Manual mecanica 1

EXPERIMENTOS DE ALUMNOS MANUAL DE PRÁCTICAS

MECÁNICA 1

LABORATORIO PORTÁTIL

Micromisión Simón Rodríguez Ciencias Naturales Física Upata

MECÁNICA 1 P9900- 4B

1

1 P7240-1G 2 varillas de soporte 50 cm2 P1220-2A 1 brazo de palanca3 P1220-2B 1 escala4 P7400-2C 1 vaso de precipitados 100 ml5 P1120-1S 1 perdigones para tarar6 P7400-4A 1 cilindro graduada 100 ml7 P7400-1B 1 tubo de 80 x 8 mm8 P1410-1F 1 juego de sondas para hidrostática9 P7400-1C 2 tubo de 200 x 8 mm10 P7422-9A 1 juego de tubos capilares11 P7400-1A 1 tubo de 120 x 20 mm12 P1230-3B 1 juego de poleas (4 piezas)13 P7405-2A 1 tubo de ensayo 160 x 16 mm14 P1120-2D 4 pesos de ranura 10 g15 P1120-2F 4 pesos de ranura 50 g16 P1120-2C 2 platillo para pesos con ranura17 P1120-3B 1 paralelepípedo de hierro18 P1120-3A 1 paralelepípedo de aluminio19 P1120-3E 1 cuerpo hueco para principio de arquímedes20 P1120-3D 1 paralelepípedo de hierro pequeño21 P7130-3B 1 tapón de goma 20/14/18 mm con perforación22 P1810-2B 1 muelle 20N/m23 P7132-1A 1 tubo de PVC 1 m24 P1100-2B 1 calibrador plástico25 P1130-1C 2 dinamómetros 2 N26 P1810-2A 1 muelle 3 N/m27 P1810-1C 1 banda plana elástica 0.4 mm, L= 165mm28 P7132-1B 1 tubo de PVC 16 cm29 P1220-2C 1 indice para balanza30 P1220-2D 2 platillos de balanza31 P1311-2A 1 vagón para experimentos32 P1100-1E 1 cinta métrica 3 m33 P1120-1B 1 juego de masas 1 - 50 gr34 P1220-2E 1 corredizo unidad para balanza

RIEL DE SOPORTE –PIE DE SOPORTE (LONGITUD: 30 cm)

Perforaciones con tornillos ajustables para varillas de soporte. En el lado inferior un tornillo de apriete para el soporte de la pinza de mesa con ranura.

Rosca para tornillo de apriete por el lado inferior. Utilización con la pieza de unión para rieles.

Perforaciones con tornillo de apriete para varilla de soporte 25 cm con capuchones de plástico. Utilización como pie de soporte. Varilla de soporte 25 cm con capuchones de plástico (capuchones desmontables).

PIEZA DE UNIÓN PARA RIELES

Pieza de unión para rieles como juntura para dos rieles de soporte (plano indicaco, banco óptico) Longitud: 60 cm

FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria

PINZA DE MESA

Pinza de mesa con ranura

En el lado inferior del riel de soporte un tornillo de apriete para el soporte de la pinza de mesa con ranura (el riel de soporte por tanto fijable sobre un tablero de mesa)

JINETE PARA VARILLAS DE SOPORTE

Para colocar y fijar sobre rieles de soporte y para el soporte de varillas de soporte.

JINETE CON RANURA

Para colocar y fijar sobre rieles de soporte y para el soporte de varillas de soporte, pantallas, escala.


NUEZ

Perforaciones con tornillo de apriete para varillas de soporte

Perforación con tornillo de apriete para varillas de soporte y anillos de soporteº

Ranura para soporte de muelles de lámina, láminas bimetálicas, etc.

Perforación para soporte de bulones de cojinetes y polea con estribo.


BULONES DE COJINETES

Para soporte de poleas (polea fija), muelles helicoidales, brazo de palanca, etc.

SOPORTE PARA DINAMÓMETRO

Para montar en el jinete para varillas de soporte y para el soporte de dinamómetros


NUEZ REDONDA

Nuez de soporte para rieles de soporte (plano indicado)

Utilización como manguito de empalme para varillas de soporte

Soporte de tubos de vidrio acrílico (manómetro de tubo en U)


ANILLOS DE SOPORTE, JUEGO DE 3 PIEZAS

Anillo de soporte, grande para soporte de la rejilla de alambre con cerámica

Anillo de soporte, mediano para el soporte del vaso de precipitados 250 ml, forma alta

Anillo de soporte, pequeño para el soporte del matraz Erlenmeyer 100 ml, cuello estrecho


MONTAJE DE ESTATIVO SENCILLO

En el riel soporte (1) se inserta la varilla de 25 cm (2) a través de la perforación lateral del riel (4). Fija la varilla con ayuda del tornillo molteado (5). Coloca los capuchones de plástico (6) a ambos extremos de la varilla. Sujeta la varilla de 50 cm (7) normal al riel en en taladro extremo (3) y fíjala con el tornillo (8). En la varilla se puede montar la nuez para sujetar el eje, los aros, soporte, etc. Para aumentar la longitud de esta varilla, se unen dos de ellas (50 cm + 25 cm) mediante el manguito de empalme. Este estativo se puede sujetar a la mesa mediante la pinza de mesa, consiguiendo que quede solidario a ésta con una total estabilidad.

MONTAJE DE ESTATIVO DOBLE

Montamos los dos rieles (1) mediante la pieza de unión (2) que fijamos con los tornillos laterales (3). Insertamos la varilla de 25 cm (4) en una de las perforaciones laterales y le colocamos los capuchones de plástico (5) en sus extremos. A la izquierda monta la varilla de 50 cm (6) con su nuez correspondiente (7) en el taladro normal (8) y las fijas con el tornillo (9). La segunda varilla (10) con su nuez se monta en el jinete con perforación y tornillo (11) montándose todo sobre el riel y a la distancia que se desea de la anterior y fijándolo con el tornillo lateral (12). Estas varillas pueden ser de 25 cm, 50 cm y de 75 cm o 100 cm empalmando dos mediante el manguito de empalme.


MONTAJE DE LA BALANZA DE BRAZOS IGUALES

En el riel de soporte (1) inserta una varilla de 25 cm (2) a través de la perforación lateral promédiala y fíjala con el tornillo moleteado (3). Coloca los capuchones de plástico en ambos extremos para que asiente bien. Fija la varilla de 50 cm ( o la de 25 cm) (4) normal al riel en la perforación del extremos y fíjala con el tornillo correspondiente. Monta la nuez (5) en la varilla. Coloca la escala (6) en la ranura del jinete (7) y sitúala delante de la varilla soporte (4). Cuelga el brazo de palanca (8) mediante el eje (9) que se fija solidariamente a la nuez (5). Atornilla el índice (10) en el centro y por debajo del brazo (8). Suspende ambos platillos (11) de los pivotes extremos del brazo de palanca (8). Para equilibrarla utiliza el jinetillo o reiter de plástico (12) colocándolo en el brazo del platillo que menos pese y lo deslizas hasta conseguir el equilibrio. Así has montado una sencilla balanza pero de buena precisión y suficiente para tus medidas.

MONTAJE DEL RIEL DE MOVIMIENTO

Para montar una buena pista de movimientos de unos 60 cm de largo, basta con unir los dos rieles (1) mediante la pieza de unión (2) por su parte inferior y fijarla solidariamente mediante los tornillos laterales (3). En un extremos del riel (izquierdo en el dibujo) se monta en el taladro normal al mismo tiempo la varilla de 10 cm (4) que sirve para nivelarla fijándola con el tornillo (5). También permite darle una ligera pendiente que anule el pequeñísimo rozamiento que siempre existe entre el carro de experimentos y el riel. Si se precisan soportes para dinamómetros utilizar los jinetes adecuados, y el portadinamómetros.


MONTAJE DEL PLANO INCLINADO

Monta primero el riel o pista de movimientos (1) según la ficha M 0.4. Pon en la perforación (2) del extremos del riel la varilla (3), que se fija con el tornillo moleteado (4). En su extremos inferior monta el manguito de empalme (5) (nuez redonda) por su agujero medio, y situamos la pista de manera que forme un plano inclinado, con el ángulo ( o pendiente) que se desee o se necesite. En el extremo de arriba del riel se puede montar el jinete con perforación y tornillo para sujetar el portadinamómetro y en su extremo inferior el jinete con ranura para actuar de tope del carro.




MÉCANICA 1. MEDIDA DE LAS DIMENSIONES FÍSICAS M 1.1 Medición de la longitud con cinta métrica y pie de rey M 1.2 Volumen de los cuerpos sólidos y líquidos M 1.2.1 Volumen de los gases M 1.3 Cronometría M 1.4 Masa y unidad de masa M 1.5 Densidad de los cuerpos sólidos M 1.6 Densidad de los líquidos 2. FUERZAS M 2.1 Peso M 2.2 Medición de la fuerza M 2.3 Alargamiento de un muelle helicoidal – Ley de Hooke M 2.4 Dirección de una fuerza y punto de aplicación M 2.5 Composición de fuerzas – Paralelogramo de fuerzas M 2.6 Plano inclinado M 2.7 Descomposición de fuerzas en el plano inclinado M 2.8 Fuerza de rozamiento 3. MÁQUINAS SIMPLES M 3.1 Palanca de dos lados M 3.2 Modelo de una balanza de brazos M 3.3 Palanca de un lado M 3.4 Polea fija M 3.5 Polea móvil M 3.6 Polipasto sencillo M 3.7 Polipasto compuesto M 3.8 Trabajo mecánico M 3.9 Trabajo sobre el plano inclinado M 3.10 Estabilidad M 3.11 Trabajo de vuelco 4. HIDROSTÁTICA M 4.1 Vasos comunicativos M 4.2 Efecto de la presión atmosférica M 4.3 Empuje hidrostático M 4.4 Principio de arquímedes M 4.5 El desplazamiento de un barco M 4.6 Modelo de areómetro M 4.7 Presión hidrostática M 4.8 Capilaridad

MT 1.1 MEDICIÓN DE LA LONGITUD CON CINTA MÉTRICA Y PIE DE REY Material 1 cinta métrica 1 pie de rey 1 paralelepípedo de aluminio 1 hoja de papel DIN A4

Conoceremos la exactitud de medida de la cinta métrica y del pie de rey. Experimento 1: Medimos con la cinta métrica los lados de una hoja DIN A4 y calculamos su superficie. Con la cinta métrica podemos medir con una exactitud de hasta 1 mm. Luego intentamos determinar con la cinta métrica la altura media del compañero del grupo de trabajo. Medimos la altura de todos los miembros del grupo, sumamos los valores y dividimos entre el número de las medidas tomadas. Experimento 2: Determinamos con el pie de rey el tamaño del paralelepípedo de aluminio. Con el pie de rey podemos llevar a cabo mediciones del paralelepípedo de hasta una exactitud de 0,1 mm. Con ayuda de los resultados podemos calcular el volumen del paralelepípedo. Conclusion: Con la cinta métrica podemos medir la longitud con una exactitud de hasta 1 mm; con el pie de rey podemos medir la longitude con una exactitude de hasta 0,1 mm. Podemos calcular la superficie y el volumen de un cuerpo regular cuando hemos llevado a cabo las mediciones correspondientes Indicación: El tornillo micrométrico nos permite llevar a cabo mediciones todavía más exactas.


