Este documento describe un experimento para verificar la primera condición de equilibrio para fuerzas coplanares y concurrentes mediante el uso de sensores de fuerza, pesas y una interfaz de datos. El objetivo es comprobar experimentalmente la primera condición de equilibrio y comparar los resultados con cálculos teóricos. El procedimiento incluye calibrar los sensores, medir fuerzas aplicadas por pesas individuales y en combinación, y graficar las mediciones para verificar visualmente que se cumple la primera condición de equilibrio.

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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.
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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 RIESGO
01 Recojo de materiales e equipos. Accidente fortuito, Trasladar con mucho cuidado.
tropiezos caídas.
Instalar los sensores de fuerza Mala configuración, Verificar que están en las
02 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 tener
O3 los datos tomados con los (grandes). inconvenientes al momento de
teóricos. compararlos con los teóricos.
Mal trabajo, mala Estar de acuerdo con la ideas
04 Trabajar en equipo coordinación. del equipo, con la experiencia
realizada.
Perdida de las pesas, caída Mantener el orden y trabajar
05 Orden y limpieza de los equipos. con limpieza en mesa de
trabajo.
Cuadro 1. Desarrollo de Análisis de Trabajo Seguro.
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 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
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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.
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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
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Verificacióndeldinamómetro.
Ensamblartodaslaspiezascomoseveenla figura1.
Figura 1.Primer montaje para la verificación del dinamómetro.
IngresealprogramaDataStudio,alingresaralsistemalorecibirála
ventanadebienvenidasiguiente.
Figura 2.Ventana de bienvenida del Data Studio.
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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 pesas
Cantidaddepesas 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.
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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
flecha
6.1.3.¿Eslafuerzaunvector?¿Porqué?Darejemplosdeotrasmagnitudes
físicasvectoriales.
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).
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Seguidamente 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).
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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. 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.
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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. 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. 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. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012
Ensamblelaspiezastalcomo 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. 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. 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. 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. 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 ejemplo
sería un M.R.U
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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 montaje
Empleeelsensordefuerzalomásverticalposibley 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

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6.4.1.¿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 polipasto
6.4.3.¿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.
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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
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23. Instituto Superior No Estatal Tecsup N° 02 2012
P= (0.25).(9.81) =2.4525N
23 grupo 6