05 Fis 2 Laboratorio 02 Momento de Una Fuerza

8/18/2019 05 Fis 2 Laboratorio 02 Momento de Una Fuerza

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UTEC Laboratorio de Física II

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PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 02

MOMENTO DE UNA FUERZA.

1. OBJETIVO

1) Comprobar experimentalmente la segunda condición de equilibrio, para fuerzascoplanares no concurrentes.

2) Verificar los resultados obtenidos experimentalmente y contrastarlos con losprocedimientos teóricos dados en clase y establecer las diferencias.

3) Determinar relaciones matemáticas entre las variables físicas que interviene enun experimento.

2. MATERIALES

- Computadora personal con programa Logger Pro instalado- Interfase Vernier- Sensor de fuerza- Caja de pesas y portapesas- Base soporte- Palanca con cursor- Grapas (pin)- Transportador- Regla-

Calculadora.

3. FUNDAMENTO TEÓRICO

Momento o Torque de una fuerza.

En el equilibrio de los cuerpos cuando estos están sometidos a la acciónde fuerzas no concurrentes, surge una nueva magnitud física llamada momentoo torque, que tratará de justificar de un modo directo la capacidad que poseenlas fuerzas para producir rotación.

Aquí algunos ejemplos de momentos.


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Laboratorio de Física II UTEC

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Es fácil comprobar la existencia del momento sólo basta mirar las figurasy buena parte de las máquinas y herramientas que usamos a diario paracomprobar su existencia. De este modo depende tanto del valor F de la fuerza,como de la distancia r de la línea de acción de la fuerza al centro o eje derotación.

Sabemos que:

F r M

×= Vectorialmente

F l M .= Escalarmente

3.1.1. Teorema de Varignon.Este teorema fue enunciado por Pierre Varignon en 1687, quien dijo:

“E l mom ento resu l tan te de dos o más fue rzas concur renteso pa ra le la s ) respecto a u n pun to cua lqu ie ra de l cue rpo a fec tado

es igua l a l a suma de los mom entos de cada fue rza

respec to a l m ism o punto”

Momento Suma dede la = los momentos

resultante individuales

nnresulresulresul F lF lF lF l M +++== ....... 2211

Segunda condición de equilibrio.

Aquí la condición de equilibrio de rotación.

“Para que un cue rpo se encuent re en equ i l ib r io de ro tac ión sedeberá cum p l i r que la sum a de los mom entos de l a s fue rzas ap li cadas

con re lac ión a cua lqu ie r punto de d i cho cue rpo debe se r nu la ”

F1

F2

F3

F4

EQUILIBRIODE

ROTACIÓN

00 =∑ M

043210000

=+++ F F F F

M M M M


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4. PROCEDIMIENTO

Momento de una fuerza o torque.

Ensamblar todas las piezas como se ve en la figura 1.

Cursor

Figura 1. Primer montaje.

Inserte el sensor, previamente coloque el cursor sobre el sensor en ± 50 Hz.Haga clic sobre el icono CERO, y coloque el sensor en 0.00 N.

El sensor está configurado por defecto a 50 hz y tendrán 2 dígitos después dela coma decimal.

Usted verá aparecer la ventana de un gráfico de fuerza en función deltiempo. Y en la parte inferior izquierda el valor digital de la fuerza en Newtons

Desplaza el cursor de tal modo que la manecilla señale verticalmente haciaabajo.

Hacer el montaje de los casos mostrados en las figuras 2, 3 y 4. Utiliza losvalores de l 1 y l 2 dados en la tabla 1.


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LF L1

F

F1

Figura 2. Primer Caso.

LF L1

F

F1

Figura 3. Segundo caso.

LF L1

F

F1

Figura 4. Tercer caso.


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Llene la tabla 1, calculando el porcentaje de error (% error). Para esto asumirel producto l 1.F1 como valor calculado y el producto l F .F como valor medido

TABLA 1

PRIMER CASO SEGUNDO CASO TERCER CASO

F1 N 1,0 1,0 1,0 0,5 1,0 1,5 1,0 1,0 1,0

l 1 cm 25 12,5 6,5 25 7,5 25 10 12,5 12,5

l F cm 25 25 25 25 25 25 25 12,5 6,5

F N

l 1.F1 N.cm

l F.F N.cm

Error

M

%

Observación:

Podemos tomar a % error como

�Valor teorico−valor experimental � ∙ 100%

4.1.1. ¿Qué es momento de una fuerza o torque?

