Laboratrio física ii

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Laboratrio física ii

  1. 1. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 PRÁCTICA 01 ESTÁTICA.PRIMERACONDICIÓNDEEQUILIBRIO 1. INTRODUCCIÓN En nuestra experiencia los objetos (pesas) están sujetos por lo menos a una fuerza que actúa sobre ellos (gravedad), estando en reposo entonces debe de existir otras fuerzas actuando sobre ellos. La estática estudia el equilibrio de los cuerpos en reposo y también en movimiento con velocidad constante, en esta experiencia se realizó se pretendió comprobar experimentalmente la primera condición de equilibrio para fuerzas coplanares y concurrentes, en esta experiencia se realizó a contrastar los resultados obtenidos experimentalmente con los resultados calculados teóricamente. Los resultados son cercanos en ambos casos, esta experiencia es suma importancia ya que podemos ver en práctica el comportamiento de las fuerzas y la veracidad de la primera condición de equilibrio. 2. OBJETIVO  Comprobarexperimentalmentelaprimeracondicióndeequilibrio,parafuerzas coplanaresyconcurrentes.  Verificarlosresultadosobtenidosexperimentalmenteycontrastarlosconlos procedimientosteóricosdadosenclasey establecerlasdiferencias.  Determinarrelacionesmatemáticasentrelasvariablesfísicasqueintervieneen unexperimento. 3. MATERIALES  ComputadorapersonalconprogramaDataStudioinstalado  InterfasePowerlink  Sensordefuerza(2)  Pesade0,5N(5)  Varillas (5)  Basessoporte(2)  Nuezdoble(4)  Grapas(2)  Cuerda.  Transportador  Calculadora. 1 grupo 6
  2. 2. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 4. INDICACIONES DE SEGURIDAD  Implementos de seguridad Lentes de seguridad Zapatos de Seguridad Imagen 1.Lentes de seguridad Imagen 2. Zapatos de seguridad  No correr en laboratorio  No jugar  Trabajar con cuidado, con precaución y con orden.  Análisis de Trabajo Seguro (ATS)N° TAREAS RIESGOS MEDIDAS DE CONTROL IDENTIFICADOS DEL RIESGO01 Recojo de materiales e equipos. Accidente fortuito, Trasladar con mucho cuidado. tropiezos caídas. Instalar los sensores de fuerza Mala configuración, Verificar que están en las02 y el montado de las lecturas erróneas medidas adecuados, ver que experiencias y ajustar el data están bien ajustados y studio. conectados. Porcentaje de errores Tener, fijarse bien en los Observar experimentalmente demasiados lejanos datos medidos, para no tenerO3 los datos tomados con los (grandes). inconvenientes al momento de teóricos. compararlos con los teóricos. Mal trabajo, mala Estar de acuerdo con la ideas04 Trabajar en equipo coordinación. del equipo, con la experiencia realizada. Perdida de las pesas, caída Mantener el orden y trabajar05 Orden y limpieza de los equipos. con limpieza en mesa de trabajo. Cuadro 1. Desarrollo de Análisis de Trabajo Seguro. 2 grupo 6
  3. 3. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012  Advertencias ADVERTENCIA Informarse antes de realizar la experiencia (saber que se está realizando). Al energizar la computadora personal tener cuidado al conectar. No jugar con los equipos ni herramientas en el laboratorio. 5. FUNDAMENTO TEÓRICO Fuerzas Elconceptodefuerzaserelacionafrecuentementeconesfuerzomuscular,empuje, tracción,etc.Paramoverunamesadebemosempujarlahaciendo unesfuerzo muscular,aplicadoaunpuntodelamesa.Ademáslamesalaempujamos en determinadosentido.Recordemosquelasmagnitudes quesedefinenconmódulo, direcciónysentidosellamanvectorialesylasmagnitudes quesedefinenconsu númeroysuunidadsellamanescalares.Otrasfuerzasquepodemosmencionar son:tensión,fuerzaderozamiento, pesoynormal.Lasfuerzasquesonejercidas mediantecuerdaselesdenominatensiones. Alafuerzaqueejercelatierrasobre losobjetossobresusuperficie (porlaatraccióngravitacional) seledenominapeso yestáverticalmentedirigidahaciaabajoytieneunmóduloW=mg,siendomla masadecuerpoygel módulo dela aceleracióndelagravedad. 