M 1.2 VOLUMEN DE LOS CUERPOS SÓLIDOS Y LÍQUIDOS Material 1 Paralelepípedo de aluminio 1 Platillo para pesos de ranura 4 Pesos de ranura 50 g 1 Cilindro graduado 1 Vaso de precipitados 1 Pie de rey 1 Cordón El experimento nos mostrará cómo podemos determinar el volumen de líquidos y de cuerpos irregulares. Experimento 1: medimos el volumen de un líquido (agua). Llenamos con agua el vaso de precipitados. Vertemos en el cilindro graduado exactamente 20 ml de agua, después , por ejemplo, 78 ml de agua y para terminar 100 ml de agua. Practicamos la lectura del volumen de agua vertido. 100 ml corresponden a 100 cm cúbicos. Vertemos el agua de nuevo en el vaso de precipitados. Experimento 2: medimos los lados del paralelepípedo de aluminio con ayuda del pie de rey. Calculamos el volumen con la fórmula largo x ancho x altura ( V = l·b·h ).

Volumen del paralelepípedo: ...... cm cúbicos. Experimento 3: medimos ahora el volumen del paralelepípedo de aluminio por medio de su desplazamiento del agua. Llenamos con agua el cilindro graduado hasta su marca para 70 ml. Atamos un cordón al paralelepípedo de aluminio y lo sumergimos completamente en el agua del cilindro graduado. El nivel del agua del cilindro graduado aumenta. Leemos en la escala del cilindro graduado el aumento del volumen. El aumento del volumen corrresponde al desplazamiento del agua por medio del paralelepípedo. El paralelepípedo de aluminio ha desplazado ..... ml de agua. El voolumend del paralelepípedo es por lo tanto .... cm cúbicos. El resultado debe coincidir con el valor calculado del volumen, permitiéndose un pequeño error debido a inexactitudes durante la medida. Experimento 4: medimos como en el tercer experimento el volumen de un cuerpo sólido por medio del desplazamiento de agua. Ahora utilizamos, sin embargo, un cuerpo irregularmente formado. En el cilindro graduado se encuentran de nuevo 70 ml de agua. Atamos un cordón al platillo para pesos de ranura, cuatro pesos de ranura de 50 g. Sumergimos estos cuerpos completamente en el agua del cilindro graduado. Leemos el aumento del volumen; de esta manera podemos dar el volumen del cuerpo (sustraer 70 ml del nuevo valor). El volumen del cuerpo irregular es de ....... cm cúbicos. Conclusión: podemos determinar el volumen de cuerpos formados irregularmente, determinando cuánta agua desplazan.


T 1.2.1 VOLUMEN DE LOS GASES Material: 1 cilindro 1 cubeta de plástico 1 manguera de plástico 1 globo Cordón Tijeras Agua Conoceremos un método para medir el volumen de un gas. Mediremos un volumen de aire. Preparación: colocamos el globo en un extremo de la manguera de plástico (unos 40 cm de longitud) y lo sujetamos con un cordón. Llenamos con agua la cubeta de plástico hasta unos dos cm bajo su borde. Llenamos con agua hasta el borde el cilindro graduado. Lo cerramos con la mano y lo sostenemos como indica la ilustración con la abertura hacia abajo en la cubeta de plástico. Al encontrarse la abertura del cilindro graduado bajo el nivel del agua soltamos la abertura del mismo. El agua no debe salirse del cilindro graduado. Otro miembro del grupo de trabajo infla un poco el globo y luego obstruye la abertura con la mano. Experimento: sostenemos el extremo libre de la manguera de plástico en el cilindro graduado. Ahora liberamos brevemente la abertura del globo. Un poco de aire del globo circula hacia el cilindro graduado, se eleva y desplaza el agua en el cilindro. Podemos leer cuánta agua ha sido desplazada. El volumen del agua desplazada es tan grande como el volumen del aire que fluye hacia el cilindro graduado. De esta manera podemos leer en el cilindro graduado el volumen del aire. Conclusión: desplazando agua es posible medir el volumen de un gas.


T 1.3 CRONOMETRÍA Material 1 riel de soporte 1 pinza 1 varilla de soporte 50 cm 2 nueces 1 bulones de cojinetes 1 platillos para pesos de ranuras 2 pesos de ranura 50 g 1 cinta métrica 1 tijera 1 cordón Recomendable: 1 cronómetro Mostraremos un método sencillo para medir el tiempo. Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Fijamos la pinza de mesa con el riel de soporte al borde de la mesa. Fijamos la varilla de soporte al riel. Colocamos una nuez en la varilla de soporte cerca del riel; fijamos la otra nuez (con el bulón de cojinetes ya ajustado) al extremo superior de la varilla de soporte. La nuez inferior debe encontrarse paralela al borde de la mesa mientras que la superior debe salir hacia adelante. Hacemos dos gazas a ambos extremos de un cordón de 130 cm de longitud. Fijamos una gaza al tornillo de apriete de la nuez inferior. Corremos el cordón a través de los bulones de cojinetes y lo dejamos colgando hacia abajo. De la segunda gaza colgamos el platillo para pesos de ranura con dos pesos de ranura de 50 g. Desplazando la nuez inferior hacia arriba o hacia abajo obtenemos una longitud del péndulo –desde el bulón de cojinetes hasta el centro de los pesos de ranura- de exactamente 99,5 cm. Experimento 1: hacemos oscilar el péndulo. Debe oscilar paralelo al borde de la mesa; la amplitud de oscilacioón sólo debe ser de unos 10 cm. Al detenerse el péndulo a un lado (punto de inversión) activamos el cronómetro (observamos la posición de la manecilla de los segundos del reloj de pulsera). Después de exactamente 20 semioscilaciones (10 oscilaciones completas, 1 oscilación es una movimiento completo de ida y regreso del péndulo) detenemos de nuevo el cronómetro (leemos de la manecilla de los segundos del reloj de pulsera el tiempo transcurrido). Duración de 20 oscilaciones: ..... s Duración de 1 semioscilación: .....s Un péndulo de segundos debe medir, por lo tanto, exactamente 99,5 cm. Experimento 2: llevamos a cabo con el péndulo de segundos algunas mediciones del tiempo. Podemos determinar, por ej., el número de pulsaciones del cuerpo humano durante un minuto (60 seg.). Para lo mismo medimos primero al estar el cuerpo en reposo relativo y luego después de un esfuerzo físico (correr brevemente o subir escalones). Podemos también comparar los resultados para dos personas distintas. Conclusión: un péndulo de 99,5 cm de longitud necesita 1 segundo para una semioscilación (péndulo de segundos). Podemos efectuar mediciones del tiempo con un péndulo cuya duración de oscilación conocemos. Sin embargo, la amplitud de oscilación del péndulo no debe ser demasiado grande.


T 1.4 MASA Y UNIDAD DE MASA Material 1 riel de soporte 2 varillas de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 nuez 1 bulón de cojinetes 1 brazo de palanca 2 platillos de balanza 1 índice 1 escala 1 jinete con ranura 1 vaso de de precipitados 1 cilindro graduado 1 juego de masas 2 pesos de ranura 50 g Cuando al ir a hacer la compra pedimos “1 quilogramo de azúcar” compramos una masa determinada de azúcar. 1 kg es la unidad de la dimensión física llamada “masa”. Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Insertamos a través de la perforación transversal del riel de soporte una varilla de soporte 25 cm. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda de un tornillo moleteado. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Fijamos la segunda varilla de soporte 25 cm perpendicularmente en el riel de soporte. Ajustamos la nuez a la varilla perpendicular de soporte. Ajustamos el brazo de palanca a la nuez en el orificio superior con ayuda del bulón de cojinetes. Atornillamos el índice al centro del brazo de palanca. Colocamos la escala sobre el riel de soporte frente a la varilla perpendicular de soporte, con ayuda del jinete con ranura. Suspendemos ambos platillos de balanza de los extremos del brazo de palanca. Experimento: colocamos el vaso de precipitados sobre el platillo izquierdo de la balanza mientras que sostenemos el platillo hasta que logremos el equilibrio colocando masas y perdigones para tarar en el platillo derecho (“tarar”). En adición, colocamos sobre el platillo de balanza derecho dos pesos de ranura 50 g. Vertimos agua en el vaso de precipitados que se encuentra sobre el platillo de balanza izquierdo (del cilindro graduado), hasta que establezcamos de nuevo el equilibrio. Finalmente vertimos de nuevo el agua en el cilindro graduado vació y determinamos su volumen. Resultado: 100 g es la masa de 100 ml de agua. Conclusiones: 1. Las masas se comparan con una balanza. 2. 1 g es la masa de 1 ml de agua, 1 kg es la masa de 1 l de agua.


T 1.5 DENSIDAD DE LOS CUERPOS SÓLIDOS Material 1 riel de soporte 2 varillas de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 nuez 1 bulón de cojinetes 1 brazo de palanca 2 platillos de balanza 1 índice 1 escala 1 jinete con ranura 1 paralelepípedo de aluminio 1 paralelepípedo de hierro 1 paralelepípedo de hierro pequeño 1 juego de masas 1 pie de rey 1 cilindro graduado Debe tener un cuerpo más grande (un cuerpo con un volumen mayor) también una masa más grande. Pensemos en ejemplos que prueben lo contrario. Aclararemos nuestra duda a través de nuestras mediciones. Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Insertamos una varilla de soporte 25 cm a través de la perforación transversal del riel de soporte. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda de un tronillo moleteado. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Fijamos la segunda varilla de soporte 25 cm perpendicularmente al riel de soporte. Ajustamos la nuez a la varilla perpendicular de soporte. Ajustamos el brazo de palanca a la nuez en el orificio superior con ayuda del bulón de cojinetes. Atornillamos el índice al centro del brazo de palanca. Colocamos la escala sobre el riel de soporte, frente a la varilla perpendicular de soporte , con ayuda del jinete con ranura. Suspendemos ambos platillos de balanza de los extremos del brazo de palanca. Experimento: determinamos la masa de tres paralelepípedos con ayuda de una balanza. Calculamos el volumen a partir de las medidas del cuerpo o por medio del desplazamiento de agua en el cilindro graduado. Luego calculamos la densidad del cuerpo dividiendo la masa entre el volumen. Para los resultados utilizamos la tabla. cuerpo Masa Volumen Densidad Paralelepípedo de aluminio ........ g ........ cm³ ........ g/cm³ Paralelepípedo grande de hierro ........ g ........ cm³ ........ g/cm³ Paralelepípedo pequeño de hierro ........ g ........ cm³ ........ g/cm³ Conclusiones:

1. La densidad es la masa por unidad de volumen. 2. Los cuerpos del mismo material tienen la misma densidad (solamente en el caso de que uno

de los cuerpos no sea hueco).


