CONTENIDO
1. Generalidades
Los resortes, al igual que las resistencias eléctricas y los condensadores, pueden acoplarse de dos formas radicalmente diferentes, serie y paralelo, y por supuesto, cualquier otra asociación mixta que se pueda formar entre estas dos. Estudiar una “batería” de resortes, conociendo las propiedades que tienen en cada una de las configuraciones base, simplifica extraordinariamente el cálculo de las mismas.
En la industria automotriz se requieren los resortes para las aplicaciones en : Suspensión, embragues, frenos, válvulas de motor, capota de la carrocería, asientos y parabrisas, la Figura 1 muestra un sistema de resortes distribuidos en paralelo como sistema de amortiguación
http://curiosidadescuriosas.com/curiosidades-coches-y-motos/articulos-de-coches/ el-papel-de-los-resortes-industriales-en-automoviles/
2. Objetivos de la práctica
2.1 Objetivo general
Determinar experimentalmente las relaciones matemáticas entre constantes de deformación de resortes en arreglos en serie y paralelo. La constante de elasticidad de un resorte.
2.2 Objetivos específicos
2.2.1 Determinar experimentalmente la relación matemática entre las constantes de elasticidad de resortes en los arreglos en serie.
2.2.2 Determinar experimentalmente la relación matemática entre las constantes de elasticidad de resortes en los arreglos en Paralelo.
3. Marco Conceptual
Figura 2
https://alan14567.files.wordpress.com/2007/12/asociacion-de-resortes.pdf
Si sobre uno de los extremos de los resortes ejecutamos una fuerza de
compresión o de estiramiento F, manteniendo fijo el otro extremo, esta fuerza, será la que actúe sobre cada uno de los resortes, sufriendo cada uno de ellos su propia compresión o estiramiento, respectivamente, según valgan sus constantes recuperadoras.( Como lo muestra la figura 2 )
Los resortes habrán sufrido unos incrementos de longitud, directamente proporcionales a sus constantes recuperadoras. Así:
De todo lo anterior se deduce que para n resortes acoplados en serie, si uno de los extremos se deja fijo, y sobre el otro se ejecuta una fuerza F, se cumple: I. Cada resorte presenta la misma fuerza F, coincidente con la que actuó sobre el sistema. II. Cada resorte presenta su propio incremento de longitud ∆li , con un módulo inversamente proporcional a la constante elástica del resorte Ki , ya que se cumple: ∆li = F / Ki .
4. Metodología
4.1 Materiales, equipos y/ o reactivos
Dos resortes.
Un juego de pesas. Una varilla de 50 cm Un metro metálico Un cronómetro Una Balanza
Un lápiz de 10 a 15 cm
4.2 Procedimiento .
4.2.1. Determinación experimental de la relación matemática entre las constantes de elasticidad de resortes con arreglos en serie :
Figura 3. Resortes en serie
Fuente: (Cruz, 2015)
1. Rotula dos resortes como RESORTE 1 Y RESORTE 2 ( Figura 3)
2. Realiza el montaje de la figura 1 (resortes en serie), utiliza los dos resortes de diferentes longitudes.
4. Mida la longitud de cada resorte estirado ( ) por una masa en estado de reposo. registra los valores en la Tabla 1. Repite este procedimiento con 6 masas distintas y registra tus datos en la tabla 1.
5. Completa la Tabla 1 Calculando el estiramiento x con la ecuación
Tabla 1
m (g.) (cm) (cm) (cm)
R
E
S
O
R
T
E
1
R
E
S
O
R
T
E
2
Suponiendo que hay un solo resorte en el sistema, aplica el siguiente procedimiento
.
7. Separa una ligera distancia1 de la posición de equilibrio aplicando una fuerza
hacia abajo y mida cinco tiempos de 10 oscilaciones cada uno para 6 masas distintas, registra tus datos en la Tabla 2.
8. Completa la Tabla 2 calculando el promedio de los tiempos y el periodo para cada tiempo promedio
Tabla 2
m (g.) t1(s) t2(s) t3(s) t4(s) t5(s) T(s) 1
2 3 4 5 6
4.2.2. Determinación experimental de la relación matemática entre las constantes de elasticidad de resortes con arreglos en serie
Figura 4. Resortes en Paralelo
1 Esta distancia debe ser lo suficiente para que el resorte estirado al soltarse comience a oscilar, tenga
Fuente: ( Cruz 2015 )
1. Realiza el montaje de la figura 4. ver previamente el video Sistema masa
resorte en paralelo en este link (Luna, Sistema masa resorte en paralelo, 2014)
2. Une los resortes utilizando un lápiz y átalo con bandas de caucho a cada extremo inferior de cada resorte, ata el extremo superior de cada resorte a la varilla de 50 cm que se encuentra en el soporte universal.
