Contenido
Qu es Equilibrio Mecnico?2Para qu sirve esta
experiencia?4Procedimiento Experimental5Cuestionario/
Evaluacin7Conclusiones13Recomendaciones14Referencias
Bibliogrficas15
Qu es Equilibrio Mecnico?
El equilibrio mecnico es una situacin estacionaria en la que se
cumplen una de estas dos condiciones:1. Un sistema est en
equilibrio mecnico cuando la suma de fuerzas y momentos, sobre cada
partcula del sistema es cero.2. Un sistema est en equilibrio
mecnico si su posicin en el espacio de configuracin es un punto en
el que el gradiente de energa potencial es cero.El equilibrio es de
tres clases: estable, inestable e indiferente. Es estable si el C.G
del cuerpo est por debajo del nivel de suspensin. Es inestable si
el C.G. del cuerpo est por encima del nivel de suspensin. Es
indiferente si el C.G. del cuerpo coincide con el nivel de
suspensin. En esta prctica solo nos enfocaremos parcialmente a la
primera condicin(1), ya que nuestro estudio est relacionado con los
diagramas de cuerpo libre y las leyes del movimiento de
Newton.Tomando en cuenta lo anterior, debemos de considerar la
siguiente definicin parcial:Un cuerpo est en equilibrio si la
resultante de la suma de las fuerzas aplicadas sobre l es igual a
ceroDe lo que resultan las siguientes ecuaciones:
Dnde:Fx = sumatoria de fuerzas en el eje x (igual a cero)Fy =
sumatoria de fuerzas en el eje y (igual a cero)Fz = sumatoria de
fuerzas en el eje z (igual a cero)Fx1, Fx2, Fx3, = Fuerzas
aplicadas en el eje xFy1, Fy2, Fy3, = Fuerzas aplicadas en el eje
yFz1, Fz2, Fz3, = Fuerzas aplicadas en el eje z
Para la utilizacin de las frmulas anteriores es tomar en cuenta
en cuantas dimensiones o planos se encuentran las fuerzas aplicadas
al cuerpo en estudio y as tomar las necesarias.Visto lo anterior es
necesario definir que es un Diagrama de Cuerpo Libre (D.C.L.).D.C.L
son representaciones de las fuerzas aplicadas a un cuerpo como la
forma de un sistema vectorial concurrente y tomando el cuerpo como
si solo tuviera una sola partcula (punto de aplicacin comn).Otro
punto que se debe tomar en cuenta es la forma de colocar los
vectores en el sistema concurrente, ya que para su mejor manejo y
anlisis ser necesario que todos tiren o jalen de la partcula o
cuerpo. Se presentan algunos ejemplos de diagramas para su mejor
comprensin.
Para qu nos sirve esta experiencia?
El estudio del equilibrio de los cuerpos es parte fundamental de
la esttica, que es una parte de la fsica de decisiva importancia en
aspectos tales como la determinacin de la estabilidad de una
construccin metlica, el diseo de un puente colgante o el clculo de
cualquier estructura de una obra civil.El manejo de los sistemas de
fuerzas, incluyendo las del peso y las de reaccin, y el clculo de
la magnitud momento constituyen elementos esenciales de esta
ciencia del equilibrio mecnico.Las caractersticas que definen un
cuerpo material estn directa o indirectamente relacionadas con las
fuerzas. Todos los cuerpos pueden ser considerados como agregados
de partculas unidas entre s por fuerzas cuya intensidad vara desde
la dbil atraccin gravitatoria, en el caso de una nebulosa, hasta
las intensas fuerzas elctricas de enlace entre los tomos de carbono
en un cristal de diamante.
Procedimiento Experimental
MONTAJE 1Monte el equipo tal como se muestra en el diseo
experimental 1Suspenda en los extremos de la cuerda bloque 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.Recuerda que debe
cumplirse la ley de la desigualdad de los lados del triangulo: Un
lado es menor que la suma de los otros dos 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.1. Retire el papel y anote en cada
lnea los valores de los pesos correspondientes. F1 = F2 = F3 =
1. Complete en el papel el paralelogramo con una escala
conveniente para los valores de F1 y F2 Concuerda su resultado por
el mtodo grafico con el cuerpo F3?Si1. Qu diferencias hay entre
resultante y equilibrante?No necesariamente una fuerza resultante
genera un sistema de equilibrio.
1. Coloque tres bloques de igual peso y mida los ngulos: , y que
se forman alrededor del punto = 120.5 = 121.5 = 119.5
Concuerda con el valor terico de 120? Justifique su
respuesta.
Aproximadamente se puede decir que si cumplen con las leyes
idelaes de Newton , Ya que en este caso tenemos friccion del aire y
tambien errores en las pessas.
1. Coloque tres bloques cuyos pesos estn relacin 3 : 4 : 5.Mida
los ngulos que formen entre ellos. Verifique que el ngulo entre las
cuerdas sea 90.
Si concuerda. Es 90
Qu resultara si la relacin fuera 12 : 13 : 5?
Aproximamente 89. MONTAJE 2
Monte el equipo tal como se muestra en la figura 5.1. Coloque
los dinammetros en los agujeros de 10 cm y 70 cm. Anote las
lecturas de cada dinammetro.