T 1.6 DENSIDAD DE LOS LÍQUIDOS Material 1 riel de soporte 2 varillas de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 nuez 1 bulón de cojinetes 1 brazo de palanca 2 platillos de balanza 1 índice 1 escala 1 jinete con ranura 1 vaso de precipitados 1 cilindro graduado 1 juego de masas Alcohol Solución de sal o de azúcar Como en los cuerpos sólidos, podemos calcular la densidad de los líquidos a partir de una determinación de la masa y de una medición del volumen. Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Insertamos una varilla de soporte 25 cm a través de la perforación transversal del riel de soporte. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda del tornillo moleteado. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Fijamos la segunda varilla de soporte 25 cm perpendicularmente al riel de soporte. Ajustamos la nuez a la varilla perpendicular de soporte. Ajustamos el brazo de palanca a la nuez en el orificio superior con ayuda del bulón de cojinetes. Atornillamos el índice al centro del brazo de palanca. Colocamos la escala sobre el riel de soporte, frente a la varilla perpendicular de soporte, con ayuda del jinete con ranura. Suspendemos ambos platillos de balanza de los extremos del brazo de palanca. Experimento: colocamos el vaso de precipitados sobre el platillo izquierdo de balanza. Colocando masa y perdigones para tabar sobre el platillo derecho hasta lograr el equilibrio (“tarar”). Vertemos 100 cm cúbicos de agua (del cilindro graduado) en el vaso de precipitados que se encuentra sobre el platillo izquierdo de balanza. Determinamos la masa del agua con ayuda de las masas. Para obtener la densidad calculamos el cociente de la masa entre el volumen. Repetimos el experimento con 100 ml de alcohol y calculamos su densidad. Luego realizamos el experimento con 100 ml de uan solución de sal o de azúcar. Trasladamos a la tabla los valores medidos y las densidades obtenidas. Líquido Masa Volumen Densidad Agua ...g 100 ml = 100 cm cúb. ...g/cm cúb. Alcohol ...g 100 ml = 100 cm cúb. ...g/cm cúb. Solución salina ...g 100 ml = 100 cm cúb. ...g/cm cúb. Solución azúcar ...g 100 ml = 100 cm cúb. ...g/cm cúb. Conclusión: podemos determinar la densidad de los líquidos con ayuda de una balanza y de un cilindro graduado.


T 2.1 PESO Material 1 riel de soporte 1 varilla de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 varilla de soporte 50 cm 1 nuez 1 bulón de cojinetes 1 platillo para pesos con ranura 3 pesos con ranura 50 g 4 pesos con ranura 10 g 1 dinamómetro 2 N Toda masa posee sobre la tierra un “peso”. ¿Cuál es la relación entre la masa y el peso? Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Insertamos la varilla de soporte 25 cm a través de la perforación transversal del riel de soporte. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda del tornillo moleteado. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Fijamos la segunda varilla de soporte 50 cm perpendicularmente al riel de soporte. Fijamos el bulón de cojinetes con ayuda de la nuez al extremo superior de la varilla de soporte. Suspendmeos del bulón de cojinetes el dinamómetro 2 N y ajustamos exactamente el punto cero del dinamómetro. Experimento: suspendemos sucesivamente del dinamómetro las masas 20 g (platillo para pesos + peso con ranura 10 g), 100 g y 200 g y leemos el peso en el dinamómetro. El peso lo expresamos en la unidad 1 Newton (1N). Trasladamos los resultados a la tabla. Masa 20 g 100 g 200 g Peso ........ N ........ N ........ N Calculamos a partir de los resultados la fuerza del peso ejercida por la masa 1 kg. Conclusiones:

1. 1 kg de masa ejerce una fuerza de peso sobre la superficie de la tierra de (aprox.) 10 Newton. 2. La fuerza del peso 1 N es originada sobre la superficie de la tierra por la masa (aprox.) 100g.

Indicación: una masa de 1 kg origina sobre la superficie de la Luna la fuerza del peso 1,63 N, sobre la superficie de Júpiter 26,5 N.


T 2.2 MEDICIÓN DE LA FUERZA Material 1 muelle helicoidal duro 1 dinamómetro 2 N 1 hoja de papel DIN A4 Mediremos la fuerza que se necesita para deformar un cuerpo elástico. Preparación: colocamos el muelle helicoidal sobre una hoja de papel como se indica en la ilustración y marcamos sobre la misma su extremo (éste debe estar aprox. en el centro de la hoja). A continuación marcamos 5 puntos a intervalos de 2 cm respectivamente a partir del extremo. Experimento: enganchamos el dinamómetro 2 N al extremos derecho del muelle. Sostenemos el extremo izquierdo del muelle. Tiramos del dinamómetro y leemos qué fuerza se necesita para la rotación del muelle hasta la marca respectiva. Trasladamos los resultados a la tabla. Alargamiento del muelle 2 cm 4 cm 6 cm 8 cm 10 cm Fuerza necesaria ........ N ........ N ........ N ........ N .......N Conclusión: necesitamos una fuerza para poder rotar un muelle helicoidal. Esa fuerza se mide con el dinamómetro. Mientras más alarguemos el muelle, más fuerza necesitaremos.


T 2.3 ALARGAMIENTO DE UN MUELLE HELICOIDAL- LEY DE HOOKE Material 1 riel de soporte 1 varilla de soporte 25 cm 1 varilla de soporte 50 cm 1 pinza de mesa 1 nuez 1 nuez redonda 1 bulón de cojinetes 1 platillo para pesos con ranura 2 pesos con ranura 50 g 1 muelle helicoidal blando 1 muelle helicoidal duro 1 cinta métrica Investigaremos la realciónentre alargamiento de un muelle y la fuerza empleada. Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Fijamos al borde de la mesa la pinza de mesa con riel de soporte. Unimos con ayuda de la nuez redonda la varilla de soporte 25 cm a la varilla de soporte 50 cm. Fijamos esta varilla de soporte de 75 cm de longitud perpendicularmente al riel de soporte. En el tope fijamos una nuez con bulón de cojinetes. Suspendemos el muelle helicoidal blando (fácilmente alargable) del bulón de cojinetes y del muelle suspendemos el platillo para pesos con ranura. Medimos con ayuda de la cinta métrica la distancia entre la superficie de la mesa y el lado inferior del platillo para pesos con ranura. La fuerza del peso es de 0,1 N.

1. Experimento: colocamos primero un peso con ranura 50 g y luego dos pesos con ranura de 50 g. El aumento del peso es de respectivamente 0,5 N y 1 N. La distancia entre la superficie de la mesa y el lado inferior del platillo para pesos con ranura es menor que con el platillo sin peso alguno. Traladamos a la tabla los resultados de la medición.

2. Experimento: repetimos el experimento con el muelle helicoidal “duro” (se alarga con más

dificultad). Trasladamos los resultados a la segunda tabla. Muelle blando:

Fuerza 0,1 N 0,6 N 1,1 N (platillo solo) (platillo + 1 peso) (platillo + 2 pesos) Distancia mesa-platillo ........ cm ........ cm ........ cm Aumento de la fuerza 0,5 N 1 N Alargamiento ........ cm ........ cm


Muelle duro: fuerza 0,1 N 0,6 N 1,1 N (platillo solo) (platillo + 1 peso) (platillo + 2 pesos) Distancica mesa-platillo ........ cm ........ cm ........ cm Aumento de la fuerza 0,5 N 1 N alargamiento ........ cm ........ cm Conclusión: el alargamiento es proporcional a la fuerza. El muelle blando se alarga más que el duro al cargarse ambos igualmente.


T 2.4 DIRECCIÓN DE UNA FUERZA Y PUNTO DE Material 1 riel de soporte 1 varilla de soporte 50 cm 1 pinza de mesa 1 nuez 1 bulón de cojinetes 1 brazo de palanca 1 platillo para pesos con ranura 2 pesos con ranura 50 g 1 dinamómetro 2 N De acuerdo con la ley de Hooke, el efecto de una fuerza depende de la cantidad de su intensidad (de la fuerza). ¿Depende el efecto de una fuerza también de otros factores? Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Fijamos al borde de la mesa la pinza de mesa con el riel de soorte. Fijamos la varilla de soporte de 50 cm perpendicularmente al riel de soporte. Arriba fijamos una nuez. Fijamos el brazo de palanca ala nuez en el orificio superior con ayuda del bulon de cojinetes, de manera que el brazo de palanca pueda girar. Colocamos perpendicularmente el brazo de palanca. Suspendemos de la espiga inferior el platillo para pesos con 2 pesos con ranura de 50 g. Enganchamos el dinamómetro a la penúltima espiga. 1. Experimento: tiramos con la mano del dinamómetro perpendicularmente hacia abajo. El

dinamómetro deberá indicar 1 N. ¿Qué efecto tiene la fuerza? luego tiramos horizontalmente con la fuerza 1 N. El efecto de la fuerza es ahora distinto. Es decir, para el efecto de una fuerza es decisivo no solamente la cantidad de la fuerza sinó también la dirección en la que actúa.

2. Experimento: enganchamos el dinamómetro a la primera espiga bajo el centro y tiramos horizontalmente con la fuerza 1 N. El efecto dela fuerza es ahora distinto del de el primer experimento. También el punto de aplicación es decisivo para el efecto de una fuerza. Conclusión: el efecto de una fuerza depende de tres factores: intensidad, dirección y punto de aplicación.


