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LABORATORIO Nº 2
MEDICIONES DE FUERZAS Y EQUILIBRIO
A. OBJETIVO.
Verificar experimentalmente las condiciones que cumplen las fuerzas, que actúan sobre un cuerpo en equilibrio.
B. FUNDAMENTO TEÓRICO Un dinamómetro es un instrumento destinado a las medidas de fuerzas. Existen diversos tipos siendo el más corriente el muelle, como el muelle es elástico el efecto de la fuerza sobre el mismo es una deformación, las deformaciones son proporcionales a las fuerzas aplicadas, siempre que no sobrepase el límite de elasticidad conocido como la ley de Hooke. Cuando un cuerpo suspendido se encuentra en equilibrio, la vertical que pasa por el centro de gravedad pasa también por el centro de suspensión. Este requisito es necesario para que el momento del peso con relación al centro de suspensión sea nulo. Además, el peso queda contrarrestado por una fuerza igual y contraria producida por el centro de suspensión. Se dice que un sólido rígido está en equilibrio cuando las fuerzas externas que actúan sobre él forman un sistema equivalente a cero, haciendo las relaciones siguientes:
0 1
n
i
F
n
i
z
n
i
y
n
i
F x F F 1 1 1
Cuando una fuerza F
actúa sobre un sólido rígido, ésta la representamos por un vector con su respectivo módulo, dirección y sentido. El efecto de la fuerza sobre el sólido rígido depende también de su punto de aplicación, este punto de aplicación se define convencionalmente mediante el vector r^ que une el origen O con el punto A. El vector r^ es conocido como el vector posición del punto A, donde se aplica la fuerza F
El vector posición y la fuerza definen un plano, mostrado en la figura.
M
F
r^ o
Así podemos decir: el momento de F
respecto a “O” es el producto vectorial de r^ y F
Donde: M r F
r^ : Vector dirigido desde el centro de rotación hasta el punto de aplicación de la fuerza F
Un cuerpo rígido se encuentra en equilibrio de rotación cuando se cumple que, la suma total de los momentos o torques que actúan sobre el cuerpo rígido es igual a cero:
1 2 3 ...^0
1
n
n
i
MR M i M M M M
Como M
es un producto vectorial, debe ser perpendicular al plano formado por los vectores (^) r^ y F
. Donde el vector M
representa el eje respecto al cual gira el cuerpo debido a la fuerza F
El sentido se determina mediante la regla de la mano derecha. Por definición del producto vectorial también podemos expresar:
M = r Fsen Donde (^) es el ángulo formado por (^) r^ y F
C. EQUIPO Y MATERIALES.
Una regla graduada. Dos soportes universales. Dos varillas metálicas. Una regla de madera Cuatro resortes Helicoidales Una barra metálica de sección cuadrada con agujeros
D. DIAGRAMA DE INSTALACION
Tabla 1
Elongación (cm)
RESORTE 1 L = Lf -Lo
RESORTE 2
Masa (g)^ L = Lf^ -Lo
PARTE II
5.- Usando dos resortes, colgar la barra metálica como se muestra en la figura
6.- Mida la longitud final de cada resorte L 1 = ................. L2 = .................... Distancia O 1 – O 2 = …………………... 7.-Mida la masa de la barra. mB = ..................
PARTE III 8.- Disponga las varillas y resortes como se muestra en la figura 3, de tal manera que el
listón de madera se mantenga en la posición horizontal.
9.- Mida la longitud final de los resortes L 1 = ........... L 2 = ................ 10.- Mida la distancia O 1 – O 2 = ……………. 11.- Mida la masa de la barra horizontal m= ……………… 12.- Mida la longitud de la barra horizontal; L = …………….
F. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES
1.- ¿Se podría medir la fuerza en el sistema masa resorte dinámicamente? 2.- ¿Cuántos datos son necesarios para especificar completamente la medida de la fuerza, en el resorte? 3.- ¿Qué fuerza o fuerzas actúan sobre el resorte, para restaurar el equilibrio? 4.- Sobre el sistema masa-resorte en equilibrio ¿actúa alguna aceleración? ¿Cuál es su valor?
5 GUIA DE LABORATORIO DE FISICA - I
INFORME DE LABORATORIO
G. ANÁLISIS DE RESULTADOS EXPERIMENTALES
PARTE I
1.- Con datos de la tabla 1, graficar la fuerza (N) en función de la elongación (m) del resorte (para cada uno de los resortes utilizados en el experimento). 2.- Para cada gráfica: escribir su ecuación tipo y calcular el parámetro correspondiente, especificando qué representan físicamente; utilizando el método de los mínimos cuadrados.
PARTE II
3.- Determine el seno del ángulo que hace la barra con la horizontal a partir de la distancia O 1 - O 2 y la diferencia de altura entre las longitudes finales de los resortes. 4.- Respecto al centro de gravedad de la barra escriba el valor del torque para cada una de las fuerzas que actúan sobre la barra. 5.- Encuentre los torques de cada fuerza respecto a los puntos O 1 y O 2. 6.- Verifique las condiciones de equilibrio de la barra.
PARTE III
7.- En tercer experimento: determine las fuerzas F 1 y F 2 a partir de las constantes elásticas obtenidas en el paso 2 y las elongaciones respectivas. 8.- Verifique la primera condición de equilibrio. 9.-Verifique la segunda condición de equilibrio. Tomando torques con respecto al centro de gravedad. 10.-Verifique la segunda condición de equilibrio, tomando torques con respecto a O 1 y O 2.
G. CONCLUSIONES
¿A qué conclusiones se puede llegar después de realizado el análisis de datos?
H. RECOMENDACIONES
Indique las recomendaciones que considere conveniente
I. CUESTIONARIO
El cuestionario correspondiente le será entregado por el jefe de práctica al finalizar la sesión de laboratorio.
