EQUILIBRIO Nota

LABORATORIO DE FÍSICA GENERAL 10ª Edición
DAFI – FCF – UNMSM
EQUILIBRIO
EXPERIENCIA N° 04
Nota
I. OBJETIVOS
•
•
Investigar las condiciones que debe cumplir un sistema mecánico para que se
encuentre en equilibrio
Investigar el comportamiento de las fuerzas concurrentes y las fuerzas paralelas
II. EQUIPOS Y MATERIALES
2 Soportes universales
2 Poleas
3 Portapesas con pesas
1 Regla de madera de 1 metro
2 Clamps o agarraderas
1 Balanza
2 Dinamómetros
1 Cuerda
III. FUNDAMENTO TEÓRICO
Para que un cuerpo rígido se encuentre en equilibrio mecánico, debe de estar en:
a) EQUILIBRIO DE TRASLACIÓN
Un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación cuando la resultante de las fuerzas
que lo afectan es cero.
Un cuerpo en equilibrio de traslación puede estar en reposo ( 0) al que se le
denomina equilibrio estático, ó moviéndose a velocidad constante o también llamado
equilibrio cinético.
0
Teorema de Lami
Un cuerpo sometido a la acción de tres fuerzas se
encontrará en equilibrio de traslación si estas son
coplanares, concurrentes y la resultante de dos de ellas
es igual en módulo pero opuesta a la tercera.
sin sin sin b) EQUILIBRIO DE ROTACIÓN
Un cuerpo se encuentra en equilibrio de rotación cuando está en reposo o girando con
velocidad angular constante y ello es cuando la suma de todos sus momentos es nula.
Para verificar que se cumple esta condición se realizan los siguientes pasos:
1) Identificar todas las fuerzas aplicadas sobre el cuerpo.
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2) Escoger un punto de giro respecto al cual se analizarán los momentos de fuerzas.
3) Encuentra cada uno de los momentos de fuerzas respecto al punto de giro escogido.
4) Realiza la suma de torques1 e igualar a cero.
0
Tenga en cuenta que esta formulación es válida sólo en el caso de fuerzas coplanares. Es
decir, este no es un problema tridimensional. La suma de los momentos de fuerzas
respecto a cualquier punto, dentro o fuera del cuerpo debe ser nulo.
Ejemplos: Sea un cuerpo rígido en forma de varilla, de peso
despreciable.
En la Figura 1, la fuerza resultante sobre el cuerpo es nula;
pero el momento de fuerza respecto a su centro es 2Fd.
Donde, d es la distancia desde el punto de aplicación de las
fuerzas (F y - F) al centro de la viga. En este caso la varilla no
variará su posición aunque tenderá a girar de manera anti
horaria.
En la Figura 2, la fuerza resultante es 2F y el momento de
fuerza respecto a su centro es nulo. Por lo tanto existe un
equilibrio de rotación pero no de traslación. En este caso la
varilla asciende verticalmente sin rotar.
F
d
Figura 1
F
F
F
Figura 2
La Figura 3, muestra la varilla en equilibrio tanto de traslación
como de rotación; por lo tanto la varilla se encuentra en
reposo "absoluto" respecto a su sistema de referencia.
IV. PROCEDIMIENTO
MONTAJE 1
Monte el equipo tal como se muestra en el diseño experimental de la figura 4.
Suspenda en los extremos de la cuerda bloques de pesos
, y en el centro un bloque de peso tal
diferentes y . Deje que el sistema se estabilice.
que Recuerde que debe cumplirse la ley de la desigualdad de los
lados del triángulo: “Un lado es menor que la suma de los
otros dos y mayor que su diferencia”.
1. Marque en un papel las direcciones de las tensiones de
las cuerdas.
1
Es la magnitud física de tipo vectorial que nos indica la capacidad de una fuerza para producir rotación sobre
un cuerpo rígido.
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2. Retire el papel y anote en cada línea los valores de los pesos correspondientes
,
.
Figura 4
_______________;
_______________.
_______________;
En el papel complete el paralelogramo con una escala conveniente para los valores de
y ?
. ¿Concuerda su resultado por el método gráfico con el cuerpo …………………………………………………………………………………………………………………………………………
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3. Coloque tres bloques de igual peso y mida los ángulos: α, β y γ que se forman
alrededor del punto.
α=
……………
β = ……………
γ=
……………
¿Concuerdan con el valor teórico de 120°? Justifique su respuesta.
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4. Coloque las tres pesas que estén en relación 3 : 4 : 5.
Mida los ángulos que se formen y verifique que el ángulo α sea 90°.
5. Ahora coloque las pesas en relación de 12: 13: 5?
MONTAJE 2
Monte el equipo como se muestra en la
figura.
Ubique los dinamómetros en los lugares
10cm y 70cm de la regla de madera. Anote
las lecturas de cada dinamómetro.
_____________.
____________;
1. Coloque en el centro de gravedad de la regla un bloque de masa 400g y anote las
lecturas en cada dinamómetro.
_____________.
____________;
2. Ubique el bloque de peso a 30cm del primer dinamómetro y anote las lecturas
de ambos.
_____________.
____________;
3. Adicione un bloque de masa 200g a 10cm del segundo dinamómetro y anote las
lecturas de ambos.
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____________;
_____________.
¿Son iguales las lecturas en los dinamómetros en los pasos 2 y 3? ¿Por qué?
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FECHA:
ALUMNO:
MATRÍCULA:
VºBº del Profesor
V. EVALUACIÓN
1. ¿Qué diferencias hay entre fuerza resultante y fuerza equilibrante?
2. Encuentre teóricamente el valor de la equilibrante por cada uno de los tres métodos
siguientes: ley de Lamy, ley del coseno y por descomposición rectangular. Compare
las magnitudes obtenidas por estos tres métodos con las medidas utilizando el error
porcentual total. (Montaje 1).
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3. En el montaje 2, calcule teóricamente las reacciones en los puntos de suspensión para
los pasos 1, 2 y 3 y compare con las lecturas en los dinamómetros.
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4. ¿Que observa de las fuerzas que actúan sobre la regla?
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VI. CONCLUSIONES
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