M 2.5 COMPOSICIÓN DE FUERZAS – PARALELOGRAMO DE FUERZAS

Material 2 rieles de soporte 1 varilla de soporte 25 cm 2 varillas de soporte 50 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 pieza de unión para rieles 2 nueces 1 jinete con tornillo de apriete 2 bulones de cojinete 1 platillo para pesos con ranura 4 pesos con ranura 50 g 4 pesos con ranura 10 g 2 dinamómetros 2 N 1 cinta métrica

¿Qué tercera fuerza equilibra a dos fuerzas dadas? Preparación: montaje de acuerdo al a ilustración. Juntamos los dos rieles de soporte con ayuda de la pieza de unión para rieles. Insertamos la varilla de soporte de 25 cm a través de una de las perforaciones transversales. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. A la izquierda fijamos una varilla de soporte de 50 cm perpendicularmente en la perforación del riel. Colocamos la segunda varilla de soporte de 50 cm a unos 45 cm de la varilla de soporte sobre el riel de soporte con ayuda del jinete con tornillo de apriete. Colocamos sobre ambas varillas de soporte nueces, las cuales contienen un bulón de cojinetes respectivamente. Fijamos la nuez izquierda a una altura de 40 cm sobre la mesa; fijamos la nuez que se encuentra en la varillla derecha de soporte a una altura de 50 cm. Enganchamos los extremos superiores de los dinamómetros a los bulones de cojinetes. Enganchamos los ganchos de los dinamómetros. En esta posición leemos los dinamómetros. Anotamos los valores como valores en vacío. Luego los sustraemos de los valores de fuerza indicados. Enganchamos a los ganchos de los dinamómetros el platillo para pesos con ranura con un peso con ranura de 50 g. Experimento: desplazamos el jinete con la varilla de soporte hasta que el ángulo entre ambos dinamómetros sea de 90 grados (esto lo controlamos con un triángulo o con una hoja de papel). Leemos la fuerza indicada en los dinamómetros y sustraemos los valores en vacío. La fuerza que actúa perpendicularmente hacia abajo es de 0,6 N (platillo + 1 peso con ranura). Con los resultados de la medición dibujamos un paralelogramos de fuerzas (1 cm corresponde a 0,2 N). Comparamos las diagonales del paralelogramos con la fuerza que actúa hacia abajo. Conclusión: construyendo las diagonales en el paralelogramo de fuerzas podemos obtener la fuerza resultante a partir de dos fuerzas. La tercera fuerza, la cual equilibra a las otras dos fuerzas, es la fuerza opuesta a la resultante.


T 2.6 PLANO INCLINADO Material 2 rieles de soporte 1 varilla de soporte 50 cm 1 pieza de unión para rieles 1 nuez redonda 1 jinete con tornillo de pariete 1 porta dinamómetros 2 pesos con ranura 50 g 1 dinamómetro 2 N 1 vagón para experimentos 1 cinta métrica 1 cordón Tijeras Mientras más inclinado sea un terreno, más fuerza necesitaremos para subir cuesta arriba. Estudiaremos la relación exacta. Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Uniendo ambos rieles de soporte con la pieza de unión para rieles construimos una pista. Fijamos en la perforación en el extremos del riel la varilla de soporte de 50 cm. Fijamos a la nuez redonda el otro extremos de la varilla de soporte. Colocamos el riel con ayuda de la varilla de soporte de tal manera que forme un plano inclinado. A continuación deslizamos la varilla de soporte a través del riel de tal manera que el extremo elevado de la pista se encuentre a 12 cm sobre la mesa. Fijamos el portadinamómetros al jinete con tornillo de apriete y colocamos éste cerca de la varilla de soporte sobre la pista. Fijamos el dinamómetro al portadinamómetros con la parte superior (oculta). En esta posición ajustamos exactamente el punto cero del dinamómetro. Fijamos en la perforación del vagón para experimentos un pedazo de cordón. Enganchamos a esta gaza el dinamómetro. Experimento 1: estudiaremos la relación entre el peso del vagón para experimentos y la fuerza de suspensión para un ángulo de inclinación del plano inclinado determinado. La fuerza de suspensión la medimos con el dinamómetro. Por el momento utilizamos el vagón para experimentos sin el peso con ranura. El vagón tiene una masa de 50 g. Leemos la fuerza indicada por dinamómetro y la trasladamos a la tabla. Ahora colocamos primeramente un peso con ranura de 50 g, luego dos pesos de 50 g; determinamos de nuevo la fuerza de suspensión. La masa del vagón es entonces 100 g y 150 g respectivamente. Trasladamos los resultados a la tabla. Masa del vagón Peso del vagón Fuerza de suspensión 50 g 0,5 N ........ N 100 g 1 N ........ N 150 g 1,5 N ........ N


Experimento 2: determinaremos la relación entre la fuerza de suspensión y la inclinación del plano indicado. Primero utilizamos el vagón con 1 peso con ranura y luego con 2 pesos con ranura. Su masa es, por lo tanto, 100 g y luego 150 g, mientras que su peso es de 1 N y 1,5 N respectivamente. Ajustamos la altura de la pista sucesivamente a 12 cm, 24 cm y finalmente a 36 cm. La longitud del plano inclinado es de 60 cm. Medimos respectivamente las fuerzas de suspensión y trasladamos los resultados a la tabla. Alturas h Longitud I Inclinación h/l Peso G Fuerza de suspensión F F/G force F 12 cm 60 cm ........ 1 N ........ N ........ 24 cm 60 cm ........ 1 N ........ N ........ 36 cm 60 cm ........ 1 N ........ N ........ 12 cm 60 cm ........ 1,5 N ........ N ........ 24 cm 60 cm ........ 1,5 N ........ N ........ 36 cm 60 cm ........ 1,5 N ........ N ........ Conclusión: existe una relación entre la intensidad de la fuerza de suspensión y la inclinación del plano. La relación entre la fuerza de suspensión y el peso del cuerpo es tan grande como la relación entre la altura y la longitud del plano. Es válida por lo tanto la siguiente relación: F h ⎯ = ⎯ G I


T 2.7 DESCOMPOSICIÓN DE FUERZAS EN EL PLANO INCLINADO Material 2 rieles de soporte 1 varilla 1 pieza de unión para rieles 1 nuez redonda 1 jinete con tornillo de apriete 1 portadinamómetros 2 pesos con ranura 50 g 2 dinamómetros 2 N 1 vagón para experimentos 1 cinta métrica 1 cordón Tijeras Es possible descomponer una fuerza en dos o más fuerzas parciales. Un ejemplo de lo anterior es la descomposición de la fuerza del peso sobre un plano inclinado. Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Uniendo ambos rieles de soporte con la pieza de unión para rieles construimos una pista. Fijamos la varilla de soporte de 50 cm en la perforación en el extremo del riel. Fijamos el otro extremos de la varilla de soporte a través del riel de tal manera que el extremos elevado de la pista se encuentre a 24 cm sobre la mesa. Fijamos el portadinamómetros al jinete con tornillo de apriete y colocamos éste cerca de la varilla de soporte sobre la pista. Fijamos el dinamómetro al portadinamómetros con la parte superior (oculta). En esta posición ajustamos exactamente el punto cero del dinamómetro. Fijamos un pedazo de cordón en la perforación del vagón para experimentos. Enganchamos el dinamómetro a esta gaza. Fijamos una segunda gaza en la torre del vagón para experimentos. Enganchamos el segundo dinamómetro a esta gaza y los sostenemos de tal manera que forme un ángulo recto con la pista. Antes de efectuar la medición tenemos que ajustar en esta posición el punto cero del dinamómetro. utilizamos el vagón para experimentos primero sin peso con ranura. El vagón tiene una masa de 50 g. Sostenemos el dinamómetro normal al plano inclinado de tal manera que el vagón apenas no se eleve sobre la pista. Leemos las fuerzas indicadas por ambos dinamómetros y las trasladamos a la tabla. Ahora colocamos primeramente un peso con ranura de 50 g, luego dos pesos de 50g; determinamos de nuevo las fuerzas. La masa del vagón es entonces 100 g y 150 respectivamente. Trasladamos los resultados a la tabla. Altura h Inclinación h/I Masa Peso Fuerza de FH Fuerza normal

suspensión Fn 12 cm 0,2 50 g 0,5 N ........ N ........ N 12 cm 0,2 100 g 1 N ........ N ........ N 12 cm 0,2 150 g 1,5 N ........ N ........ N 24 cm 0,4 50 g 0,5 N ........ N ........ N 24 cm 0,4 100 g 1 N ........ N ........ N 24 cm 0,4 150 g 1,5 N ........ N ........ N Dibujamos un paralelogramo de fuerzas, escogiendo graduaciones apropiadas para las dimensiones del plano inclinado y para las fuerzas. Nos aseguramos de que la fuerza del peso origine las diagonales en el paralelogramo de fuerzas.


Conclusión: la fuerza del peso del vagón origina sobre el plano inclinado una componente de la fuerza en la dirección del plano (fuerza de suspensión) y una componente de la fuerza normal al plano inclinado (fuerza normal). La fuerza del peso origina las diagonales en el paralelogramo de fuerza.


T 2.8 FUERZA DE ROZAMIENTO Material 1 paralelepípedo de alumnio 1 paralelepípedo de hierro pequeño 1 vagón para experimentos 1 dinamómetro 2 N 2 pesos con ranura 50 g Mediremos la fuerza de rozamiento en un movimiento de deslizamiento y en uno de rodamiento. Preparación: determinamos el peso del paralelepípedo de aluminio y del pequeño paralelepípedo de hierro. El peso del pequeño paralelepípedo de hierro debe ser tan grande como el peso del paralelepípedo de aluminio.

Peso del paralelepípedo de aluminio: ........N. Peso del paalelepípedo pequeño de aluminio: .....N.

Experimento 1: el paralelepípedo de aluminio posee un gancho en la dirección longitudinal. A este gancho enganchamos el dinamómetro 2 N. Colocamos el paralelepípedo sobre una hoja de papel no muy lisa y lo cargamos adicionalmente con 2 pesos con ranura 50 g.

El peso total es: ...... N. Tiramos del paralelepípedo de aluminio con el dinamómetro hasta que pongamos a aquel en movimiento. La fuerza máxima efectiva la llamamos “rozamiento de adhesión”.

El rozamiento de adhesión con un peso de 2 N es: .... N. Experimento 2: tiramos del paralelepípedo de aluminio con el dinamómetro de tal manera que aquel se mueva más o menos uniformemente. La fuerza indicada por el dinamómetro es el “rozamiento de deslizamiento”.

