Equilibrio 4 Informe de Fisica

EQUILIBRIO

I. OBJETIVOS1. Investigar sobre las condiciones para que un sistema se encuentre en

equilibrio.2. Investigar el comportamiento de la fuerza concurrente.

II. EQUIPOS Y MATERIALES

2 Soporte universal

2 Polea

1 Juego de pesas

1 Regla patrón (con orificios)

Cuerda

2 Clamp o agarradera

3 Porta pesas

2 Dinamómetros

1 Balanza

1Tablero

SOPORTE UNIVERSAL

Un soporte de laboratorio, soporte universal o pie universal es una pieza del equipamiento de laboratorio. El soporte universal es una herramienta que se utiliza en laboratorios para realizar montajes con los materiales presentes en el laboratorio y obtener sistemas de mediciones o de diversas funciones.

Dinamómetros

Se denomina dinamómetro a un instrumento utilizado para medir fuerzas o para pesar objetos. El dinamómetro tradicional, inventado por Isaac Newton, basa su funcionamiento en la elongación de un resorte que sigue la ley de Hooke en el rango de medición.

Regla patrón

PORTA PESAS

Instrumento metálico de 31 gr. Para sostener las cargas de hierro.

III.FUNDAMENTO TEORICO

Para que un cuerpo rígido se encuentre en equilibrio mecánico, debe de estar en:

a) EQUILIBRIO DE TRASLACION

“Un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación si y sólo si la suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre el es igual a 0.”

Esto ocurre cuando el cuerpo no se traslada o cuando se mueve con velocidad constante; es decir, cuando la aceleración lineal del centro de masa es nula, obse4vado desde un sistema de referencia inercial. F = 0

b) EQUILIBRIO DE ROTACION“Un cuerpo se encuentra en equilibrio de rotación si la suma algebraica de los momentos o torques de las fuerzas aplicadas al cuerpo, respecto a un punto cualquiera debe ser igual a cero.”

Esto ocurre cuando la aceleración angular alrededor de cualquier eje es nula. = 0Para verificar que se cumple esta segunda condición se realizan los siguientes pasos.1. Se identifica todas fuerzas todas las fuerzas sobre el cuerpo.2. Se escoge todas fuerzas aplicadas sobre el cuerpo.

3. Se encuentra cada uno de los momentos de fuerzas respecto al punto de giro escogido.

4. Se realiza la suma de torques y se iguala a cero.

Tenga en cuenta que esta formulación se refiere solo al caso cuando las fuerzas y las distancias estén cobre un mismo plano. Es decir, este no es un problema tridimensional.La suma de los momentos de fuerzas respecto a cualquier punto, dentro o fuera del cuerpo debe ser nulo. Ejemplos. Sea una cuerpo rígido en forma de varilla, de peso despreciable.

En la figura 1, la fuerza resultante sobre el cuerpo es nula; pero el momento de fuerza recpecto a su centro es 2fd. Donde, d es la distancia desde el puto de aplicación de las fuerzas (F y –F) al centro de la viga. En este caso la varilla no variara su posición aunque tendera a girar de manera anti horaria.

En la figura 2, la fuerza resultante es 2F y el momento de fuerza respecto a su centro es nulo. Por lo tanto existe un equilibrio de rotación pero no de traslación. Es este caso la varilla asciende verticalmente sin rotar.

La figura 3, muestra la varilla en equilibrio tanto de traslación como de rotación; por lo tanto la varilla se encuentra en reposo “absoluto” respecto a su sistema de referencia.

III. PROCEDIMIENTO

MONTAJE 1Monte el equipo tal como se muestra en el diseño 1, de la figura 4.Suspenda en los extremos de la cuerda bloques de pesos diferentes F1 y F2 y en el centro un bloque de peso F3 tal que F1 +F2 = F3. Deje que el sistema se estabilice.

Recuerde que debe cumplirse la ley de la desigualdad de los lados del triángulo: “Un lado es menor que la suma de los otros dos lados y mayor que su diferencia.”

1. Pegue un papel en el tablero y coloque este en la parte posterior de la cuerda; marque en el papel las direcciones de las tensiones de las cuerdas.

2. Retire el papel y anote en cada línea los valores de los pesos correspondientes.

600 N 600 N

600 N600 N

3. Complete en el papel el paralelogramo con una escala conveniente para los valores de F1 y F2. ¿Concuerda su resultado por el método gráfico con el cuerpo F3 ?

No concuerda con los datos obtenidos en laboratorio

¿Qué diferencias hay entre resultante y equilibrio?

