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Informe de Laboratorio sobre Equilibrio de Fuerzas, Apuntes de Física

Este informe de laboratorio de la universidad nacional del altiplano puno (unap) aborda el estudio del equilibrio de fuerzas. Se presentan los objetivos del laboratorio, que incluyen comprobar la primera y segunda condición de equilibrio para sistemas de fuerzas concurrentes y que actúan en diferentes puntos de aplicación. Se detallan los procedimientos y actividades realizadas, como la instalación del equipo, la toma de datos y el análisis de las fuerzas actuantes. Se explica cómo se determinan las componentes ortogonales de las fuerzas y se plantean ecuaciones de equilibrio para el sistema. Además, se comparan los valores teóricos y experimentales de la fuerza de tensión y la fuerza de reacción, analizando las posibles diferencias. El informe concluye que en todo momento los cuerpos interactúan con distintos tipos de fuerzas, las cuales pueden ayudar a mantener su estado de equilibrio o movimiento constante.

Tipo: Apuntes

2016/2017

Subido el 26/05/2024

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Informe de Laboratorio UNAP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL
ALTIPLANO PUNO
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA,
ELECTRÓNICA Y SISTEMAS
E.P. DE INGENIERÍA DE SISTEMAS
INFORME DE LABORATORIO N° 1
EQUILIBRIO DE FUERZAS
DOCENTE: JORGE CONDORI MAMANI
ALUMNO: EDWIN IVAN CUEVA MAMANI
2017 - 1
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¡Descarga Informe de Laboratorio sobre Equilibrio de Fuerzas y más Apuntes en PDF de Física solo en Docsity!

UNAP

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL

ALTIPLANO PUNO

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA,
ELECTRÓNICA Y SISTEMAS

E.P. DE INGENIERÍA DE SISTEMAS

INFORME DE LABORATORIO N° 1

EQUILIBRIO DE FUERZAS

DOCENTE: JORGE CONDORI MAMANI

ALUMNO: EDWIN IVAN CUEVA MAMANI

UNAP

EQUILIBRIO DE FUERZAS

1. OBJETIVOS

  • Comprobar la primera condición de equilibrio para un sistema de fuerzas concurrentes en un punto.
  • Comprobar la segunda condición de equilibrio para un sistema de fuerzas que actúan en diferentes puntos de aplicación.
  • Analizar y comparar los resultados Teóricos –Prácticos mediante las tablas propuestas.

2. FUNDAMENTOS TEORICOS

PRIMERA LEY DE NEWTON

La primera Ley De Newton, conocida también como la ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero). Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cual sea el observador que describa el movimiento, Así, para un pasajero de un tren, el boletero viene caminando lentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el boletero se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento. La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como “Sistemas de Referencia Inerciales”, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante. En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto que siempre hay algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un sistema de

UNAP

Los vectores se pueden descomponerse en sus componentes ortogonales o en base a los vectores unitarios î, ĵ y ĸ. Por lo que cualquier vector se puede expresar de la siguiente forma: ⃗ R = Rx î + Ry ĵ + Rz k En el plano cartesiano X – Y, las componentes ortogonales se determinan mediante las siguientes ecuaciones de transformación: Rx = R cos θ Ry = R sen θ

R =√ Rx

2

  • Ry 2 tan θ = R (^) y Rx Las condiciones de equilibrio, son las que garantizan a que los cuerpos pueden encontrarse en equilibrio de traslación y/o equilibrio de rotación.

PRIMERA CONDICION DE EQUILIBRIO:

“Para que un cuerpo se encuentre en reposo absoluto o con

movimiento uniforme si y solo si la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él es nulo”. Las fuerzas que actúan sobre el cuerpo lo hacen en un único punto, este punto por lo general coincide con el centro de masa del cuerpo; por ello todas estas fuerzas son concurrentes en el centro de masa. La representación geométrica de un sistema de equilibrio de traslación bajo el efecto de varias fuerzas concurrentes es un polígono cuyos lados están representados por cada uno de las fuerzas que actúan sobre el sistema.

