UNIVERSIDADDESANTIAGODECHILE COORDINADORA:CECILIATOLEDO V
FACULTADDECIENCIA SEMESTRE PRIMERO 2014
DEPARTAMENTO DE FISICA
FISICA
I
NOTA: En esta guía se presentan las experiencias Nº4 y Nº5, correspondientes al
contenido de Estática
( ver anexo teórico página 5).
De acuerdo al material disponible en las salas que tiene asignadas, los grupos podrán
desarrollar la experiencia Nº4 ó bien la Nº5, lo que le será comunicado por su
profesor.
LABORATORIO Nº4
ESTUDIO DE FUERZAS-PALANCAS
OBJETIVOS
I.- Verificar la condición de equilibrio en un sistema de más de dos fuerzas
II.-. Verificar la condición estático de equilibrio de una barra ( Palanca)
INTRODUCCIÓN
En el estudio de la mecánica se puede realizar un análisis de los cuerpos propiamente
tales , como también cuando estos lo podemos considerar como partículas. Este
análisis es el que se desarrollará en esta sesión.
ACTIVIDADES EXPERIMENTAL I:
Verificar la condición de equilibrio del sistema
propuesto en la figura adyacente
.- Tome las medidas pertinentes, cuales las puede registrar en el cuadro siguiente
para que verifique la condición de equilibrio de fuerzas (
F 0)
ΣF =
x____________________________
Σ F =
y____________________________
II.-
.
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL II: Verificar la condición estático de equilibrio de
una barra ( Palanca)
I.-
Para el sistema indicado en la figura Nº1, donde el eje de rotación está ubicado en el
centro de masa, cuelgue las masas
m
Ay
m
Bcomo muestra la figura ( o en forma
similar) de tal manera que la barra permanezca en equilibrio estático en la posición
horizontal.
1.
Haga un esquema de
“todas”
las fuerzas que actúan sobre la barra ( diagrama de
cuerpo libre)
m
1g
m
2g
m
3g
)
( º)
( º )
T
1x(N)
T
3x(N)
T
1y(N)
T
2y(N)
T
3y(N)
FIGURA Nº1
A
3.
Identifique dos tipos de instrumentos y/o herramientas que se identifican con este
tipo de Palancas.
III.-
Realice el montaje que muestra la siguiente figura
.
1.
E
n el extremo izquierdo se encuentra el eje de rotación.
2.
Cuelgue un cuerpo en el extremo derecho( bloque A)
3.
Aplique una fuerza con una cuerda cerca del fulcro, esta cuerda se hace pasar por una
polea fija de modo que del otro extremo cuelga un bloque de peso conocido( bloque
B)
4.
Elija los bloques adecuados de modo que la barra o permanezca en equilibrio estático
en posición horizontal.
5.
Haga un diagrama
con todas las fuerzas
que actúan sobre la barra
6.
Registre las medidas necesarias que le permitan comprobar el equilibrio estático.
7.
Escriba las ecuaciones que le
permitan comprobar
las dos ecuaciones del equilibrio
estático, es decir,
F
0
;
P0
.
8.
¿A que tipo de palanca corresponde? Identifique dos tipos de instrumentos y/o
herramientas que se identifican con este tipo de Palancas
FIGURA Nº2
F
LABORATORIO Nº5
ESTUDIO
DE UNA VIGA EN EQUILIBRIO ESTÁTICO
Objetivo:
I.
Determinar las reacciones que se presentan cuando se aplican cargas puntuales
verticales a una viga horizontal rotulada en uno de sus extremos.
II.
Determinar la relación funcional del gráfico fuerza versus posición identificando
constantes.
Materiales
.- Sensor de fuerza
.- Barra ( canaleta )
.- Objeto de masa M
.- Balanza
.- Soporte universales.
1)
Procure que el riel quede situado en forma horizontal.
2)
Calibre el sensor de fuerza
3)
Sitúe la masa M de acero en uno de los extremos del riel, Verifique que el sistema
quede horizontal y en equilibrio
4)
Proceda a cambiar de posición la masa midiendo la distancia a partir del extremo y
registre el valor que indica ahora el sensor de fuerza. Repita el proceso para distintas
distancias. Registre en una tabla los valores encontrados.
X(m)
F(N)
Masa M Sensor de Fuerza
RIEL
Línea de acción de F
O
B
b
r
F
7)
Del grafico obtenido, realice un ajuste lineal
8)
Escriba la relación funcional e interprete cada una de las variables involucradas en
ella.
9)
A partir del grafico, determine experimentalmente los valores de la masa del riel y el
del objeto de masa M.