5.1.1. Medicióndelafuerza. ¿Quéharíaustedsilesolicitaransucolaboración paramoverunequipo pesadodeunniveldeinstalaciónindustrialaotro? Seguramenteiniciaríasuinvestigaciónpreguntándose:¿Cuánpesadoes? Además observará ellugardondeseencuentra elequipoydondedebe quedarinstalado.Luegopropondráalgunassoluciones decómoycon quehacerlo. Aquí estudiaremosun sistema a escala diseñados para los efectos anteriormente indicadosconunarampa(planoinclinado)yunacuerda. Parasu uso debemostenerclarocuál es el ánguloquedebemosdara la rampa,cuantafuerzadeberáhacerlacuerdaparatirarelequipoy cuántopeso soportarampa. Resolveremos el problema matemáticamentehaciendousodelconocimientodefuerzascoplanares concurrentes ytomandodatosdirectamente delmodeloaescala.Para esto debemos tener claro el concepto de fuerzas,unidades y representación gráficadeunvector.Paralograrelequilibriodefuerzas detraslación 3 grupo 6
  4. 4. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 sedebecumplirlaprimeracondicióndeequilibrio,como veremosmásadelante. 5.1.2. DiagramadeCuerpoLibreD.C.L. HacerunD.C.L.deuncuerpoesrepresentargráficamentelas fuerzasqueactúansobreél.Procedemosdelasiguientemanera: 1. Seaíslaelcuerpodetodosistema. 2. Se representaal peso del cuerpo medianteun vector dirigido siemprehaciaelcentrodelatierra(w). 3. Si existiese superficies en contacto, se representa la reacción medianteunvectorperpendicular adichassuperficiesyempujando siempreal cuerpo(NoR). 4. Sihubiesencablesocuerdas,serepresenta latensiónmedianteun vectorqueestásiempre jalandoalcuerpo,previocorteimaginario (T). 5. Siexistiesenbarrascomprimidas,serepresentaalacompresión mediante unvectorqueestásiempreempujando alcuerpo,previo corteimaginario (C). 6. Sihubiese rozamientose representaalafuerzade roce medianteun vector tangentea las superficiesen contactoy oponiéndose al movimientoo posiblemovimiento. LeyesdeNewton. PrimeraLeydeNewton.Principiodeinercia Newtonensuprimeraleyexplicaqueuncuerpoenequilibrioseguiráen equilibrio hastaquealguna fuerzaintervenga. “Siuncuerpoestáenreposo,permaneceráenreposo;siestáenmovimiento seguirátrasladándoseenlínearectayavelocidadconstante,salvosi intervienealgunafuerzaexterna” TerceraLeydeNewton.Principiodeaccióny reacción. Newtondijo: “Atodaacciónseleoponeunareaccióndeigual magnitud peroensentidocontrario” 5.2.1.Primeracondicióndeequilibrio. 4 grupo 6
  5. 5. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 Diremosqueuncuerposeencuentraenequilibriodetraslacióncuando la resultantedelasfuerzasqueloafectanescero. Cuerpoenequilibrio Polígonovectorialcerrado 5.2.2.TeoremadeLami Siuncuerpoestáenequilibriodebido alaaccióndetresfuerzas, éstas deberánser: 1. Coplanaresy concurrentes 2. Unadeellasseráigualperoopuesta a la resultantedelasotrasdos. 3. El módulo de cada fuerza será directamenteproporcionalconelseno del ángulo que se opone a su correspondientedirección. 6. PROCEDIMIENTO 5 grupo 6
  6. 6. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 Verificacióndeldinamómetro. Ensamblartodaslaspiezascomoseveenla figura1. Figura 1.Primer montaje para la verificación del dinamómetro. IngresealprogramaDataStudio,alingresaralsistemalorecibirála ventanadebienvenidasiguiente. Figura 2.Ventana de bienvenida del Data Studio. 6 grupo 6