SEGUNDA CONDICION DE EQUILIBRIO:

UNAP

“Para que el cuerpo rígido se encuentre en equilibrio de

rotación si y solo si el momento resultante sobre el cuerpo con respecto a cualquier punto es nulo”. El momento de una fuerza también conocido como torque, es un vector obtenido mediante la operación de producto vectorial entre los vectores de posición del punto de aplicación ( ⃗ r^ y la fuerza F ( ) ❑⃗ que ocasiona la rotación al cuerpo con respecto a un punto en específico. La magnitud de este vector está representado por la ecuación. Para evaluar el equilibrio de un cuerpo rígido, se tiene que utilizar las dos condiciones de equilibrio indicadas. A una clase de fuerza denominada, fuerza de gravedad o peso. Esta fuerza se origina por la atracción de la tierra hacia los cuerpos que se encuentren en su superficie. El peso está dado por: ⃗ W = −m g j Cuyo modulo es:

W = mg

Donde, g: aceleración de gravedad del medio.

3. INSTRUMENTOS DE LABORATORIO

  • Una computadora
  • Programa Data Studio instalado
  • Interfase Science Worshop 750
  • 02 sensores de fuerza (C1-6537)
  • 01 disco óptico de Hartl (ForceTable)
  • 01 juego de pesas
  • Cuerdas inextensibles
  • Una regla de 1m
  • Un soporte de accesorios
  • Una escuadra o transportador

UNAP

SEGUNDA CONDICION DE EQUILIBRIO:

  • Instale el equipo tal como se muestra en la figura 1.4; la cuerda de tensión que contiene al sensor de fuerza forma un ángulo de 90° con el soporte universal al cual esta sujetado. Bajo la influencia de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo rígido, esta debe estar en equilibrio de rotación.

Registre los valores de las correspondientes masas m 1 de las pesas que se muestran en la figura; así mismo, registre los valores de la distancia de los puntos de aplicación al punto de contacto del cuerpo rígido con el soporte universal (L).

  • Registre también la lectura observada a través del sensor de fuerza y el ángulo de inclinación de θ^ del cuerpo rígido con respecto a la superficie de la mesa.
  • Repita este procedimiento cuatro veces haciendo variar los valores de las masas m ❑, para cada cuerda que contiene al sensor de fuerza siempre este en posición horizontal. Todos estos datos anótelo en la siguiente tabla: N m 1 (^ g^ )^ m 2 (^ g^ )^ m 3 (^ g^ )^ L 1 (^ cm )^ L 2 (^ cm )^ L 3 (^ cm )^ T^ (^ N^ )^ θ

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La longitud de la regla durante la experimentación fue de 1 metro y su masa 129 gramos.

5. CUESTIONARIO

PRIMERA CONDICION DE EQUILIBRIO:

  1. Elabore la equivalencia entre los ángulos θ^ y θ^ '^ representados en las figuras 1.3 a y 1.3 b, con estos valores de ϑ^ = f^ (^ θ^ )^ tiene que efectuar los cálculos. RESOLUCION:

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Teniendo en cuenta que: Wx = mx(kg) (^) x g(m/s^2 ) y g = 9.81, siendo “g” la gravedad y “m” la masa. N m 1 (^ g^ )^ m 1 (^ k^ g^ )^ W 1 (N) m 2 (^ g^ )^ m 2 (^ k^ g^ )^ W 2 (N) 01 56 0.056 0.54 75 0.075 0. 02 27 0.027 0.26 25.5 0.025 0. 03 53 0.053 0.51 61 0.061 0. 04 20 0.020 0.19 26 0.026 0. Descomponiendo W 1 en sus componentes ortogonales: N W 1 (N) θ 2 W1x(N) W1y(N) 01 0.54 130 -0.34 0. 02 0.26 110 -0.08 0. 03 0.51 120 -0.25 0. 04 0.19 140 -0.14 0. Descomponiendo W 2 en sus componentes ortogonales: N W 2 (N) θ 3 W2x(N) W2y(N)