La resultante de un sistema de vectores es un único vector capaz de reemplazar el efecto del sistema, en otras palabras, en lugar de un sistema de vectores puede emplearse un único vector al que se denomina "vector resultante". El vector equilibrante es un vector único que anula el efecto de un sistema de vectores, en otras palabras, un sistema de vectores puede ser anulado por un único vector denominado "vector equilibrante". Por estas definiciones es que el vector resultante de un sistema de vectores y el vector equilibrante tienen módulos y direcciones idénticos pero sentidos contrarios u opuestos; por esto, el vector "equilibrante" de un sistema de vectores es el vector opuestos del vector "resultante" del mismo sistema.

4. Repita los pasos 2, 3,4 y 5.

5. Coloque tres bloques de igual peso y mida los ángulos: , y .

=30° =120° =30°

¿Concuerdan con el valor teórico de 120°? Justifique su respuesta

Si concuerda. Si y solo si cuando las pesas en los extremos son iguales

120°

¿En qué casos los dinamómetros marcaran igual valor?

Basta con que los pesas de los lados sean iguales para que los dinamómetros marquen igual magnitud.

Hacer un gráfico que exprese visualmente lo que explique la respuesta.

6. Coloque tres bloques cuyos pesos estén en relación 3:4:5

Mida los ángulos que forman entre ellos. Verifique que el ángulo entre las cuerdas sea 90°.

Al hacer el diagrama de fuerzas se puede observar que el sistema se encuentra en equilibrio

FUERZA W

FUERZA W

FUERZA W FUERZA W

FUERZA X

Se puede apreciar el ángulo de 90°

MONTAJE 2

Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental 2, de la figura 5.

1. Coloque los dinamómetros en los agujeros en 10cm y 70 cm. Anote las lecturas de cada dinamómetro.F1 =1.25 NF2 =0.5 N

2. Coloque en el agujero ubicado en el centro de gravedad de la regla un bloque de masa 400g y anote las lecturas en cada dinamómetrosF1 = 2.75 NF2 = 0.3 N

3. Desplace el bloque de peso F3 al agujero a 30cm del primer dinamómetro y anote las lecturas de ambos.F1 =3.5 NF2 =3 N

4. Adicione un bloque de masa 200g a 10 cm del segundo dinamómetro y anote las lecturas de ambos. F1 = 4 N F2 = 4 N

IV. EVALUACIÓN1. Encuentre teóricamente el valor de la equilibrante por cada uno de los tres

métodos siguientes: ley de Lamy (de los senos), ley del coseno, por descomposición rectangular. Compare las magnitudes de R3 y los ángulos, y hallados con el obtenido en el paso 4 y los medios experimentalmente. Confeccione un cuadro de sus resultados y de los errores experimentales porcentuales con respecto a la equilibrante colocada.

2. Calcule teóricamente las reacciones en los puntos de suspensión para los pasos 9 y 10 y compare con las lecturas en los dinamómetros.

DEL PASO 9En la vertical:F1 + F2 – (F3 + WREGLA) = 0 N3,5N + 3N – (4N – 2,45N) = 0 N0,05N 0 N

Aplicando momentos3,5N*50cm – [3N * 50cm + 4N * 20cm] =055N= 0 N

DEL PASO 10En la verticalF1 + F2 – (F3 +F4 + WREGLA) =00= (4N + 2N +2,45N) - 4N + 4N 00,55N

Aplicando momentos F1 *50cm + F4 * 40cm – (F2 *50cm + F3 * 20cm) =04N*50cm + 2N*40cm – (4N*50cm + 4N*20cm) =00 = 0

3. ¿Qué observa de las fuerzas que actúan sobre la regla acanalada?Las fuerzas no necesariamente tiene que ser de igual magnitud para que el sistema se encuentre en equilibrio ya que depende de otros factores como: la distancia en la que se cuelga las cuerdas a la regla.

V. CONCLUCIONESDespués de haber estudiado y analizado diferentes ejemplos reales de equilibrio, podemos llegar a la conclusión de que en todo cuerpo y en todo momento y a cada momento están interactuando diferentes tipos de fuerza, las cuales ayudan a los cuerpos a realizar determinados movimientos o, a mantenerse en estado de equilibrio, ya sea estático o dinámico.

VI. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONESSe comprobó la primera y segunda ley de equilibrio que teóricamente se pudo aprender y que en la práctica si no se toman datos exactos ni precisos no se pueden obtener resultados exactos.