El rozamiento de deslizamiento con un peso de 2 N es: ......N. Experimento 3: reemplazamos el paralelepípedo de aluminio por el pequeño paralelepípedo de hierro y lo cargamos de la misma manera con ambos pesos con ranura. El peso no varía, pero la superficie de apoyo ha disminuido. Determinamos de nuevo como en el segundo experimento el rozamiento de deslizamiento. ¿Ha disminuido?

Rozamiento de deslizamiento con una superficie menor: ......... N. Experimento 4: retiramos ambos pesos de ranura del paralelepípedo de hierro, disminuyendo así el peso en la mitad. Luego medimos de nuevo el rozamiento de deslizamiento.

Rozamiento de deslizamiento sin carga adicional (peso 1 N): ...... N.


Experimento 5: cargamos de nuevo el paralelepípedo de hierro con los dos pesos 50 g e investigamos la influencia de la superficie sobre el rozamiento de deslizamiento. Medimos el rozamiento de deslizamiento al moverse el cuerpo sobre un pañuelo de papel y sobre una hoja lisa de papel.

Rozamiento de deslizamiento con un peso de 2 N sobre un pañuelo de papel: .... N. Experimento 6: colocamos el pequeño paralelepípedo de hierro con un peso de ranura 50 g sobre el vagón para experimentos. La masa del vagón sustituye al segundo peso de ranura de 50 g. Determinamos ahora el “rozamiento de rodamiento”: tiramos del vagón con el dinamómetro y lo movemos lo más uniformemente posible sobre la hoja de papel.

Rozamiento de rodamiento con un peso de 2 N sobre el papel: .... N. Conclusiones:

1. El rozamiento de adhesión es mayor que el rozamiento de deslizamiento. El rozamiento de rodamiento es menor que el de deslizamiento.

2. El rozamiento de deslizamiento depende del peso del cuerpo pero no del tamaño de la superficie de apoyo.


T 3.1 PALANCA DE DOS LADOS Material 1 riel de soporte 1 varilla de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 varilla de soporte 50 cm 1 nuez 1 bulón de cojinetes 1 brazo de palanca 2 platillos para pesos de ranura 4 pesos de ranura 50 g 4 pesos de ranura 10 g Buscamos la condición de equilibrio para una planca sobre cuyos dos lados (visto desde el centro de rotación) actúan fuerzas. Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Insertamos la varilla de soporte 25 cm a través de la perforación transversal del riel de soporte. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda del tornillo moleteado. Fijamos la varilla de soporte 50 cm perpendicularmente al riel de soporte. Arriba, sobre la varilla de soporte fijamos una nuez. Fijamos el brazo de palanca a la nuez en el orificio superior con ayuda del bulón de cojinetes, de manera que el brazo de palanca pueda girar. El brazo de palanca posee espigas de plástico a intervalos de 2 cm respectivamente. De esta manera podemos calcular fácilmente la distancia al eje de rotación. Como fuerza efectiva utilizamos las fuerzas del peso de dos masas, las cuales están formadas por un platillo (masa 10 g) y por pesos de ranura (masa 10 g o 50 g respectivamente). Experimento: se proporciona con anticipación el brazo de fuerza izquierdo (o sea la distancia del eje de rotación) respectivamente mientras que determinamos por medio del experimento el brazo derecho de fuerza, con el cual obtenemos el equilibrio. Trasladamos los resultados del experimento a la tabla. Masa Fuerza F 1 Brazo de fuerza I1 Masa Fuerza F2 Brazo de fuerza I2

izquierda izquierda izquierdo derecha derecha derecha 60 g ........ N 4 divisiones 120 g ........ N ........ divisiones 60 g ........ N 8 divisiones 120 g ........ N ........ divisiones 60 g ........ N 10 divisiones 120 g ........ N ........ divisiones 20 g ........ N 3 divisiones 60 g ........ N ........ divisiones 20 g ........ N 6 divisiones 60 g ........ N ........ divisiones 20 g ........ N 9 divisiones 60 g ........ N ........ divisiones 10 g ........ N 6 divisiones 60 g ........ N ........ divisiones 10 g ........ N 7 divisiones 70 g ........ N ........ divisiones 10 g ........ N 8 divisiones 80 g ........ N ........ divisiones 60 g ........ N 8 divisiones 80 g ........ N ........ divisiones Conclusión: en la palanca de dos lados existe el equilibrio cuando se cumple la condición siguiente: Fuerza x brazo de fuerza (izquierda) = Fuerza x brazo de fuerza (derecha) Indicación: damos siempre la fuerza del peso con un pequeño error cuando damos para la masa 10 g la fuerza del peso de 0´1 N. El cálculo de las divisiones de la palanca en cm es fácil de llevar a cabo, si es que así se desea


T 3.2. MODELO DE UNA BALANZA DE BRAZOS Material 1 riel de soporte 1 varilla de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 varilla de soporte 50 cm 1 nuez 1 bulón de cojinetes 1 brazo de palanca 2 platillos de balanza 1 jinete con ranura 1 índice 1 escala 1 juego de masas Con ayuda del brazo de palanca podemos construir fácilmente una balanza de brazos sencilla. Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Insertamos una varilla de soporte 25 cm a través de la perforación transversal del riel de soporte. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda del tornillo moleteado. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Fijamos la varilla de soporte 50 cm normal al riel de soporte y sobre el mismo. Fijamos la nuez a la varilla de soporte normal. Fijamos el brazo de palanca a la nuez en el orificio superior con ayuda del bulón de cojinetes. Atornillamos el índice en el centro del brazo de palanca. Colocamos la escala con ayuda del jinete con ranura sobre el riel de soporte, frente a la varilla normal de soporte. Suspendemos ambos platillos de balanza de los extremos del brazo de palanca. Podemos colocar el jinete de plástico pequeño sobre el brazo de palanca y deslizarlo sobre ella para de esta manera obtener un ajuste del equilibrio más exacto. Experimento 1: colocamos una masa de 1 g sobre el platillo de balanza derecho. El índice nos indica la inclinación del brazo. Leemos las divisiones parciales en la escala.

Brazo de balanza largo: inclinación de .......... divisiones. Experimento 2: ahora suspendemos los platillos de balanza en ambos lados de la séptima espiga del brazo de palanca. Establecemos de nuevo el equilibrio descargando los pltaillos de balanza. Luego determinamos la inclinación del brazo de palanca colocando la masa 1 g.

Brazo de balanza corto: inclinación de ........ divisiones. Experimento 3: fijamos el brazo de palanca a la nuez en el orificio de suspensión central con ayuda del bulón de cojinetes. De esta manera acercamos el centro de gravedad de la balanza al centro de rotación. Colgamos los platillos de balanza de nuevo de los extremos. Medimos de nuevo la inclinación del brazo de palanca debido al sobrepeso de 1 g en la escala.

Centro de gravedad más cercano al centro de rotación: inclinación de ...... divisiones. Conclusión: la balanza es más sensible cuando el brazo de balanza es más largo. La balanza es más sensible cuando el centro de gravedad está más cerca del centro de rotación.


T 3.3 PALANCA DE UN LADO Material 1 riel de soporte 2 varillas de soporte 25 cm 1 varilla de soporte 50 cm 1 pinza de mesa 2 nueces 1 nuez redonda 1 bulón de cojinetes 1 brazo de palanca 2 dinamómetros Si en una palanca ambas fuerzas actúan sobre el mismo lado (visto desde el centro de rotación), entonces hablamos de una palanca de un lado. Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Fijamos al borde de la mesa la pinza de mesa con el riel de soporte, unimos con ayuda de la nuez redonda la varilla de soporte de 50 cm con la varilla de soporte de 25 cm. Fijamos la así formada varilla de soporte de 750 mm perpendicularmente sobre el riel de soporte. Fijamos un poco la nuez que se encuentra sobre la varilla de soporte con ayuda de la nuez redonda. Fijamos el brazo de palanca a la nuez en el orificio central con ayuda del bulón de cojinetes, de manera que el brazo de palanca pueda girar. Arriba fijamos otra nuez a la varilla de soporte. La segunda nuez posee una varilla de soporte de 25 cm suspendida horizontamente. Experimento: suspendemos de la varilla de soporte horizontal un dinamómetro 2 N y ajustamos su punto cero. Enganchamos el gancho del dinamómetro a la sexta espiga (contada desde el centro de rotación). Movemos la nuez con el bulón de cojinetes, en la cual se encuentra el brazo de palanca, sobre la varilla de soporte, de tal manera que el dinamómetro indique 0´6 N al encontrarse el brazo de palanca horizontalmente. El producto fuerza x brazo de fuerza es por lo tanto 0´6 · 6 = 3´6 Newton x divisiones. Sostenemos un segundo dinamómetro con la escala hacia arriba. Ajustamos en esta posición el punto cero. Suspendemos este segundo dinamómetro del centro de rotación sucesivamente a diversos intervalos. Tirando hacia abajo alargamos el dinamómetro que cuelga arriba hasta exactamente 0´6 N. Leemos en el dinamómetro inferior la fuerza que debemos aplicar para lograr lo anterior.


Llenamos la tabla siguiente: Fuerza Brazo de fuerza Brazo de carga Peso Carga x brazo de carga Hacia arriba (tiro hacia abajo) 0,6 N 6 divisiones 2 divisiones ........ N ........ 0,6 N 6 divisiones 3 divisiones ........ N ........ 0,6 N 6 divisiones 4 divisiones ........ N ........ 0,6 N 6 divisiones 6 divisiones ........ N ........ 0,6 N 6 divisiones 9 divisiones ........ N ........ Conclusión: también para la palanca de un lado es válida la condición para el equilibrio: Fuerza x Brazo de fuerza = carga x Brazo de carga.