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  1. Calcule la suma de los componentes en el eje X y en el eje Y por separado, explique cada uno de estos resultados obtenidos. RESOLUCION: Suma de los componentes en el eje X Suma de los componentes en el eje Y N W1y(N) W2y(N) ∑ i = 1 3 Fiy 01 0.41 -0.55 0. 02 0.24 -0.18 0. 03 0.44 -0.29 0. 04 0.12 -0.25 0.
  2. Elabore una tabla de resumen para ello considere el siguiente modelo: N W^ 1 x W^ 2 x T^ xi = 1 3 Fix W (^) 1 y W 2 y T (^) yi = 1 3 Fiy N ⃗ T^ 1 (^ Newton )^ W1x(N) W2x(N) ∑ i = 1 3 Fix 01 1.95 -0.34 -0.46 1. 02 2.32 -0.08 -0.15 2. 03 2.28 -0.25 -0.51 1. 04 2.23 -0.14 0 2.

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  1. Conociendo los valores de los pesos ⃗ W^ 1 ,^ ⃗ W^ 2 y^ ⃗ W^ 3 , las distancias Li y el ángulo θ , determine analíticamente el valor de la fuerza de tensión ⃗ T. HALLANDO LOS RESPECTIVOS PESOS: W (^) x ( N ) = mx ( Kg ). g ( m / s 2 ) W (^) R ( N )=0.129 ( 9.81) W (^) R ( N )=1. N m 1 (^ g^ )^ m 2 (^ g^ )^ m 3 (^ g^ )^ W^ 1 (^ N^ )^ W^ 2 (^ N^ )^ W^ 3 (^ N^ ) 0 1

∑ T^ orques =^0

−W (^) 1 ( 0.215) sen ( 90 −θ ) −W (^) R ( 0.5) sen ( 90 − θ ) + T ( 1 ) sen ( θ ) − W (^) 2 ( 0.51) sen ( 90 −θ ) −W (^) 3 ( 0.755 ) sen ( 90 −θ )= 0

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T ( 1 ) sen ( θ )= W (^) 2 ( 0.51) sen ( 90 − θ ) + W (^) 3 ( 0.755) sen ( 90 − θ ) + W (^) 1 ( 0.215) sen ( 90 −θ ) + W (^) R ( 0.5) sen ( 90 −θ )

T sen ( θ ) = sen ( 90 − θ ) [ W 2 ( 0.51 )+ W 3 ( 0.755 )+ W 1 ( 0.215 )+ W R ( 0.5) ]

Reemplazando valores en esta última ecuación tenemos: N W^ 1 (^ N^ )^ W^ 2 (^ N^ )^ W 3 (^ N^ )^ θ 0 1

PARA-01:

T sen ( 63 ) = sen ( 90 − 63 ) [ (1.22) ( 0.51) +0.93 ( 0.755) +1.03 ( 0.215) +1.26 ( 0.5) ]

T sen ( 63 ) = sen ( 27 ) ( 2.17 ) T =0.987 / sen ( 63 ) T =1. PARA-02:

T sen ( 65 ) = sen ( 90 − 65 ) [ ( 0.44) ( 0.51) +0.53 ( 0.755) +0.24 ( 0.215 )+1.26 ( 0.5 ) ]

T sen ( 65 ) = sen ( 25 ) ( 1.30) T =0.552/ sen ( 65 ) T =0. PARA-03:

T sen ( 63 ) = sen ( 90 − 63 ) [ (1.42) ( 0.51) +1.03 ( 0.755) +1.22 ( 0.215) +1.26 ( 0.5) ]

T sen ( 63 ) = sen ( 27 ) ( 2.39) T =1.086/ sen ( 63 ) T =1.