F1 = 0,4 NF2 = 1 N
1. Coloque en el agujero ubicado en el centro de gravedad de la
regla un bloque de masa 400 g y anote las lecturas en cada
dinammetro.F1 = 1,8 N F2 = 3,6 N1. Desplace el bloque de peso F3 al
agujero a 30 cm del primer dinammetro y anote las lecturas de
ambos.F1 = 2,4 N F2 = 3,0 N1. Adicione un bloque de masa 200 g a 10
cm del segundo dinammetro y anote las lecturas de ambos.F1 = 2,8 N
F2 = 4,6 N Son iguales las lecturas en los dinammetros en los pasos
2 y 3? Por qu? No, porque las distancias son relativas, y como
sabemos por la ley de momentos o torque, esta distancia hace que la
lectura del dinamometro sea diferente en distinos puntos.
Cuestionario/ Evaluacin
1.
Cuadro comparativo de error porcentual por cada demostracin
terica
3. Qu observa de las fuerzas que actan sobre la regla ? Nosotros
cuando trabajamos en la regla, vemos que mientras nos alejamos del
peso patrn, el dinammetro va a marcar ms newton , o mejor dicho ms
peso . Vamos a verlo en los siguientes grficos trabajados en clase
:
Vemos este grafico donde el peso patrn lo hemos puesto en el
medio (a los 50 cm) una masa de 400 gramos tenemos estas 2
resultantes. en el siguiente grafico vamos a poner la misma regla ,
pero esta vez sin un peso .
Aqu vemos que aunque no est la pesa en el medio, vemos que
sucede lo mismo , la pita amarrada que esta ms lejos de la regla va
a tomar la mayor medida . En el siguiente ejemplo, vamos a tener
otro caso.
Aqu vemos que la pesa se a dirigido hacia la parte izquierda,
con ello la pesa a aumentado la fuerza del dinammetro ligeramente
de 2 a 2,6 y el dinammetro del lado derecho a disminuido tambin
ligeramente de 3,8 a 3,2 . este otro de los efectos interesantes de
la fsica. En el siguiente grafico vamos a poner dos pesas :
Como vemos en este grfico, las 2 pesas suben sus niveles de
fuerza, eso es una proposicin bastante lgica ya que ponemos una
pesa ms, pero la diferencia esta que esta pesa puesta dems se pone
cerca al dinammetro de la derecha. por ello que el dinammetro de la
derecha eleva mucho ms su fuerza a comparacin del dinammetro de la
izquierda.
Conclusiones
Despus de haber estudiado y analizado diferentes ejemplos reales
de equilibrio, podemos llegar a la conclusin de que en todo cuerpo
y en todo momento y a cada momento estn interactuando diferentes
tipos de fuerza, las cuales ayudan a los cuerpos a realizar
determinados movimientos o, a mantenerse en estado de equilibrio,
ya sea esttico o dinmico. Vemos que siempre que ejerzamos una
fuerza en el equilibrio las medidas de fuerza van a estar en
relacin de las medidas, mejor dicho a ms alejamiento de la fuerza
de equilibrio mayor va hacer la fuerza que marque el dinammetro.
Mientras que si nosotros intentamos ver la fuerza que marca cuando
este ya est en un punto diferente al equilibrio vamos a ver que las
fuerzas van a aumentar segn a donde se mueva este, o sea si se
mueve para la derecha, la fuerza va aumentar en el dinammetro
derecho, pero siempre las medidas van a regir mayormente entre la
comparacin de donde va a ver ms fuerza. En relacin con movimientos
rotatorios concluimos que la suma de los torques o momentos,
respecto a cualquier punto debe ser igual a cero. Esto quiere decir
que el sistema no rotar o girar con velocidad constante.
Recomendaciones
Cuando hicimos la parte de la medicin del ngulo, sera preferible
trabajar con una pita tintada as vamos a hacer ms precisos en medir
el ngulo. Hay que saber que la fsica en el laboratorio puede estar
lleno de incertidumbres ya que no es ideal el ambiente, respecto al
terico, por ende si los resultados no concuerdan respecto a las
formulas dadas, no se be preocupar, claro siempre y cuando la
diferencia sea minina, sino se tendra otro tipo de problema.
Siempre se debe acondicionar el espacio de trabajo antes de
realizar la experiencia. En la toma de dato tener claro la
diferencia entre lo que se va obtener y lo que se desea
obtener.Referencias Bibliogrficas
Referencia web:
http://tolecafis1.blogspot.com/2010/11/16-equilibrio-mecanico.html
http://www.natureduca.com/fis_fuerequi_introd01.php
Referencia bibliogrfica: Fsica, Jerry D. Wilson, Anthony J.
Buffa,Quinta Edicin,Editorial Prentice HallMexico,2003 Serway,
Beichner, Fisica, Tomo I, 5ta Edicin, McGraw-Hill, Mxico, 2002
Sears, Zemansky, Young, Fisica Universitaria, Vol I 1998 Guia de
Laboratorio UNI - UNAC
14Lab. Fsica General I- Equilibrio