4.1.2. ¿Qué es brazo de palanca?


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4.1.3. El brazo de palanca l 1 ¿Está en relación inversamente proporcional conla fuerza F1? Explique.

4.1.4.

Sin cambiar las longitudes de los brazos de palanca ¿a mayor carga F1 entonces mayor fuerza F? Explique.

4.1.5. Dibujar el D.C.L. de la regla en equilibrio para el tercer caso.

4.1.6. ¿Por qué no se consideró el peso de la regla de equilibrio en elexperimento? Justifique su respuesta.

4.1.7. ¿Un cuerpo que no gira está en equilibrio?

4.1.8. ¿Se puede hablar de equilibrio sin antes haber elegido un sistema dereferencia? Justifique su respuesta

Momento de una fuerza con varias fuerzas aplicadas.

Hacer el montaje de los casos mostrados en las figuras 5, 6, 7 y 8.

LF L1

F

F1

F2

L2

Figura 5. Primer caso.


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LF L1

F2

F

L2

F1

Figura 6. Segundo caso.

LF L1

F3

F

L3

F1

L2

F2

Figura 7. Tercer caso.

LF L1

F3

F

L3

F1

L2

F2

Figura 8. Cuarto caso.


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Llenar la tabla 2, calculando el porcentaje de error, para esto asumir F del sensorde fuerza como valor medido y FCALCULADO se obtiene de aplicar la segundacondición de equilibrio.

TABLA 2PRIMER

CASOSEGUNDO

CASOTERCER

CASOCUARTO

CASO

F1 N 0,5 0,5 0,5 0,5

F2 N 0,5 1,0 1,0 1,0

F3 N 1,0 1,5

F

l 1 cm 7,5 10,0 6,0 6,0

l 2 cm 20,0 25,0 15,0 12,5

l 3 cm 25,0 20,0

l F cm 15,0 20,0 15,0 25,0

l i.Fi N.cm

l

F.F N.cm

ErrorM

%

4.2.1. Dibujar el D.C.L. para el caso 4.

4.2.2. ¿Qué es centro de gravedad?


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4.2.3. ¿La línea de acción del peso de cualquier cuerpo se aplica necesariamenteen el centro geométrico del mismo? Justifique su respuesta.

4.2.4. ¿Un cuerpo sin ningún punto de apoyo puede girar aplicándole una fuerzalejos de su centro de gravedad? Justifique su repuesta.

Palanca de un solo brazo.

Ensamble las piezas como se muestra en la figura 9, mide el peso de laregla en equilibrio (P) con el sensor de fuerza y anótalo en la tabla 3.F1 = F2 = F3 = peso de la porta pesa.

La regla de equilibrio debe permanecer siempre en posición horizontal.Medir FMEDIDA (sensor de fuerza).

Completar la tabla 3, y determinar el torque resultante respecto al punto O,utilizando la segunda condición de equilibrio hallar FCALCULADA.

LF

L1

F3

L3

F1

L2

F2

F

Figura 9. Montaje de palanca de un brazo.


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TABLA 3

F1 F2 F3 P FMEDIDA

Fi N

l i cm 12,5 35,0 50,0 25,0 50,0

l i.Fi N.cmMMEDIDO

M0 = l I .F i

%ERROR

M

Reacciones en un pasador.

Hacer el montaje según se muestra en la figura 10, determinar el ángulo α (40º≤ α ≤ 60º) con la ayuda del transportador.F1 = F2 = F3 = peso de la porta pesa.

Seguidamente medir FMEDIDA (sensor de fuerza), completar la tabla 4 ydeterminar el torque resultante con respecto al punto 0.

Utilizando la segunda condición de equilibrio hallar FCALCULADA.

α

L1

F3

L3

F1

L2

F2

F

Línea de acción

de la fuerza

Figura 10. Montaje reacciones en un pasador.


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TABLA 4

F1 F2 F3 P FMEDIDA FCALCULADA

Fi N

l i cm 12,5 35,0 50,0 25,0 50,0

l i.Fi N.cmFNETA

=

M0 = l I .F i MMEDIDO

% ERROR M

Halle la reacción en el pin 0 (magnitud y dirección)

La reacción ¿pasa por la línea de acción de la fuerza? ¿Por qué?

5. OBSERVACIONES

5.1. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

5.2. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

5.3. _____________________________________________________________

_____________________________________________________________


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6. CONCLUSIONES

6.1 _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

6.2 _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

6.3 _____________________________________________________________

_____________________________________________________________

Documents

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