UNAP

fuerza de reaccion : Fr =√ Frx

2

  • Fry 2 pendiente : m = Fry Frx N Frx Fry Fr m 01 1.68 3.18 3.59 1. 02 2.06 1.21 2.38 0. 03 1.56 3.67 3.98 2. 04 1.59 2.59 3.03 1.
  1. Elabore una tabla, en la cual haga su resumen de los resultados obtenidos. Si existe diferencia ¿A qué atribuye usted estas diferencias? N T^ (^ sensor^ )^ T^ (^ analitica )^ Fr m Frx Fry 01 1.68 1.10 3.59 1.89 1.68 3. 02 2.06 0.61 2.38 0.58 2.06 1. 03 1.56 1.21 3.98 2.35 1.56 3. 04 1.59 1.01 3.03 1.62 1.59 2. En todos los casos, existe una mínima diferencia por lo que a mi juicio se debe a las condiciones ambientales en el que se desarrolló la experimentación, como quizá un pequeño viento, un cambio en la gravedad de nuestra región o quizá una pequeña vibración que hizo que el sensor cambiara de valor al momento de realizar las mediciones.
  2. Si la cuerda de tensión que contiene el dinamómetro no estaría en posición horizontal, ¿Qué diferencias existirían en los cálculos analíticos de la fuerza de tensión y la fuerza de reacción en el punto de apoyo?

T sen ( θ ) = sen ( 90 − θ ) [ W 2 ( 0.51 )+ W 3 ( 0.755 )+ W 1 ( 0.215 )+ W R ( 0.5) ]

Si la fuerza de tensión no fuera horizontal, entonces existiría una diferencia enorme en cuanto al resultado de la ecuación que se planteó anteriormente para resolver el problema, ya que no se consideraría el ángulo “ θ ” como influyente directo para poder calcular el momento o torque de una fuerza, sino

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que deberíamos de calcular otro ángulo ya sea mayor o menor a este.

Frx = T fuerza de reaccion : Fr =√ Frx

2

  • Fry 2 Si se trata de calcular la fuerza de reacción en el punto O y la tensión deja de ser horizontal, causaría una reacción en cadena generando un cambio radical en nuestros resultados, ya que por la primera condición de equilibrio, la componente X de la fuerza de reacción tendría que ser igual a la tensión, y al cambiar el valor de este último se cambia por completo el valor de la fuerza de reacción ya que están directamente relacionados.
  1. También adjunte el valor de las componentes horizontal y vertical de la fuerza de reacción en el punto de apoyo O; así como su ángulo de inclinación con respecto a la horizontal. Utilice las ecuaciones (1.3). Para que elabore las tablas de su informe puede considerar los siguientes modelos: N θ^ W^ 1 cos^ θ^ (^ N^ )^ W^ 2 cos^ θ^ (^ N^ )^ W^ 3 cos^ θ^ (^ N^ )^ L 1 (^ m )^ L 2 (^ m )^ L 3 (^ m ) 0 1

N T^ i T^ i '^ | ^ T^ i | Rxi Ryi Ri 01 1.68 1.10 0.58 1.68 3.18 3. 02 2.06 0.61 1.45 2.06 1.21 2. 03 1.56 1.21 0.35 1.56 3.67 3. 04 1.59 1.01 0.58 1.59 2.59 3.

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7. BIBLIOGRAFIA

  • Serway A.(1992) Fisica para Ciencias e Ingenieria ,

Estados Unidos, McGraw-Hill.

  • Tipler P.(1994) Fisica para Ciencia y Tecnologia,

Nueva York, Estados Unidos, Reverte.

  • Eisberg, L. (1983) Fisica, Fundamentos y

aplicaciones , McGraw-Hill.

  • Carpio E. (2016). Estatica. Ayacucho-Peru:

Scribd.com. Recuperado de www.scribd.com

  • Anonimo (2015). Momento de una Fuerza. Lima –

Peru: FisicaLab. Recuperado de :

www.fisicalab.com

  • Sears, Zemansky, Young. Fisica Universitaria.

Fondo Educativo Interamericano (1986)