PRCTICA EXPERIMENTAL No7UNIVERSIDAD TCNICA DE ORUROFACULTAD
NACIONAL DE INGENIERADEPARTAMENTO DE FSICA4
CAPTULO: TRABAJO Y ENERGA
TEMA: FUERZA ELSTICA
1. OBJETIVOS. Determinar la constante elstica del resorte con
una 95% de confianza. Verificar la Ley de Hooke. Determinar el
trabajo mximo realizado por la fuerza elstica.
2. FUNDAMENTO TERICO.TRABAJO Y ENERGIAQu es trabajo?El trabajo
es una magnitud escalar que nos expresa la medida de la transmisin
de movimiento de un cuerpo hacia otro mediante una fuerza.
La fuerza necesaria para estirar un resorte es proporcional a la
elongacin.
Cte. Elstica del resorte
POR LA TERCERA LEY DE NEWTON
El trabajo realizado por la fuerza externa F:
X inicialX final
El trabajo realizado por la fuerza elstica Fe
Por lo tanto:
LEY DE HOOKE: Se dice que un resorte cumple con la Ley de Hooke
cuando las fuerzas que actan sobre el mismo, solo estn dentro los
lmites de la zona elstica del resorte sin deformaciones permanentes
del resorte. En trminos prcticos cuando la fuerza externa deja de
actuar sobre el resorte este recupera su forma original.
3. SISTEMA DE EXPERIMENTACIN
NMATERIALESCARACTERSTICAS
1Varilla gruesaDe 1 m
2Pinza de mesaPrensa
3Tuerca universalPara unir varillas
4Regla mtricaMadera ()
5ResorteMetlico
6Sensor de fuerzaElectrnico ( 0.01)
7Sensor de movimientoElectrnico ( 0.01)
8Interfase Cobra 3Para la adquisicin de datos
9Base de movimientoMetlico para estirar el resorte a travs de
una rueda
10Hilo plsticoDe aprox. 50, para conectar el resorte y la base
de movimiento.
11Software Measure PhyweFuerza/Tesla
Para el registro y procesamiento de datos experimentales.
12OrdenadorPc con sistema operativo Windows
3. MONTAJE DEL EXPERIMENTO.
SENSOR DE FUERZA
RESORTE
VARILLA GRUESA DE UN METRO
SENSOR DE MOVIMIENTO
TUERCA UNIVERSAL
REGLA MTRICAPINZA DE MESA
5. EJECUCIN DEL EXPERIMENTO. Sujetar uno de los extremos del
resorte helicoidal en la abrazadera del sensor de fuerza. A
continuacin conectar el extremo libre del resorte con la base mvil
a travs de un hilo plstico, pasando por la polea ms pequea del
sensor de movimiento. Ejecutar el programa measure en el computador
y seleccione la opcin fuerza/Tesla y posteriormente realizar los
ajustes necesarios. Para iniciar la medicin, es necesario
configurar la distancia a recorre y calibrar el sensor de fuerza
con los pasos que siguen a continuacin. Para configurar la
distancia, haga clic en opciones y seleccione angulo /distancia.
Elija una distancia (por ejemplo 10 cm) e inicie la calibracin,
posteriormente mueva lentamente y con velocidad constante la base
de movimiento a lo largo de la escala, hasta llegar a la distancia
prevista. Finalice la calibracin pulsando el botn ok y retorne la
base de movimiento al punto inicial. Para configurar el rango de
furza. En esta misma pantalla de opciones, seleccione Fuerza y
realice el ajuste de los parmetros. Para finalizar de calibrar la
fuerza, en el panel de Opciones seleccione calibracin y ajuste los
parmetros y termine la calibracin pulsando calibrar y luego OK,
para retornar a la pantalla inicial y pulse continue. Para empezar
las mediciones coloque la base de movimiento en la posicin inicial.
Hacer clic en iniciar medida. Mueva la base de movimiento con
velocidad constante a lo largo de la distancia configurada (10 cm)
de forma continua. Finalmente, se obtiene los valores de la fuerza
y la elongacin del computador.
6. OBTENCIN DE DATOS EXPERIMENTALES
TABLA 2
NFX
10.000.00
20.582.83
30.843.81
41.014.43
51.255.28
61.526.26
71.907.64
82.409.43
7. PROCESAMIENTO DE DATOS.
TABLA 3(SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES)NFX
10.000.00
20.580.0283
30.840.0381
41.010.0443
51.250.0528
61.520.0626
71.900.0764
82.400.0943
a. A travs del mtodo de mnimos cuadrados, determinar el modelo
matemtico :
Tabla 3
N
10.000.000.000.000.00
20.02830.580.3364
30.03810.840.7056
40.04431.011.0201
50.05281.251.56250.066
60.06261.522.3104
70.07641.903.6100
80.09432.408.8925*5.76
0.39689.515.305
El valor de la pendiente y del intercepto son:
El coeficiente de correlacin es:
Entonces la ecuacin de ajuste es:
Expresando la ecuacin a travs de sus variables primitivas:
a) En el papel milimtrico tamao carta, realice la grfica del
modelo matemtico.
b) Medida de precisin de la aceleracin de la gravedad y su error
relativo porcentual.
