Fisica pract 3 lab

EQUILIBRIO DE UNA PARTICULA Y CUERPO RIGIDO

Moisés Altamar, Lorayne Pedroza, Laura Rivera. Universidad de Cartagena, Facultad de Ingeniería

Programa De Ingeniería Química II SemestreCartagena, Bolívar, Colombia

Abril 2015

RESUMEN:

En la práctica número 4 del laboratorio de física I, se trabajó la temática de equilibrio de una partícula aplicando las leyes de newton; en este caso la segunda ley. Se experimentó en un sistema de poleas y cuerdas con pesas de igual magnitud en Newtons (N) en 3 lugares distintos del sistema, lo que genero 3 tensiones para 5 medidas distintas, alternando cantidades de pesas, vale recordar que las leyes de newton que se aplican a los objetos, se tiene interés solo en las fuerzas externas que actúan sobre el objeto. Por lo tanto, no se tiene en cuenta movimiento rotacional; se ignora la masa de la soga. En este caso, si y solo si la aceleración de la partícula es cero, se considera la partícula en equilibrio cumpliendo que la fuerza neta sobre dicha partícula es cero. Determinado por la fórmula:

∑ f→

=0

En este caso, al haber en el sistema experimentado de la práctica, componentes en el eje X y en Y, se usan las siguientes formulas.

∑ fx=−T 1 cosθ+T 2cosθ=0

1UNIVERSIDAD DE CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

∑ fy=T 1sinθ+T 2 sin θ= 0

En la segunda parte de la practica se paso a establecer el equilibrio en sistema compuesto por 3 pesos distintos de igual magnitud en newton, puestos en diferentes posiciones y anclados a una barra de momento distribuido de tal manera que este sistema se encuentre en reposo y este exento de cualquier deformación (cuerpo rígido); cumpliendo las condiciones de equilibrio las cuales establecen que la suma de sus fuerzas y sus torques sea cero. Por tanto, la finalidad del experimento es entonces determinar los valores de las magnitudes que actúan sobre el sistema para dejarlo en equilibrio.

Entonces se cumple para los momentos:

∑ t=0

PALABRAS CLAVES: Partícula libre, Ley de la inercia y Equilibrio, Momento o Torque de fuerza, Brazo de fuerza y Equilibrio de rotación.

ABSTRACT:

In practice number 4 of the laboratory of the physics, it was worked the subject-matter of balance of a particle applying Newton’s laws; in this case the second law. It was experienced in a system of pulleys and ropes with weight of equal magnitude in Newton (N) in 3 different places from the system, which generated 3 tensions for 5 different measurements, alternating quantities of weight, voucher to remember that newton's laws that are applied to the objects, alone interest is had in the external forces that act on the object. Therefore, movement is not born in mind rotational; the mass of the cord is ignored. In this case, if and only If the acceleration of the particle is zero, it is considered to be the particle in balance fulfilling that the clear force on the above mentioned particle is zero. Determined by the formula:

∑ f→

=0

In this case, to the credit in the experienced system of practice, components in the X and in Y axis use the following formulae.

∑ fx=−T 1 cosθ+T 2cosθ=0


∑ fy=T 1sinθ+T 2 sin θ= 0

In the Second Part of the practice, the process was meant to establish the balance in a system composed by 3 different weights with equal magnitude in newton, put in different positions and anchored to a bar, distributed in such a way that the system is at rest and is exempt from any distortion (rigid body); fulfilling the conditions of balance which establish that the sum of his forces and his torques is zero (0). Therefore, the purpose of the experiment is then to determine the values of the magnitudes that act on the system to leave it in balance.

It is fulfilled for the moments:

∑ t=0

KEYWORDS: Free particles, Inertia Law and Balance, Torque or moment of force, arm strength and balance of rotation.

1. INTRODUCCION

Considerando la importancia que tiene la física para explicar fenómenos y analizar el comportamiento de la naturaleza, se ha procedido a experimentar las teorías del físico Isaac Newton para comprobar la físico Isaac Newton para comprobar la existencia del equilibrio en las partículas en un sistema de poleas, y de esta manera corroborar la validez de los postulados y formulas de la física clásica para fenómenos cotidianos que impliquen neutralización de fuerzas, para los sistemas en reposo.

