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Manual de laboratorio sobre la primera condición de equilibrio en física estática. Contiene objetivos, conceptos previos, procedimientos y resultados de un experimento realizado en TECSUP. el concepto de fuerza, el peso, el diagrama de cuerpo libre y la primera condición de equilibrio.
Tipo: Apuntes
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TECSUP – P.F.R. Cuando vemos que un automóvil permanece estacionado en la pista o cuando ese mismo automóvil está avanzando con una velocidad constante en un plano uniforme, se puede decir que ¿ambos casos se refieren a la estática? ¿El automóvil en ambos casos está en equilibrio? La respuesta la encontraremos con este nuevo tema de “Estática y Primera Condición de Equilibrio”. En este primer laboratorio, verificaremos la primera condición de equilibrio, propuesta por Sir Isaac Newton. Conforme revisemos el fundamento teórico nos daremos cuenta que existen dos tipos de equilibrio, pero en esta sesión, solo estudiaremos el equilibrio estático. Este tipo de equilibrio plantea que no habrá movimiento, ni en el eje horizontal ni el eje vertical; por lo tanto, decimos que la suma de fuerzas en ambos ejes es nula. Con todos los resultados obtenidos, encontraremos un porcentaje de error, comparándolos con los valores teóricos y estableciendo el porqué de tales variaciones. Podremos hallar los valores, tanto teóricos como experimentales, con el diagrama de cuerpo libre (D.C.L.) significa que a las fuerzas que interactúan en el cuerpo estudiado, lo representaremos de manera gráfica. A continuación, presentaremos los objetivos de este laboratorio, los conceptos previos para desarrollar el laboratorio mediante el fundamento teórico, los materiales y equipos que se utilizarán para el desarrollo del montaje, los Página
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Fuerza: Es el resultado de toda interacción manifestada entre dos cuerpos. Medición Estática de la Fuerza: (Ley de Hooke) F = Kx, Hooke, fue el primero que estableció esta relación mediante el invento de un resorte comprensor para un reloj. F: fuerza; k: constante; x: elongación. Naturaleza de las Fuerzas: Fuerza Gravitacional : Es la fuerza de Atracción entre dos cuerpos debido a sus respectivas masas, estas fuerzas son muy débiles. Peso: El peso de los cuerpos (W) es una fuerza gravitacional y se debe a que la masa de la tierra (M) atrae a la masa (m) de los cuerpos. W = mg. W: peso; m = masa; g = aceleración de la gravedad. El peso es un vector que apunta al centro de la tierra y puede variar de un lugar a otro ya que depende de la aceleración de la gravedad. Diagrama de Cuerpo Libre (DCL): Es el aislamiento imaginario de un cuerpo de todas las fuerzas externas que actúan sobre él. El Peso (W), verticalmente hacia abajo (hacia el centro de la tierra). Página
TECSUP – P.F.R. Tensión (T) que siempre sale del DCL, siguiendo la dirección de la cuerda. A lo largo de una misma cuerda de poco peso actúa la misma fuerza de tensión. (T). (N) La Normal aparece del contacto entre dos superficies sólidas. DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE (D.C.L.). Es el gráfico de todas las fuerzas actuantes en un cuerpo en forma aislada. Primera Condición de Equilibrio: Un cuerpo está en equilibrio de traslación si la suma de las fuerzas aplicadas sobre el cuerpo es cero. Digamos un cuerpo está en equilibrio cuando no acelera, esto indica que no debe cambiar de módulo ni la dirección de la velocidad. (F = 0). El sistema de fuerzas, que actúan sobre el cuerpo en equilibrio de traslación, debe formar un polígono cerrado. Página
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Se procedió a armar el montaje propuesto por la guía. Se realizaron las medidas de las tensiones con el software Data Studio. Se midieron los ángulos respectivos de las tensiones respecto al eje X. Se procedió a calcular y comprobar la primera condición de equilibrio. Se halló los porcentajes de error de los valores experimentales respecto a los valores teóricos. Página
TECSUP – P.F.R. Representación del montaje propuesto
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TECSUP – P.F.R. T 1 x cos71° = T 2 x cos71° 1,03N x cos71° = 1,02N x cos71° 0,335N = 0,332N V. teórico V. experimental Porcentaje de error: e% = (^) ( Vt − Ve Vt )^ x 100 % (^) = 0,9% Cuando la sumatoria de fuerzas en el eje X es nula, significa que no hay movimiento horizontal en el cuerpo. En el eje Y: ΣFy = 0 T 1 x sen71° + T 2 x sen71° = T 3 1,03N x sen71° + 1,02N x sen71° = 1,962846N 0,9644N + 0,9738N = 1,962846N 1,9382N = 1,9628N V. experimental V. teórico Porcentaje de error: e% = (^) ( Vt − Ve Vt )^ x 100 % (^) = 1,25% Cuando la sumatoria de fuerzas en el eje Y es nula, significa que no hay movimiento vertical en el cuerpo.
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1. ¿La fuerza es un vector? ¿Por qué? Citar ejemplos de cantidades físicas vectoriales. La fuerza no es un vector, es representada por tal ente, ya que es una magnitud vectorial. Unos ejemplos de cantidades físicas vectoriales son la velocidad, aceleración, tensión, desplazamiento, peso, etc. 2. ¿El peso es una fuerza? Explicar. El peso sí es una fuerza, porque es la fuerza que la gravedad ejerce sobre un cuerpo, eso depende de la cantidad de masa del cuerpo. En otras palabras, la masa de la Tierra ejerce una atracción a las masas de los cuerpos en ella. 3. ¿Qué significa que un cuerpo o un sistema se encuentre en equilibrio? Significa que el cuerpo o sistema permanezca en reposo o que permanezca en movimiento con una velocidad constante en un plano uniforme. 4. Escriba una condición de equilibrio matemáticamente.
Sumatoria de fuerzas es igual a cero
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