Tabla 5
N
10.020592250.10
20.041087290.20
30.061553610.30
40.081967690.40
50.102080250.50
60.1218010.60
0,429082092.10
La desviacin estndar de la funcin estimada
La covarianza se determina por la relacin:
Determinacin del coeficiente de confianzaPara el nivel de
confianza del 95%(ver objetivo) le corresponde un error probable de
en valor numrico luego Los grados de libertad son grados de
libertad.De la tabla se obtiene
Tabla de Distribucin t de StudentGrados de Libertadv reas de la
Parte Superior
0.400.300.250.100.050.0250.0100.005
123450.3250.2890.2770.2710.2670.7270.6170.5840.5690.5591.0000.8160.7650.7410.7273.0781.8861.6381.5331.4766.1342.9202.3532.1322.01512.7064.303
2.7763.1822.7762.57131.8216.9654.5413.7473.36563.6569.9255.8414.6044.032
El error absoluto de la pendiente es:
Por la consideracin inicial , entonces el valor estimado de
laaceleracin de la gravedad es:
Por la propagacin de errores:
Finalmente la medida de precisin de la aceleracin de la gravedad
es:
(Segundo objetivo de la prctica experimental)y su error relativo
porcentual:
NFX
10.000.00
20.582.83
30.843.81
41.014.43
51.255.28
61.526.26
71.907.64
82.409.43
Tabla 3
N
10.000.000.000.000.00
22.830.588.00890.33641.6414
33.810.8414.51610.70563.2004
44.431.0119.62491.02014.4743
55.281.2527.87841.56256.6
66.261.5239.18762.31049.5152
77.641.9058.36963.610014.516
89.432.4088.92495.7622.632
39.689.5256.510415.30562.5793
El valor de la pendiente y del intercepto son:
El coeficiente de correlacin es:
Entonces la ecuacin de ajuste es:
Expresando la ecuacin a travs de sus variables primitivas:
c) En el papel milimtrico tamao carta, realice la grfica del
modelo matemtico.
d) Medida de precisin de la aceleracin de la gravedad y su error
relativo porcentual.
Tabla 5
N
10.020592250.10
20.041087290.20
30.061553610.30
40.081967690.40
50.102080250.50
60.1218010.60
0,429082092.10
La desviacin estndar de la funcin estimada
La covarianza se determina por la relacin:
Determinacin del coeficiente de confianzaPara el nivel de
confianza del 95%(ver objetivo) le corresponde un error probable de
en valor numrico luego Los grados de libertad son grados de
libertad.De la tabla se obtiene
Tabla de Distribucin t de StudentGrados de Libertadv reas de la
Parte Superior
0.400.300.250.100.050.0250.0100.005
123450.3250.2890.2770.2710.2670.7270.6170.5840.5690.5591.0000.8160.7650.7410.7273.0781.8861.6381.5331.4766.1342.9202.3532.1322.01512.7064.303
2.7763.1822.7762.57131.8216.9654.5413.7473.36563.6569.9255.8414.6044.032
El error absoluto de la pendiente es:
Por la consideracin inicial , entonces el valor estimado de
laaceleracin de la gravedad es:
Por la propagacin de errores:
Finalmente la medida de precisin de la aceleracin de la gravedad
es:
(Segundo objetivo de la prctica experimental)y su error relativo
porcentual:
b. Determinar la medida de precisin y el error relativo
porcentual de la constante elstica del resorte.c. Determine el
trabajo total realizado por la fuerza elstica.
8. CONCLUSIONES.
9. CUESTIONARIO.a) A partir del grfico fuerza vs elongacin,
determine el trabajo realizado por las fuerzas elsticas desde la
posicin 2 ala posicin 7 ms el trabajo realizado desde la posicin 7
a la posicin2.b) Explicar qu tipo de fuerza es la fuerza elstica
desde el punto de vista energtico?c) Describa tres mecanismos donde
se utilizan resortes, realice esquemas y diagramas de fuerzas que
muestre el accionar de la fuerza elstica.
10. BIBLIOGRAFA.
-FSICA EXPERIMENTAL I, ING. GONZALO AGUSTN MENDOZA PARICOLLO,
ING RICHARD OMAR MIRANDA ALCONC
-FISICA GENERAL (ING. JUAN GOI GALARZA)
Espinoza Quispe Edgar Jacob Paralelo: F