2. OBJETIVO GENERAL

Ampliar los conocimientos acerca de las leyes de newton y aplicarlos a fenómenos cotidianos.

Adquirir destrezas para resolución de problemas teóricos, partiendo de conceptos básicos y principios fundamentales de la física I.

Complementar de forma experimental lo aprendido en la asignatura física teórica I.


3. MARCO CONCEPTUAL

Para el correcto afianzamiento y asimilación de la temática de la práctica se propone ahondar y explicar los siguientes temas relacionados a las partículas en equilibrio:

Estática de sistemas en equilibrio, Segunda ley de Newton, Tensión, Newton.

Estática de sistemas en equilibrio: Una de las ramas fundamentales de la mecánica es la estática, que estudia el comportamiento de los cuerpos y los sistemas en equilibrio. La estática proporciona, mediante el empleo de la mecánica del sólido rígido, solución a los problemas denominados isostáticos. En estos problemas, es suficiente plantear las condiciones básicas de equilibrio, que son:

1. El resultado de la suma de fuerzas es nulo.

2. El resultado de la suma de momentos respecto a un punto es nulo.

Estas dos condiciones, mediante el álgebra vectorial, se convierten en un sistema de ecuaciones; la resolución de este sistema de ecuaciones es la solución de la condición de equilibrio.

Segunda ley de newton: La segunda ley de newton en términos generales dice que “cuando se aplica una fuerza a un cuerpo, la aceleración que este recibe es directamente proporcional a la intensidad de la fuerza e inversamente proporcional a su masa”.

Tensión: En física e ingeniería, se denomina tensión a la magnitud física que representa la fuerza por unidad de área en el entorno de un punto material sobre una superficie real o imaginaria de un medio continuo. Es decir

posee unidades físicas de presión. La definición anterior se aplica tanto a fuerzas localizadas como fuerzas distribuidas, uniformemente o no, que actúan sobre una superficie.

Newton: Es la unidad de fuerza en el SI (sistema internacional de unidades), nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton por su aporte a la física, especialmente a la mecánica clásica. En teoría una fuerza de 1 N es la fuerza que, cuando actúa sobre un objeto de 1 kg de masa, produce una aceleración de 1 m/s2.

Inercia: Propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en su estado de reposo o movimiento, mientras la fuerza sea igual a cero, o la resistencia que opone la materia a modificar su estado de reposo o movimiento. Como consecuencia, un cuerpo conserva su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme si no hay una fuerza actuando sobre él.

Podríamos decir que es la resistencia que opone un sistema de partículas a modificar su estado dinámico.

Torque: Es una magnitud vectorial, obtenida como producto vectorial del vector de posición del punto de aplicación de la fuerza (con respecto al punto al cual se toma el momento) por el vector fuerza, en ese orden. También se denomina momento dinámico o sencillamente momento.

Brazo: Es la distancia que separa un determinado eje y el punto donde se está ejerciendo una fuerza


4. MATERIALES:

- Practica 1:

20 Pesas 4 Pinzas 2 Soportes de hierro Cuerda 2 Poleas Regla Transportador

- Practica 2:

Soporte de hierro 2 Pinzas Balanza Barra Cuerda 20 Pesas Dinamómetro Regla

5. METODOLOGIA

5.1 Metodología 1:

Tomar los soportes y ajustarlos a las mesas y asegurar los dos soportes de tal manera que queden perpendiculares a la mesa, dejando una distancia moderada entre ambas.Colocar un soporte en uno de los soportes anteriormente mencionados, luego hacer

pasar por estos la cuerda amarrando pesas a los extremos.En la parte de la cuerda ubicada entre ambos soportes amarrar pesas también; todo esto buscando el equilibrio.El número de pesas en cada uno de los tres puntos de la cuerda debe ser variado, cambiar el número de pesas unas 6 veces y tomar notas.

El montaje final debe lucir tal y como lo representa la Grafica 1:

Grafica 1

5.2 Metodología 2:

Tomar el soporte de hierro y asegurarlo a la mesa. Con ayuda de una pinza ajustar al extremo superior del soporte el dinamómetro.


Unir al dinamómetro, con ayuda de una cuerda, la barra, asegurándose de no amarrarla a su centro de peso.

