar a tomar datos.

3. Se configuro el cursor del sensor a 50 N, y este por defecto está configurado a 50 Hz y tendrá 2 dígitos después de la coma decimal.

4. Se hizo click en el icono “0” del Logger Pro para calibrarlo.5. Finalmente se comenzó a poner diferentes pesas y tomar los datos de la fuerza

que mostraba el Logger Pro.

Acción y reacción

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1. Pasamos a conectar el otro sensor de fuerza para posteriormente configurarlo en el Logger Pro, hicimos click sobre el icono EXPERIMENTO, seleccionamos configurar pesas en la opción mostrar todas las interfaces, seguidamente en el sensor 2 hicimos click en la flecha pequeña, y elegimos dirección inversa.

2. Calibramos los dos sensores de fuerza3. Seguidamente se pasó a realizar el segundo montaje y se siguió las

instrucciones del profesor para la toma de datos.

Paralelogramo de fuerzas concurrentes

1. Se pasó a ensamblar el tercer montaje del laboratorio2. Colocamos un peso de 100g mas porta pesas, para posteriormente querer

obtener las fuerzas indicadas en el experimento. 3. Al obtener las fuerzas requeridas, se anotaron los ángulos que formaban

dichas fuerzas.4. Se estableció una escala de fuerzas y realizamos el método geométrico

del paralelogramo para poder hallar la fuerza resultante.

5. Se ensambló el cuarto montaje del laboratorio6. Ahora se requería obtener ángulos dados por el experimento, para luego

tomar de dato las fuerzas mostradas por el Logger Pro.7. Se hizo el mismo método geométrico del paralelogramo para poder hallar

la fuerza resultante

Aplicación

1. Se ensambló el quinto montaje de laboratorio con un polipasto e hilos, previamente enseñado por el profesor.

2. Se conectó el sensor de fuerza lo más vertical posible y se comenzó a tomar datos para determinar el porcentaje del peso reducido

6. RESULTADOS OBTENIDOS

Verificación del Dinamómetro

Cantidad de pesas

1 2 3 4 5

Peso (N) 0.489 0.6846 0.978 1.1736 1.467

Lectura P±∆ P 0.49 ± 0.005 0.68 ± 0.005 099 ± 0.005 1.18 ± 0.005

1.49 ± 0.005

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1. Con sus palabras defina el concepto de fuerza.

La fuerza es el resultado de toda interacción, cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, con una determinada masa, a este le provoca un efecto. Como por ejemplo al empujar, jalar, tensar, etc.

2. ¿Cómo hizo para representar una fuerza?

Las representamos por una flecha conocida como vector, que contiene magnitud o módulo, dirección, punto de aplicación y sentido

3. ¿Es la fuerza un vector? ¿Por qué? Dar ejemplos de otras magnitudes físicas vectoriales.

Si es un vector porque tiene sentido, dirección y módulo. La aceleración, la intensidad luminosa, la velocidad, el campo eléctrico son otros ejemplos de magnitudes físicas vectoriales.

Acción y reacción

1 ¿Cuáles son los máximos y mínimos valores obtenidos? Utilice el icono de

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estadísticas.Los máximos valores obtenidos por la fuerza 1 y 2 son 21.76 y 0.1659 respectivamente, mientras que los mínimos valores obtenidos por la fuerza 1 y la fuerza 2 son 0.1381 y 22.06 respectivamente.

2 A qué se debe la forma peculiar de la figura?

Se debe a que en los dos sensores se aplica la misma fuerza y por eso se obtiene figuras similares por arriba y debajo del eje X

3 Finalmente ¿A qué ley de newton se ajusta los resultados obtenidos?

Se ajusta a la primera ley de Newton, porque al momento de realizar las fuerzas a los sensores estos permaneces en reposo ya que las fuerzas que se aplican son aproximadamente iguales, por lo que la fuerza resultante sería nula.

Paralelogramos de fuerzas concurrentes

TABLA 2. (Caso 1)

F1 (N)0.93 1.22 1.03

F2 (N)0.91 1.20 0.65

FR (N)0.96 1.01 0.94

P(N) 0.978 0.978 0.978

α 1(∘) 56° 64° 38°

α 2(∘) 59° 76° 79°

% error 1.84 % 3.27 % 3.88 %

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PRIMER CASO:

Primer gráfico: FR = 0.96 N

Segundo gráfico:FR = 1.06 N

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Tercer gráfico: FR = 0.94 N

TABLA 3 (CASO 2)

α 1(∘) 10 20 40

α 2(∘) 10 20 40

F1 (N)0.47 0.46 0.47

F2 (N)0.54 0.58 0.57

FR (N)0.99 0.97 0.84

P(N) 0.978 0.978 0.978

% ERROR 1.22 % 0.81 % 14.11 %

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SEGUNDO CASO:

Primer gráfico: (10°)

FR = 0.99 N

Segundo gráfico:

FR = 0.97 N

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Tercer gráfico:

FR = 0.84 N

Aplicación

TABLA 4

Peso Fuerza % reducido

4,93 N 0,60 N 87, 62 %

3, 96 N 0,45 N 88,63 %

1. ¿Por qué es importante usar un polipasto?

Es importante porque se utiliza para mover, levantar o trasladar un cuerpo, con la ventaja de que se necesitará una fuerza mucho menor, que el peso del cuerpo que se tiene que mover.

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2. ¿De qué depende la reducción de la fuerza?

La reducción de la fuerza depende del ángulo

3. ¿Qué aplicación tendría estos dispositivos en la vida real?

En la actualidad se llega a usar en talleres o industrias para elevar y colocar cuerpos muy pesados para poder ser transportados y colocados en un carro de carga. También se utiliza para las acciones de rescate en una montaña, y en muchas situaciones más.

7. OBSERVACIONES:

En el experimento tres se presentaron un error elevado, debido a que se pudo haber calculado mal el ángulo o algún problema en el sistema.

Se observó mediante cálculos que los valores teóricos y prácticos no presentaban gran variación.

8. CONCLUSIONES:

Se concluyó que mediante el método geométrico del paralelogramo se podía aproximar el valor de la fuerza resultante.

Se concluyó que por medio del polipasto, podemos levantar gran cantidad de peso con una fuerza mínima.

HOJA DE DATOS

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BIBLIOGRAFÍA

FISICA I. Teoría y problemas resueltos. Humberto Leyva. Primera edición (2009)

FISICA Para ciencias e ingeniería. Serway-Jewett Séptima Edición-Capitulo 5.

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