3. Ata en el centro del lápiz una pesa, utiliza una banda de caucho, la magnitud de la pesa2 debe ser suficiente para estirar ambos resortes, si el lápiz no está
completamente horizontal, mueve hacia un lado la pesa de tal forma que el lápiz quede completamente horizontal.
4. Separa una ligera distancia3 de la posición de equilibrio aplicando una fuerza
hacia abajo y mida cinco tiempos de 10 oscilaciones cada uno para 6 masas distintas, registra tus datos en la tabla 3.
5. Completa la Tabla 3 calculando el promedio de los tiempos y el periodo para cada tiempo promedio.
Tabla 3
m (g.) t1(s) t2(s) t3(s) t4(s) t5(s) T(s)
2 Utiliza varias pesas si es necesario, se sugiere utilizar inicialmente las de mayor valor
3 Esta distancia debe ser lo suficiente para que el resorte estirado al soltarse comience a oscilar, tenga
1 2 3 4 5 6
4.2.3. Resultados y conclusiones de la práctica
1. Con los datos de la Tabla 1 completa la Tabla 4, donde x1 es el estiramiento
del resorte 1, x2 es el estiramiento del resorte 2, xs es el estiramiento total
del sistema en serie es decir Fes el peso4 de cada masa en
Dinas (g cm/s2).
2. Con los datos de la Tabla 4 elabora las gráficas5 de dispersión de x
1 – F, x2
– F y, xs – F, incluye en las gráficas el coeficiente de determinación y la ecuación del grafico.
3. Determina en cada gráfica la pendiente de la recta que corresponde al valor de la constante k de cada resorte y del sistema en serie respectivamente (k1, k2 y
ks). Registra estos valores en la Tabla 5.
4. Verifica si se cumple la siguiente igualdad y concluye acerca del
resultado obtenido.
5. Con los datos de la Tabla 3 completa la tabla 6.
6. Con los datos de la tabla 6 elabora la gráfica de de dispersión de m - T., incluye en las gráficas el coeficiente de determinación y la ecuación del gráfico, ¿qué concluyen acerca de la relación entre las variables m y T?.
7. Con los datos de la tabla 6 elabora la gráfica de de dispersión de m – T2., incluye en las gráficas el coeficiente de determinación y la ecuación del gráfico, ¿qué concluyen acerca de la relación entre las variables m y T2?.
4 El peso se calcula con la ecuación P=m*g donde g es la gravedad (980 cm/s2)
8. A partir del valor del coeficiente (c) de la variable m del gráfico del numeral 7 calcula el valor de la constante del sistema en paralelo Kp, utiliza la ecuación
.
9. Halla la constante kp para el sistema en paralelo con los valores de k1 y k2
hallados en el numeral 3, utiliza la ecuación kp=k1+k2.
10. Compara los resultados de Kp del numeral 8 con los del numeral 9 ¿qué concluyes al respecto?
Tabla 4
n x1 (cm) x2 (cm) xs (cm) F(D)
1 2 3 4 5 6
Tabla 5
K1(D/cm) K2 (D/cm) Ks (D/cm) Kp (D/cm)
Tabla 6
m (g) T(s) T2(s2)
4 5 6
4.2 Precauciones o riesgos de la práctica
Manejo adecuado de los materiales utilizados en la práctica.
4.3 Condiciones para la realización de la práctica
Las prácticas se desarrollarán en un ambiente con una buena ventilación, iluminación normal o salones con aires acondicionados y el tiempo esta es
5. Situaciones problémicas
https://alan14567.files.wordpress.com/2007/12/asociacion-de-resortes.pdf
Figura 5
Se cuelga un cuerpo de masa m del extremo de dos resortes acoplados en serie, de constantes K1 y K2. El otro extremo se cuelga del techo. Hállese:
a) El alargamiento producido por cada resorte. b) La constante recuperadora del único resorte que hiciese su papel mecánico.
6. Resultados y conclusiones de la práctica
El estudiante debe presentar informe de laboratorio que contenga:
1. Introducción 2. Objetivo. 3. Marco teórico.
4. Aplicación ( contextualización) 5. Procedimiento.
6. Lista de materiales 7. Conclusión.
7. Referencias bibliográficas
1. Hewit Paul G, 2004, Física Conceptual. México, Editorial Pearson
2. Young, Hugh y Roger A Freedman, 2009, Física Universitaria, México Editorial Pearson
3. Tipler Paul A, 2010, Física para la Ciencia y la Tecnología ,España, Editorial Reverté