  7. 7. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 HagaclicsobreelíconoCREAREXPERIMENTOyseguidamentereconocerá losdinamómetrospreviamenteinsertadosa la interfasePowerLink. HagacliceneliconoCONFIGURACIONyseleccionetiropositivo auna frecuenciade50Hz.LuegopresioneeliconodelSENSORDEFUERZA1luegoseleccione numérico ycambiea2cifrasdespués delacomadecimal. Seguidamente arrastreeliconoMEDIDORDIGITALsobrecadaunodelos dinamómetros.Ustedveraapareceruna ventanacomolasiguiente. Figura 3.Ventana de señal digital. Alhacerledobleclicsobreeliconodelsensordefuerzayseleccionarel iconoNUMÉRICOustedpodrá agregarlacantidaddecifrasdespuésdelpunto decimal. Trabaje con 2 cifras. Según información proporcionada por el fabricantelamínimalecturaqueproporcionaelequipoesde0.03Nyla máxima 50N.Unavezcolocadodeestamaneraysinningunafuerzaadicional aprieteelbotónZerocolocadosobreelmismosensor. Ahoradetermine elpesodeunapesa,luegodedos,tresycuatropesas respectivamente.Anotandola lecturadeldinamómetroenla tabla 1. TABLA1. Determinación de pesos de pesasCantidaddepesas 1 2 3 4 5 Peso(N) 0.4905 0.9810 1.4715 19620 2.4525 LecturaP±ΔP 0.48±0.03 0,97±0.03 1.48±0.03 1.96±0.03 2.44±0.03 Observación: PodemostomaraΔPcomoelerrorinstrumental delequipoque eslamínimalectura queefectúaentre2.Según información proporcionadaporelfabricantelaminitalecturadelsensor fuerza esde0,03N. 7 grupo 6
  8. 8. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 6.1.1.Consuspalabrasdefinaelconceptodefuerza. Es una magnitud física capaz de modificar el estado original de los cuerpos. Estas fuerzas pueden ser de acción directa o de acción a distancia. 6.1.2.¿Cómohizo pararepresentarunafuerza? Para su representación de las fuerzas dibujamos los vectores, que es representada por una flecha siempre teniendo en cuenta dirección y sentido de flecha6.1.3.¿Eslafuerzaunvector?¿Porqué?Darejemplosdeotrasmagnitudesfísicasvectoriales. Si, la fuerza es un vector; porque la fuerza tiene sentido y dirección además sabemos que la fuerza es igual masa por aceleración, aquí la masa es una magnitud escalar y la aceleración es magnitud vectorial, esto quiere decir que la multiplicación entre las dos magnitudes nos da un vector. Ejemplos: Velocidad Aceleración Posición Torque Accióny reacción. Hagaclicsobreel icono CONFIGURACIÓN,seleccionelaopcióntiropositivo quetieneparaelsensor defuerza 1ylaopciónempujepositivoparael sensordefuerza2,ambosa50hz.Ambos deben tener2dígitosdespués de la comadecimal. ArrastreeliconoGRÁFICO sobreelsensordefuerza1.Ustedverá aparecer laventanadeungráficodefuerzaenfuncióndeltiempo.Luego arrastreeliconoGRAFICO 1sobreelsensordefuerza2.Asíquedaráun gráfico con dos ejes Y coordenados de fuerza (para cada sensor) que compartenelejeX(tiempo). 8 grupo 6
  9. 9. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012Seguidamente mientras usted tira de los dinamómetros como se muestraenla figura4,otrocompañerograbarálosdatosobtenidos. Figura 4.Segundo montaje. Los cualesdeben quedarsimilaresa los obtenidosen la figura 5, observequeseencuentraslosdatosdeambosdinamómetros. Figura 5.Resultado del segundo montaje. 6.2.1.¿Cuálessonlosmáximosymínimosvaloresobtenidos?Utiliceelícono estadísticas. MIN. MAX. F1(N) O.O3 7.74 F2(N) -7.77 0.00 Tabla 1. Tercera ley de Newton (a toda acción hay una reacción) 6.2.2.¿Aquésedebelaformatan peculiardelafigura?Hagaotra grabaciónpara observarsi conservaelcontornocerrado. Se debe al principio de acción y reacción, pues en la figura 5, se cumple la tercera ley de newton lo que quiere decir que a una acción (acto) hay una reacción, en figura se muestra de dos fuerzas una en favor y otra en contra, estas tienen un valor muy cercano, una variación insignificante ósea iguales. (Este pequeño error es por el error del instrumento). 9 grupo 6