T 3.4 POLEA FIJA Material 1 riel de soporte 1 varilla de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 varilla de soporte 50 cm 1 nuez 1 bulón con cojinetes 1 polea 1 dinamómetro 2 N 1 platillo para pesos de ranura 3 pesos de ranura 50 g 2 pesos de ranura 10 g 1 cordón 1 tijeras En los terrenos de obras podemos observar cómo una carga es tirada sobre una polea montada firmemente. ¿Es posible de esta manera ahorrar fuerza, es decir, tirar con una fuerza menor a la fuerza del peso de la carga? Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Insertamos una varilla de soporte 25 cm a través de la perforación transversal del riel de soporte. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda del tornillo moleteado. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Fijamos la varilla de soporte 50 cm normal al riel de soporte ysobre el mismo. Fijamos la nuez a la varilla de soporte normal. Aseguramos la polea en la nuez con ayuda del bulón de cojinetes. Atamos gazas a ambos extremos de un cordón de aprox. 30 cm. Llevamos el cordón sobre la polea fija. Sostenemos verticalmente un dinamómetro (la parte movible hacia arriba) y ajustamos el punto cero en esta posición. Experimento: preparamos sucesivamente con los platillos y los pesos de ranura cargas de 60 g, 120 g y 180 g. Suspendemos cada carga del extremo del cordón y la sostenemos con ayuda del dinamómetro, el cual lo suspendemos de la gaza del otro extremo del cordón. Trasladamos a la tabla la fuerza de tracción indicada por el dinamómetro. Tenemos que sostener el dinamómetro inclinado. Así no es posible que se den errores, ya que no hemos ajustado el punto cero para esta posición. Masa de la carga 60 g 120 g 180 g Peso de la carga 0,6 N 1,2 N 1,8 N Fuerza de tracción ........N ........N ........N La fuerza de tracción es tan grande como la carga. Conclusión: la polea fija no posibilita un ahorro de fuerza. La polea nos sirve para cambiar la dirección de la fuerza por una dirección que nos sea más cómoda.


T 3.5 POLEA MÓVIL Material 1 riel de soporte 1 varilla de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 varilla de soporte 50 cm 1 nuez 1 bulón de cojinetes 1 polea con estribo 2 dinamómetros 2 N 1 platillo para pesos de ranura 3 pesos de ranura 50 g 2 pesos de ranura 10 g 1 cordón 1 tijeras La polea fija no posibilita un ahorro de fuerza. Ahora estudiaremos una polea móvil. Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Inseramos una varilla de sporte 25 cm a través de la perforación transversal del riel de soporte. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda del tornillo moleteado. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Fijamos la varilla de soporte 50 cm normal al rielde soporte y sobre el mismo. Fijamos la nuez a la varilla de soporte normal. Fijamos el bulón de cojinetes a la nuez. Atamos gazas a ambos extremos de un cordón de unos 30 cm de longitud. Enganchamos una gaza al bulón de cojinetes. Enganchamos el dinamómetro 2 N a la otra gaza. Enganchamos la polea con el estribo a la gaza de tal manera que estribo de la polea se encuentre hacia abajo. Ajustamos el punto cero del dinamómetro mientras éste se encuentre hacia abajo. Ajustamos el punto cero del dinamómetro mientras éste se encuentra enganchado a la polea ( de esta manera taramos el peso propio de la polea ). Experimento 1: preparamos sucesivamente con los platillos y los pesos de ranura cargas de 60 g, 120 g y 180 g respectivamente. Suspendemos estas cargas de la corcheta del estribo de la polea. Leemos en el dinamómetro la fuerza de tracción necesaria. Trasladamos los valores a la tabla. Masa de la carga 60 g 120 g 180 g Peso de la carga 0,6 N 1,2 N 1,8 N Fuerza de tracción ........N ........N ........N La fuerza de tracción es constantemente sólo la mitad de la carga. ¿Ha desaparecido una parte de la fuerza del peso?


Experimento 2: retiramos el cordón del bulón de cojinetes y deslizamos la nuez con el bulón de cojinetes hacia el extremo superior de la varilla de soporte. Ahora suspendemos un segundo dinamómetro 2 N del bulón de cojinetes. Ajustamos el punto cero del dinamómetro. Ahora enganchamos el cordón por una de las gazas al dinamómetro, enganchamos el otro dinamómetro del otro extremo del cordón y enganchamos la polea al cordón. El dinamómetro en el bulón de cojinetes mide la carga que debe soportar la suspensión. Nos aseguramos de que la suspensión soporte constantemente el resto de la carga. Conclusión: con la polea móvil logramos un ahorro de fuerza. La fuerza necesaria es la mitad de la carga.


T 3.6 POLIPASTO SENCILLO Material 1 riel de soporte 1 varilla de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 varilla de soporte 50 cm 1 nuez 1 bulón de cojinetes 1 polea 1 polea con estribo 1 dinamómetro 2 N 1 platillo para pesos de ranura 3 pesos de ranura 50 g 2 pesos de ranura 10 g 1 cordón 1 tijeras Un poliasto se compone en el caso más sencillo de una combinación de una plea fija y una móvil. Preparación: montaje de acuerdo con al ilustración. Insertamos una varilla de soporte 25 cm a través de la perforación transversal del riel de soporte. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda del tornillo moleteado. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Fijamos la varilla de soporte 50 cm normal al riel de soporte y sobre el mismo. Fijamos la nuez a la varilla de soporte normal. Fijamos la polea sin el estribo – a manera de polea fija - a la nuez por medio del bulón de cojinetes. Atamos gazas a ambos extremos de un cordón de unos 70 cm de longitud. Enganchamos una gaza al bulón de cojinetes y de allí la llevamos sobre la polea con estribo sobre la polea fija. Suspendemos el dinamómetro 2 N del otro extremo del cordón, sosteniendo a aquél verticalmente (con la parte movible hacia arriba). Ajustamos en esta posición el punto cero, con lo que taramos el peso de la polea móvil. Experimento: formamos sucesivamente con los platillos y los pesos de ranura cargas de 60 g, 120 g y 180 g respectivamente. Suspendemos estas cargas de la corcheta del estribo de lapolea móvil. Leemos en el dinamómetro la fuerza de tracción necesaria. Trasladamos los valores a la tabla. Masa de la carga 60 g 120 g 180 g Peso de la carga 0,6 N 1,2 N 1,8 N Fuerza de tracción ........N ........N ........N Conclusión: el polipasto une las ventajas de las poleas fija y móvil. El polipasto sencillo, consistente de una polea fija y una móvil, posibiita un ahorro de energía de la mitad de la carga. El ahorro de fuerza proviene de la polea móvil, el cambio de dirección a una dirección para nosotros cómoda proviene de la polea fija.


T 3.7 POLIPASTO COMPUESTO Material 1 riel de soporte 1 varilla de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 varilla de soporte 50 cm 1 nuez 1 bulón de cojinetes 2 poleas 2 poleas con estribo 1 dinamómetro 2 N 1 platillo para pesos de ranura 3 pesos de ranura 50 g 1 cordón 1 tijeras Una combinación de varias poleas fijas y móviles nos permite un ahorro de fuerza mayor que con un polipasto sencillo. Mostraremos lo anterior por medio de un polipasto formado por 2 poleas fijas y 2 móviles. Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Insertamos una varilla de soporte 25 cm a través de la perforación transversal del riel de soporte. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda del tornillo moleteado. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Fijamos la varilla de soporte 50 cm normal al riel de soporte y sobre el mismo. Fijamos la nuez a la varilla de soporte normal. Fijamos las dos poleas sin estribo, una detrás de la otra, y a manera de poleas fijas, a la nuez por medio del bulón de cojinetes. Atamos gazas a ambos extremos de un cordón de unos 2 m de longitud. Enganchamos una gaza al bulón de cojinetes y de la allí la llevamos sobre una de las poleas con estribo (polea móvil) sobre la polea fija. Luego llevamos el cordón alrededor de la otra polea móvil y al final alrededor de la otra polea fija. Suspendemos el dinamómetro 2 N del otro extremo del cordón y lo sostenemos verticalmente (con la parte movible hacia arriba). Ajustamos en esta posición el punto cero, con lo que taramos el peso de las poleas móviles. Experimento: enganchamos una masa de 160 g (platillo para pesos de ranura y 3 pesos de ranura) a los estribos de las dos poleas móviles. La carga es de aprox. 1,6 N. ¿Con qué fuerza tenemos que tirar la carga hacia arriba? Observamos también el tramo recorrido por la carga y por el dinamómetro con que se tira. Conclusión: la fuerza necesaria en un polipasto consistente de dos poleas móviles y dos fijas es de solamente la cuarta parte de la carga.


T 3.8 TRABAJO MECÁNICO Material 1 paralelepípedo de hierro grande 1 dinamómetro 2 N 1 cinta métrica Practicamos el cálculo del trabajo efectuado con dos ejemplos. Experimento 1: trabajo de elevación: Suspendemos el paralelepípedo grande de hierro del dinamómetro 2 N y medimos la fuerza del peso: Peso del paralelepípedo de hierro: ...... N. A continuación elevamos verticalmente el paralelepípedo de hierro unos 60 cm. La distancia es por lo tanto de s = 0,6 m. Calculamos el trabajo con ayuda de la fórmula “ trabajo = fuerza x distancia “. La unidad del trabajo es 1 Joule ( 1 J ). Trabajo = ........ N x ........ m = ........ J Experimento 2: trabajo de rozamiento: Colocamos el paralelepípedo grande de hierro sobre la mesa y enganchamos el dinamómetro 2 N a los ganchos del paralelepípedo de hierro. Tiramos del paralelepípedo uniformemente unos 60 cm sobre la mesa y medimos la fuerza de rozamiento. Luego calculamos el trabajo de rozamiento. Fuerza de rozamiento: ........ N Trabajo = ........ N x ........ m = ........ J Conclusión: calculamos el trabajo multiplicando la fuerza por la distancia. La fuerza utilizada para el cálculo tiene que actuar en la dirección del movimiento.


T 3.9 TRABAJO SOBRE EL PLANO INCLINADO Material 2 rieles de soporte 1 varilla de soporte 50 cm 1 pieza de unión para rieles 1 nuez redonda 3 pesos de ranura 50 g 1 dinamómetro 2 N 1 vagón para experimentos 1 cinta métrica 1 cordón Tijeras En el movimiento sobre un plano inclinado es possible ahorrar fuerza. ¿Es también posible ahorrar trabajo? Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Construimos una piesta uniendo ambos rieles de soporte con ayuda de la pieza de unión para rieles. Fijamos la varilla de soporte 50 cm en la perforación al final del riel. Fijamos el otro extremo de la varilla de soporte a la nuez redonda. Colocamos el riel con ayuda de la varilla de soporte a la nuez redonda. Colocamos el riel con ayuda de la varilla de soporte de tal manera que forme un plano inclinado. A continuación deslizamos la varilla de soporte a través del riel de tal manera que el extremo elevado de la pista se encuentre a 36 sobre la mesa. Experimento 1: hacemos una gaza a través de la perforación que se encuentra en la torre del vagón para experimentos. Colocamos sobre el vagón para experimentos 3 pesos de ranura de 50 g cada uno. Su masa es así 200 g, su peso es de 2 N. Sostenemos el dinamómetro perpendicularmente y ajustamos en esta posición el punto cero. Enganchamos el vagón con los pesos de ranura al dinamómetro y lo elevamos perpendicualrmente hacia arriba desde la superficie de la mesa hasta el extremo elevado de la pista. La fuerza necesaria es de 2 N. Calculamos el trabajo realizado. Fuerza G = 2 N Distancia h = 0,36 m Trabajo W1 = G x h = ........ J Experimento 2: sostenemos el dinamómetro paralelo al plano inclinado y ajustamos en esta posición el punto cero. Hacemos una gaza a través de la perforación del vagón, a la cual podamos enganchar el dinamómetro. Colocamos el vagón el el extremos inferior de la pista y lo tiramos con ayuda del dinamómetro hasta el extremo superior de la pista. Leemos en el dinamómetro la fuerza de suspensión y calculamos el trabajo. La longitud del plano inclinado es de 60 cm. Fuerza FH = ........ N, Distancia I = 0,6 m Trabajo W 2 = FH x I = ........ J Conclusión: con ayuda del plano inclinado no es possible ahorrar trabajo. Si ahorramos fuerza tenemos que recorrer una distancia mayor. El producto de la fuerza por la distancia permanece igual.