10)
Compare los valores obtenidos en el punto anterior con los medidos por la balanza,
determine el % de error.
11)
Utilizando los datos medidos (por la balanza y la huincha) determine
experimentalmente la aceleración de gravedad.
12)
Compare el valor obtenido en el punto anterior con la aceleración de gravedad en
Santiago (averígüelo)
ANEXO TEORICO
CONCEPTO DE MOMENTO DE UNA FUERZA O TORQUE (
)Recordemos que se define el torque o momento de una fuerza
con respecto a un punto 0 como una cantidad vectorial dada por la expresión.o
r
F
con
or F sen
;
oF b
donde
r
es el vector posición del punto de aplicación de la fuerzaF
, medido desde O.La distancia de la figura anterior ,OB = b , se le llama brazo de palanca . Corresponde a la distancia entre el punto 0 y la línea de acción de la fuerza
F
.De acuerdo al producto vectorial, el torque
o, es un vector perpendicular al plano que forman losvectores
r
yF
y el sentido lo da la regla de la mano derecha o del tirabuzón. Debe especificarse claramente respecto de que punto hace torque la fuerzaF
F
r
En coordenadas cartesianas, el torque se puede calcular por medio del determinante:
o
x y z
ˆ
ˆ
ˆ
i
j
k
x
y
z
F
F
F
;
i yF
ˆ
Zz F
yˆ
j x F
zz F
xk xF
ˆ
yyF
xCENTRO DE GRAVEDAD
Los cuerpos están formados por un gran número de partículas sobre las cuales actúa la fuerza de gravedad. Se puede demostrar que la fuerza de todas esas fuerzas individuales tiene el efecto equivalente de una sola fuerza que actúa en un solo punto que se le conoce como “centro de gravedad”(c.g) y que corresponde a la fuerza peso m
g
del cuerpoMAQUINAS SIMPLES:
Las máquinas son dispositivos que multiplican una fuerza o bien cambian la dirección de una fuerza, entre las máquinas simples podemos citar a las palancas, las poleas, gatas hidráulicas, tornos, planos inclinados.
Estas máquinas simples nos proporcionan una “ventaja mecánica”. Si se llama Fa a la fuerza de
entrada (esfuerzo) que es la que se aplica a la palanca para mantener o levantar una carga y FL a la
fuerza de salida o fuerza de carga o resistente), entonces la ventaja mecánica ideal (no se considera perdida por roce) viene dada por:
VENTAJA MECANICA = V.M = L a
F
F
LA PALANCA
La palanca es una máquina simple bastante eficiente. Básicamente está formada por una barra rígida que se puede hacer rotar respecto de un punto línea que recibe el nombre de FULCRO.
Según las posiciones que tengan las dos fuerzas y el fulcro, se definen tres clases de palancas:
Primera clase: el fulcro se encuentra entre ambas fuerzas Segunda clase: la carga está entre el fulcro y el esfuerzo. Tercera clase: el esfuerzo está entre el fulcro y la carga.
En el conjunto de figuras siguiente están esquematizadas los tipos de palancas:
m
gLa figura siguiente muestran palancas en el cuerpo humano
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LAS POLEAS
Las poleas, al igual que las palancas, son máquinas simples. Una polea no es más que una rueda que puede girar libremente alrededor de un eje que pasa por su centro. Ahora, una polea o un sistema de poleas es un dispositivo con el cual se puede variar la dirección y la magnitud de una fuerza para obtener alguna ventaja mecánica. Una polea fija solo permite cambiar la dirección o sentido de la aplicación de la fuerza y la polea móvil permite “ahorrar fuerza”.
COMBINACIÓN DE POLEAS:
Si se considera que las poleas son de masa despreciable, entonces se cumple que: POLEA MOVIL
POLEA FIJA
F
F
P
P
F = P/2CONDICIONES DE EQUILIBRIO ESTATICO PARA UN SISTEMA DE FUERZAS COPLANARES
1.- Un sistema está en equilibrio de traslación cuando la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre el sistema es nula. Para un sistema en un plano se tiene que cumplir:
F
0
Fx= 0 ; Fy = 02.- Un sistema se encuentra en equilibrio de rotación cuando la suma de todos los momentos que actúan sobre el sistema es nulo.
P
0
3.- Para la condición de equilibrio de un cuerpo debe cumplirse que la sumatoria de las fuerzas debe ser cero y la suma de los torques debe ser cero
Si las fuerzas ( magnitudes vectoriales) están en un plano, entonces esta tiene dos componentes, que pueden ser Fx y Fy
r
F
BIBLIOGRAFÍA