  10. 10. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 6.2.3.Finalmente¿AquéleydeNewtonseajustalosresultadosobtenidos?¿Por qué? A la tercera ley de newton, el principio de acción y reacción, porque comparando las fuerzas son las mismas, pero en sentidos contrarios. Paralelogramodefuerzasconcurrentes. Ensamblelaspiezas comosemuestraenlafigura6,detalmanera que obtenga F1=0,83 N yF2=0,81 N,delasseñalesdigitalesdelosdinamómetros. Figura 6.Tercer montaje. Estableciendounaescalaalasfuerzas,dibujeunparalelogramomidiendoelvalordela diagonal(FR) . Anotelosvaloresmedidosenlatabla2. TABLA3. Medición de los valores diagonales 10 grupo 6 Incremento de 0.5N
  11. 11. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 F1(N) 0.83 1.32 1.45 Do ble F2(N) 0.81 1.29 0.73 FR(N) 1.24 1.36 1.06 P(N) 1.48 1.48 1.48 α1 (º) 41 59 74 α2 (º) 40 58 25  Fórmula para calcular la fuerza resultante. 11 grupo 6
  12. 12. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 FR= 1.24 F1=0.83 FR F2=0.81 F1 F2 41 40 P=1.48 N DIBUJADO POR: GRUPO 6 ESCALA: S/E FR= 1.359 N FECHA: 15/08/12 12 grupo 6
  13. 13. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 FR= 1.36 F1=1.32 F2=1.29 58 59 P=1.48 DIBUJADO POR: GRUPO 6 ESCALA: S/E FR= 0.864 N FECHA: 15/08/12 13 grupo 6
  14. 14. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 FR=1.06 F1=1.45 F2=0.73 25 7.4 DIBUJADO POR: GRUPO 6 ESCALA: S/E FR= 0.973 N FECHA: 15/08/12 14 grupo 6
  15. 15. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012Ensamblelaspiezastalcomo seobservaenlafigura7,detalmanera queα1 =α2 =20º. Figura 7.Cuarto montaje Estableciendo una escala a las fuerzas, dibuje un paralelogramo midiendoel valordela diagonal.Anotelosvaloresmedidosenla tabla3. TABLA3. Medición de valores diagonales de ángulos constantes. α1 (º) 10º 20º 40º α2 (º) 10º 20º 40º F1(N) 0.72 0.75 0.91 F2(N) 0.70 0.78 0.94 FR(N) 1.39 1.43 1.41 1.48 1.48 1.48 P(N) 15 grupo 6
  16. 16. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 FR=1.39 F1=0.72 F2=0.70 10 10 P=1.48 DIBUJADO POR: GRUPO 6 ESCALA: S/E FR= 1.191 N FECHA: 15/08/12 16 grupo 6
  17. 17. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 FR=1.43 F1=0.75 F2=0.78 20 20 DIBUJADO POR: GRUPO 6 ESCALA: S/E FR= 0.624 N FECHA: 15/08/12 17 grupo 6
  18. 18. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 FR=1.41 F1=0.91 F2=0.94 40 40 DIBUJADO POR: GRUPO 6 ESCALA: S/E FR= 1.234 N FECHA: 15/08/12 18 grupo 6
  19. 19. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 6.3.1. ComparalafuerzaresultanteconlafuerzaoriginadaporlaspesasP.¿Qué puedeconcluir? Los resultados obtenidos en esta experiencia fue cercana a la las fuerzas de la suma de las pesas, esto debido a la mala toma de datos por parte del grupo, además por un error de los instrumentos. 6.3.2.Unapersona desdesucasacamina14cuadrashaciaelNorteyluegocamina otras 18 hacia el Este. Entoncesen el regreso más corto ¿Caminará 32 cuadras?Justifiquesurespuestausandovectores. R2=142+182 R=22.80 cuadras. Falso, es solo 22.80 cuadras. 6.3.3.¿Eselpesouna fuerza?Explique. Si, el peso es la fuerza que la gravedad que ejerce sobre un cuerpo, de acuerdo a la masa que posee dicho cuerpo, ósea fuerza es igual aceleración (gravedad) por masa. 6.3.4.¿Quésignifica equilibrio? Estado de un cuerpo cuando fuerzas encontradas que obran en él se compensan destruyéndose mutuamente, ósea la suma de vectores en cada uno de las partes se anulan. 6.3.5.Significaentoncesqueuncuerpoenequilibrioestánecesariamenteenreposo. No, necesariamente pueda estar en equilibrio pero a una velocidad constante, un ejemplosería un M.R.U 19 grupo 6