T 3.10 ESTABILIDAD Material 1 paralelepípedo de hierro 1 paralelepípedo de aluminio 1 paralelepípedo de hierro pequeño 1 dinamómetro 2 N 1 muelle de lámina Investigamos de qué depende la estabilidad de un cuerpo. Preparación: colocamos el paralelepípedo pequeño de hierro y el paralelepípedo de aluminio junto al muelle de lámina. Sostenemos el dinamómetro perpendicularmente y ajustamos el punto cero. Enganchamos el gancho del dinamómetro al gancho del paralelepípedo pequeño de hierro. Experimento 1: intentamos voltear el paralelepípedo de hierro sobre el muelle de lámina y determinamos la fuerza que es necesaria para lo mismo ( valor máximo del índice del dinamómetro ). Repetimos el procedimiento, esta vez con el paralelepípedo de aluminio. Este tiene la misma masa que el paralelepípedo pequeño de hierro. Sin embargo, el centro de gravedad del paralelepípedo de aluminio se encuentra más elevado. Determinamos de nuevo la fuerza que necesitamos para voltear el paralelepípedo. El dinamómetro muestra ahora una fuerza menor. Si necesitamos más fuerza para voltear un cuerpo, quiere decir que éste posee una mayor estabilidad. Experimento 2: colocamos el paralelepípedo grande de hierro y el paralelepípedo de aluminio uno junto al otro sobre el muelle de lámina. Enganchamos el dinamómetro al gancho del paralelepípedo de hierro. Medimos la fuerza que necesitamos utilizar para voltear el paralelepípedo. Luego enganchamos el dinamómetro al paralelepípedo de aluminio. Éste posee una masa menor que el paralelepípedo de hierro pero su centro de gravedad se encuentra a la misma altura que el del paralelepípedo de hierro. El dinamómetro muestra una fuerza menosr que para le volteo del paralelepípedo de hierro. Conclusión: la estabiidad de un cuerpo aumenta al descender la posición de su centro de gravedad y al aumentar su masa.


T 3.11 TRABAJO DE VUELCO Material 1 varilla de soporte 10 cm 1 nuez 1 dinamómetro 2 N 1 muelle de lámina 1 cordón Tijeras Para volcar un cuerpo es necesario realizar un trabajo. El centro de gravedad debe ser elevado un tramo determinado. Preparación: fijamos la varilla corta de soporte en la perforación con ranura de la nuez. La perforación en la varilla de soporte debe estar arriba. Atamos a esta perforación un pedazo de cordón por medio de una gaza. Colocamos el cuerpo junto al muelle de lámina. La varilla de soporte debe estar por el momento cerca del muelle de lámina. Enganchamos el dinamómetreo a la gaza del cordón. Sostenemos el dinamómetro horizontalmente y ajustamos en esta posición el punto cero. Experimento: intentamos volcar la nuez y determinamos la fuerza que necesitamos para ello. Al volcar la nuez, su punto de gravedad se eleva un poco. Retiramos de la nuez el tornillo moleteado, el cual no lo necesitamos por el momento, y colocamos la nuez sobre el muelle de lámina de tal manera que la perforación vacía se encuentre frente al muelle de lámina. Determinamos de nuevo la fuerza que se necesita para volcar el cuerpo. El centro de gravedad debe elevarse esta vez una distancia mayor y la fuerza necesaria aumenta. El trabajo es mayor, ya que éste depende de la fuerza y de la distancia. Por lo tanto, la estabilidad es menor cuando el centro de gravedad se encuentra más cerca del borde de vuelco. Conclusión: el trabajo de vuelco aumenta al alejarse el centro de gravedad del borde de vuelco.


T 4.1 VASOS COMUNICANTES Material 1 riel de soporte 2 rieles de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 varilla de soporte 50 cm 2 nueces 1 tubo de vidrio acrílico L = 120 mm, d = 20 mm 1 tubito de vidrio acrílico L = 200 mm 1 tubito de vidrio acrílico L = 80 mm 1 tapón de goma con perforación 1 manguera de plástico 45 cm 1 cilindro graduado Agua Veremos a qué altura se establece el nivel del auga en vasos comunicantes de diferente diámetro. Preparación: montaje de acuerdo a la ilustración. Insertamos una varilla de soporte 25 cm a través de la perforación transversal del riel de soporte. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda del tornillo moleteado. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Fijamos la varilla de soporte 50 cm perpendicularmente al extremo izquierdo del riel de soporte y la varilla de soporte 25 cm al extremos derecho del riel de soporte. Fijamos una nuez a cada varilla de soporte normal respectivamente. Fijamos el tubito más corto de vidrio acrílico a la nuez izquierda. Colocamos el tubo de vidrio acrílico con el diámetro de 20 mm con ayuda del tapón de goma sobre el tubito de vidrio acrílico. Fijamos el tubito más largo de vidrio acrílico a la nuez derecha. Comunicamos ambos tubitos de vidrio acrílico por medio de una manguera de plástico. Experimento: del cilindro graduado vertemos agua en el tubito izquierdo de vidrio acrílico ( con el diámetro mayor ) y observamos el nivel del agua en ambos tubitos de vidrio acrílico. A continuación bajamos o subimos uno de los tubitos de vidrio acrílico y observamos el cambio del nivel del agua en el otro tubito de vidrio acrílico. Finalmente inclinamos toda la estructura y observamos de nuevo el nivel del agua. Conclusión: en los vasos comunicantes, los niveles de agua se encuentran siempre a la misma altura.


T 4.2 EFECTOS DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA Material 1 tubo de vidrio acrílico L = 120 mm, d = 20 mm 1 vaso de precipitados 1 cilindro graduado Manguera de plástico Notamos la presión atmosférica solamente cuando actúa únicamente sobre un lado. Preparación: llenamos con agua el vaso de precipitados hasta aprox. 1 cm bajo su borde. Experimento 1: sumergimos lo mas profundametne posible el tubo de vaso acrílico abierto a ambos lados en el vaso de precipitados. Luego cerramos con el pulgar el tubo de vidrio acrílico. A continuación lo sacamos lentamente del agua hasta que esté sumergido sólo un poco. ¿Sale agua del tubo? Levantamos ahora el pulgar, dejando así libre la abertura, mientras que el tubo de vidrio acrílico permanece sumergido un poco. ¿Sale agua ahora? Repetimos el experimento, pero esta vez dejamos libre la abertura hasta que hayamos sacado completamente del agual el tubo de vidrio acrílico. El vaso de precipitados debe permanecer mientras tanto debajo. Experimento 2: llenamos con agua el cilindro graduado hasta aprox. La marca 100 ml. El vaso de precipitados debe estar lleno con agua hasta prox. la mitad. Sumergimos la manguera de plástico lo más posible en el cilindro graduado, sostenemos entonces la manguera perpendicularmente y la llenamos con agua. Vertemos el agua restante en el cilindro graduado, el vaso de precipitados debe permanecer vacío. Cerramos con un dedo el extremo de la manguera y doblamos la manguera sobre el borde del cilindro graduado hacia el vaso de precipitados vaciío. Tan pronto como la manguera se encuentre lo más profundamente posible dentro del vaso de precipitados dejamos libre la abertura. ¿A qué profundidad debe encontrarse sumergido el extremo de la manguera para que el agua no regrese al cilindro graduado? ¿Cómo podemos evitar que continúe fluyendo agua hacia el vaso de precipitados? ¿De qué manera podemos hacer que fluya de regreso el agua del vaso de precipitados al cilindro graduado? Póngase cuidado de que no se derrame agua del vaso de precipitados. Podemos también llevar el agua a la manguera produciendo una depresión en la misma (por ej. aspirando). Conclusión: la presión atmosférica puede sernos de utilidad para verter un líquido en otro recipiente. En el primer experimento mantiene una columna de agua en un tubo (pipeta), en el segundo experimento presiona el agua hacia la manguera. El agua fluye hacia el vaso de precipitados hasta que el nivel del agua sea igual en ambos recipientes.


T 4.3 EMPUJE HIDROSTÁTICO Material 1 riel de soporte 2 varillas de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 varilla de soporte 50 cm 1 nuez 1 bulón de cojinetes 1 nuez redonda 1 paralelepípedo de hierro 1 paralelepípedo de aluminio 1 paralelepípedo de hierro pequeño 1 cilindro graduado 1 dinamómetro 2 N 1 cordón 1 tijeras Agua ¿Se ahorran las personas gordas los movimientos de antación porque poseen más masa y por lo tanto experimenta un mayor empuje hidrostático?¿O tiene que ver con su mayor volumen? Preparación: montaje de acuerdo con la ilustración. Insertamos una varilla de soporte 25 cm a través de la perforacón transversal del riel de soporte. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda del tornillo moleteado. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Unimos la varilla de soporte 50 cm a la segunda varilla de soporte 25 cm por medio de la nuez redonda y la fijamos perpendicualrmente al riel de soporte. Fijamos arriba sobre la varilla de soporte una nuez con bulón de cojinetes. De ésta suspendemos el dinamómetro 2 N. Preparamos el cilindro graduado llenándolo con agua hasta la marca 80 ml. Experimento: tenemos 3 paralelepípedos a nuestra disposición: el de aluminio y el pequeño de hierro tienen la misma masa mientras que el de aluminio y el grande de hierro tienen el mismo volumen. Determinamos el peso de todos los paralelepípedos (suspendiéndolos del dinamómetro), el volumen (con el cilindro graduado), la fuerza del peso del cuerpo sumergido en agua y la reducción del peso debida a la sumersión. Trasladamos los resultados a la tabla. Paral.aluminio Paral.peq.hierro Paral.grande hierro Peso del cuerpo ........ N ........ N ........ N Volumen del cuerpo ........ cm³ ........ cm³ ........ cm³ Peso del cuerpo sumergido ........ N ........ N ........ N Reducción del peso ........ N ........ N ........ N Conclusión: el empuje hidrostático de un cuerpo al sumergirse éste en un líquido no depende ni del peso ni del material, sinó que depende sólo del volumen del cuerpo.