Se toma la cuerda y se ajustan pesas en sus orificios hasta llegar al equilibrio (nuevamente evitando ubicar cualquier pesa bajo el centro de peso de la barra).

En la siguiente Grafica 2 podemos visualizar como debe de resultar el montaje:

Grafica 2

6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En la práctica de laboratorio numero 4, se realizo el montaje anterior, y, se tomo nota de

lo siguientes aspectos, como lo muestra la Tabla 1.1.

Se tomaron en cuenta el peso de las pesas (Wo), la tensión de las cuerdas (T1) y (T2) como lo muestra la grafica 1, y sus respectivos ángulos (ϴ1 y ϴ2).

Cuando ya se tienen organizados los datos se procede a verificar mediante la teoría, si los resultados experimentales coinciden con lo esperado. Esto lo podemos observar en la Tabla 1.2


Debe tenerse claro que los resultados esperados para la resta de T1 Cos ϴ1 – T2 Cos ϴ2 es 0 para todo los casos; el resultado esperado para la suma de de T1 Sen ϴ1 – T2 Sen ϴ2 debe ser igual al valor en Newton’s de las pesas ubicadas en el W0 (Grafica 1), es decir, el numero de pesas en equilibrio en el centro del montaje. Se concluye así que experimentalmente los resultados están en el rango de aceptación, por excepción, la toma 5°, cuyo resultado es de (0.12), que, aun no por fuera de un buen resultado, el margen de error fue mucho mayor al deseado.

En la siguiente practica, estudiamos los sistemas de equilibrio, en un cuerpo estático. Cuando ya todo el montaje estuvo listo y equilibrado, se tomo nota de la observación.

Los datos a tener en cuenta fueron, el peso de la barra (W0), el peso de la pesas para obtener el equilibrio (W1, W2 Y W3) respectivamente. Debe tenerse en cuenta que al ser un cuerpo en equilibrio la sumatoria de las Fuerzas debe ser 0 (ΣF = 0), y la sumatoria de torques debe ser de igual manera 0 (ΣT = 0). En la tabla 1.3 podemos ver los resultados:

Tal y como está representado en la Grafica 2, podemos ver las fuerzas actuando en la barra, y, como empleándolas podemos llevar a un cuerpo al equilibrio. Se concluye entonces, que llevada a la práctica podemos ver claramente la teoría de los cuerpos en equilibrio, y, aun cuando los resultados deben ser cero o más aproximado, se pudo tomar buen ejemplo y practica de los conceptos previos.

7. CONCLUSION

En el laboratorio numero 4 (Equilibrio de una partícula), se realizó mediante un sistema de poleas, cuerda y una serie de pesas de igual magnitud, los temas anteriormente mencionados (estática, sistema de equilibrio, segunda ley de newton, tensión, newton). Esto permitió la familiarización de la teoría mediante la práctica ubicando tres escenarios distintos con diferentes cantidades de peso obteniendo la relación que existe entre una partícula y su punto de equilibrio, tensione, Angulo, etc.

Así mismo, abordamos el laboratorio número 5 (Equilibrio de un cuerpo rígido), en donde se logró comprobar que un cuerpo rígido en equilibrio cumple las siguientes condiciones:

ΣF→

= 0→

Σ T→

= 0→

Todo con el objetivo de poder, mediante la práctica, observar y poner a prueba la teoría y fundamentos de la Física.


8. BIBLIOGRAFIA

Anónimo, (2015). Estática de sistemas en equilibrio, [En línea] Disponible: http://www.hiru.com/fisica/estatica-sistemas-en-equilibrio (9 de abril 2015)

José Luis Albornoz Salazar, (2011). Equilibrio de partículas, [En línea] Disponible:jjhttp://www.monografias.com/trabajos-pdf4/equilibrio particulas/equilibrio-particulas.pdf (9 abril 2015)

Raymond A. Serway et al, (2008). Física para Ciencias e Ingeniería, (7ma edición), Vol. 1, México D.F, Cengage Learning Editores.

Ramiro José Valdivia et al, (2008). Equilibrio de una partícula, [En línea] Disponible:jjhttps://sjnavarro.files.wordpress.com/2008/08/equilibrio-de-particula.pdf (9 de Abril 2015)


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