  20. 20. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 6.4. Aplicación Conelempleodeunconjuntodepoleas(polipasto)podemos reducirla intensidaddeunafuerza,segúnsemuestraenlafigura8,determinaremos el valordeestafuerzay elporcentajedelpesoreducido. Figura 8.Quinto montajeEmpleeelsensordefuerzalomásverticalposibley completelatabla4 TABLA5. Determinación de la fuerza, en peso reducido (usando poleas) Peso Fuerza %reducido 200 g. 0.16 N 91.8% 250 g. 0.30N 87.5% 20 grupo 6
  21. 21. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 20126.4.1.¿Porquéesimportanteusarunpolipasto? Su importancia es levantar o mover una determinada carga, esto porque ofrece ventaja mecánica, ya que solo se necesita aplicar una fuerza mucho menor que el peso que hay que levantar o mover.6.4.2.¿Dequédependela reduccióndela fuerza? Va depender por el número de poleas que lleva el polipasto6.4.3.¿Quéaplicación tendríaestosdispositivosenlavidareal? Se aplica en grúas industriales, se utilizan en talleres o industrias para elevar y colocar elementos y materiales muy pesados en las diferentes máquinas- herramientas o cargarlas y descargarlas de los camiones que las transportan. Ejemplo: El tecle, que con pequeña fuerza puedes levantar una carga pesada. 7. OBSERVACIONES  Antes de empezar a las lecturas, se configura los sensores de fuerza a cero (0), sin peso, solo los sensores.  Al realizar las mediciones se tiene que tener cuidado moviendo las pesas , trabajar con mucho paciencia. 8. CONCLUSIONES  Se llegó a comprobar, ya una masa colocada en el sensor de fuerza y la fuerza que ejerce la tierra sobre el objeto por la atracción de gravedad eso se lo denomina peso. Que tiene dirección y módulo. P = m.g m : la masa del cuerpo g : la aceleración de la gravedad  Se logró verificar la tercera ley de Newton, ósea el principio de acción y reacción, esto se logró gracias a los sensores de fuerza, comprobando al tirar de los sensores los valores máximos y mínimos estos resultan casi iguales. 21 grupo 6
  22. 22. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012  También se pudo comprobar que a toda acción se opone una reacción de igual magnitud pero en sentido contrario.  También se demostró que el cuerpo va estar en equilibrio cuando las dos fuerzas de sensores estén equilibradas nos dará dos ángulos iguales.  Igual a la anterior pero ahora ponemos ángulos iguales, y da fuerzas casi iguales con un margen de error, debimos a la medición. 9. BIBLIOGRAFÍA  Guía de laboratorio de física II (TECSUP 2012)  Física para ciencias e ingeniería, GIANCOLI, cuarta edición vol. 1 10. ANEXO CALCULOS DE LA TABLA 1 Calculamos los pesos para 1, 2, 3,4y 5 pesas. Cada pesa de masa igual a 50g. (0.05). Formula P=m×g Dónde: m: masa (Kg) g: aceleración de la gravedad (m/s2) Una pesa P= (0.05).(9.81) =0.4905N . Dos pesas P= (0.1).(9.81) =0.9810N Tres piezas P= (0.15).(9.81) =1.4715N Cuatro pesas P= (0.2).(9.81) =1.9620N Cinco pesas 22 grupo 6
  23. 23. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012 P= (0.25).(9.81) =2.4525N 23 grupo 6

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