T 4.4 PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES Material 1 riel de soporte 2 varillas de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para varillas de soporte 1 varilla de sporte 50 cm 1 nuez 1 bulón de cojinetes 1 nuez redonda 1 paralelepípedo de aluminio 1 paralelepípedo hueco 1 cilindro graduado 1 vaso de precipitados 1 dinamómetro 2 N 1 cordón 1 tijeras Agua Supuestamente fue Arquímedes quien descubrió en la bañera esta importante ley sobre el empuje hidrostático de un cuerpo sumergido en un líquido. Preparación: montaje de acuerdo a la ilustración. Insertamos una varilla de soporte 25 cm a través de la perforación transversal del riel de soporte. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda del tornillo moleteado. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Unimos la varilla de soporte 50 cm a la segunda varilla de soporte 25 cm por medio de la nuez redonda y la fijamos perpendicularmente al riel de soporte. Fijamos arriba sobre la varilla de soporte una nuez con bulón de cojinetes. De ésta suspendemos el dinamómetro 2 N. Preparamos el cilindro graduado llenándolo con agua hasta la mardca 80 ml. Nos aseguramos de que el paralelepípedo de aluminio encaje bien en el paralelepípedo hueco, es decir,que éste contenga tanto líquido como sea desplazado por el paralelepípedo hueco y el paralelepípedo de aluminio. Experimento: leemos en el dinamómetro el peso: .... N. Sumergimos completamente el paralelepípedo de aluminio en el cilindro graduado, el cual está lleno con agua hasta la marca 80 ml (bájese correspondientemente la nuez con el bulón de cojinetes). El paralelepípedo hueco no debe sumergirse en el agua. Leemos en el dinamómetro el peso reducido en el empuje hidrostático: ..... N. Vertemos agua del vaso de precipitados en el paralelepípedo hueco y de nuevo cuidamos de que el paralelepípedo de aluminio se sumerja completamente en el agua. Leemos de nuevo en el dinamómetro el peso: ...... N. Conclusión: el empuje hidrostático (la reducción del peso) es igual al peso del líquido desplazado.


T 4.5 EL DESPLAZAMIENTO DE UN BARCO Material 1 cilindro graduado 1 vaso de precipitados 1 tubo de ensayo 1 dinamómetro 2 N 1 cordón 1 tijeras Agua Conoceremos cómo es possible calcular el desplazamiento de un barco. Como “barco” utilizmos un tubo de ensayo. Preparación: llenamos con agua el cilindro graduado. Experimento: presionamos el tubo de ensayo ( el “barco2) dentro del agua del cilindro graduado hasta que toqu el fondo del cilindro graduado. El nivel del agua del cilindro graduado nos muestra cuánta agua desplaza el “barco”. Ya que 1 ml de agua tiene un peso de aproximadamente 0´01 N obtenemos a partir del desplazamiento del agua el máximo empuje hidrostático del barco a esta profundidad de sumersión. El “barco” desplaza .... de agua. Su empuje hidrostático es de .... N. Suspendemos el tubo de ensayo del dinamómetro por medio de un cordón fino. Medimos peso propio del “barco”: Peso propio del “barco”: .... N. Vertemos agua del vaso de precipitados en el tubo de ensayo, el cual continúa suspenso del dinamómetro, hasta que el dinamómetro indique un empuje hidrostático algo menor que al principio del experimento. Colocamos el barco en el cilindro graduado. No se sumerge completamente hasta el fondo del cilindro graduado. Suspendemos de nuevo el tubo de ensayo del dinamómetro y vertemos exactamente tanta agua como corresponda al empuje hidrostático. Esta carga vertida es la diferencia entre el empuje hidrostático a una determinada profundidad de sumersión y el peso propio del “barco”. Dejamos que el “barco cargado” se sumerja en el cilindro graduado. El tubo de ensayo se sumerge en el agua hasta el fondo del cilindro graduado. Conclusión: el desplazamiento de un cuerpo capaz de flotar se obtiene de la diferencia entre el máximo empuje hidrostático alcanzable a una determinada profundiad de sumersión y el peso propio del cuerpo.


T 4.6 MODELO DE UN AREÓMETRO Material 1 tubo de ensayo 1 cilindro graduado Perdigones de tabar Alcohol Agua Azúcar 1 tira de papel Los areómetros nos permiten la determinación de la densidad de los líquidos. Construiremos un modelo de areómetro. Preparación: llenamos con agua el cilindro graduado hasta la marca 100. Colocamos en un tubo de ensayo perdigones de tabar hasta que el tubo de ensayo se sumerja hasta aproximadamente sus tres cuartas partes. Trazamos una escala de centímetros sobre una fina tira de papel y deslizamos ésta en el tubo de ensayo. La tira de papel debe corresponder exactamente a la longitud del tubo de ensayo. Experimento: sumergimos el modelo de areómetro (tubo de ensayo) en el agua del cilindro graduado. Observamos hasta qué marca de la tira de papel se sumerge el tubo de ensayo, sacamos la tira de papel y anotamos en este lugar la marca 1,0 (ésta es la densidad del agua) sobre la tira de papel. Llenamos el cilindro graduado con alcohol en lugar de agua y repetimos el proceso. Ahora obtenemos para la densidad del acohol la marca 0,8. Vertemos en el cilindro graduado una solución de 100 g de azúcar en 100 g de agua y obtenemos esta vez la marca 1,23 para la densidad de la solución de azúcar. Podemos introducir adicionalmente las marcas entre 0,8 y 1,23 dividiendo adecuadamente la tira de papel. Conclusión: con un areómetro determinamos la densidad de los líquidos a partir de la profundidad de surmersión del areómetro.


T 4.7 PRESIÓN HIDROSTÁTICA Material 1 riel de soporte 1 varilla de soporte 25 cm 2 capuchones de plástico para Varillas de soporte 1 varilla de soporte 10 cm 1 varilla de soporte 50 cm 1 nuez 1 nuez redonda 2 tubitos de vidrio acrílico 1 juego de sondas de inmersión 1 manguera de plástico 20 cm 1 manguera de plástico 45 cm 1 cilindro graduado 1 cinta métrica Líquido colorante Agua Preparación: montaje de acuerdo a la ilustración. Insertamos una varilla de soporte 25 cm a través de la perfoarción transversal del riel de soporte. Ajustamos la varilla de soporte con ayuda del tornillo moleteado. Colocamos los capuchones de plástico a ambos extremos de la varilla de soporte. Fijamos la varilla de soporte 50 cm perpendicularmente al riel de soporte. Fijamos la varilla de soporte 50 cm perpendicularmente al riel de soporte. Fijamos arriba sobre la varilla de soporte una nuez. Fijamos arriba sobre la varilla de soporte una nuez. Fijamos la varilla de soporte 10 cm a la nuez. Colocamos la nuez redonda sobre la varilla de soporte 10 cm. Construimos un manómetro a partir de los dos tubitos de vidrio acrílico y la manguera corta de plástico. Fijamos los tubitos de vidrio acrílico a la nuez redonda. Vertemos agua con un poco de líquido colorante en el manómetro. El nivel del agua debe encontrarse a unos 10 cm de altura en los tubitos. Llenamos con agua el cilindro graduado hasta aproximadamente 1 cm bajo su borde. Marcamos el nivel del agua y hacemos marcas a 5 cm y a 10 cm respectivamente bajo la primera. Experimento 1: unimos la sonda recta de inmersión (para la presión desde abajo) con el manómetro por medio de la manguera de plástico. El agua debe encontrarse al mismo nivel en los dos tubitos del manómetro. Sumergimos la sonda de inmersión en el agua del cilindro graduado. A continuación sumergimos la sonda de inmersión a 5 cm y medimos la diferencia de nivel entre las columnas de agua en los tubitos del manómetro. Expresamos la presión hidrostática (la presión alrededor del agua) en milímetros de columna de agua (mm WS). 10 mm de la columna de agua corresponden aproximadamente a la presión de 1 mbar. Profundidad de sumersión 5 cm 10 cm Presión ......... mm WS = ........ mbar ........ mm WS = ........ mbar


Experimento 2: reemplazamos la sonda recta de inmersión por la sonda de inmersión para la presión desde abajo. Cerramos con el tapón de plástico la abertura lateral de la sonda de inmersión. La presión hidrostática puede ahora actuar sólo desde arriba. El nivel del agua debe ser igual en los dos tubitos del manómetro. Sumergimos de nuevo la sonda de inmersión, primero a 5 cm de profundidad y luego a 10 cm de profundidad. Medimos de nuevo la presión hidrostática. Profundidad de sumersión 5 cm 10 cm Presión ......... mm WS = ........ mbar ........ mm WS = ........ mbar Experimento 3: cerramos con el pequeño tapón de plástico la abertura superior de la sonda de inmersión. La presión hidrostática puede actuar sólo desde el lado. El nivel del agua debe ser igual en los dos tubitos del manómetro. Sumergimos de nuevo la sonda de inmersión, primero a 5 cm de profundiad y luego a 10 cm de profundidad. Medimos de nuevo la presión hidrostática. Profundidad de inmersión 5 cm 10 cm Presión ......... mm WS = ........ mbar ........ mm WS = ........ mbar Conclusiones:

1. La presión hidrostática aumenta al aumentar la profundidad de sumersión. 2. La presión hidrostática es la misma desde todas direcciones a una misma profundidad de

sumersión.


T 4.8 CAPILARIDAD Material 1 vaso de precipitados 1 juego de tubos capilares Líquido colorante Agua La ley de los vasos comunicantes no es válida para diámetros muy pequeños. Con diámetros internos muy pequeños encontramos divergencias. Preparación: llenamos con agua el vaso de precipitados hasta un nivel de unos 4 cm y vertemos adicionalmetne líquido colorante en el gotero. Experimento: colocamos en el vaso de precipitados los tres tubos capilares uno junto al otro, ordenándolos de acuerdo a su diámetro interno. Observamos el nivel del agua en los tubos. ¿Existe una relación con los diámetros internos? Conclusión: mientras menor sea el diámetro interno, mayor será el nivel del agua (sobre el nivel del agua en el vaso de precipitados).


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Manual mecanica 1