Ley De Hooke

MARCO TEORICO

Robert Hooke (1676) descubrió y estableció la ley que se utiliza para definir las propiedades elásticas de un cuerpo. En el estudio de los efectos por las fuerzas de tensión, observó que había un aumento de la longitud del cuerpo, que era proporcional a la fuerza aplicada, dentro de unos límites bastante amplios.

Un cuerpo se denomina elástico si al actuar una fuerza sobre el sufre una deformación de tal manera que al cesar la fuerza recupera su forma original.

Cuando una fuerza externa actúa sobre un material causa un esfuerzo o tensión en el interior del material que provoca la deformación del mismo. En muchos materiales, entre ellos los metales y minerales, el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación.

No obstante si la fuerza externa supera un determinado valor, el material puede quedar deformado permanentemente, y la ley de Hooke ya no es válida. El máximo esfuerzo que un material puede soportar antes de quedar permanentemente deformado se denomina limite de elasticidad.

La relación entre el esfuerzo y la deformación, está determinada por la estructura molecular del material. La distancia entre las moléculas de un material no sometido a esfuerzo depende de un equilibrio entre las fuerzas moleculares de atracción y repulsión. Cuando se aplica una fuerza externa que crea una tensión en el interior del material, las distancias moleculares cambian y el material se deforma. Si las moléculas están firmemente unidas entre sí, la deformación no será muy grande incluso con un esfuerzo elevado. En cambio si las moléculas están poco unidas, una tensión relativamente pequeña causara una deformación grande. Por debajo del límite de elasticidad, cuando se deja de aplicar la fuerza, las moléculas vuelven a su posición de equilibrio y el material elástico recupera su forma original. Más allá del límite de elasticidad, la fuerza aplicada separa tanto las moléculas que no pueden volver a su posición de partida y el material queda permanentemente deformado o se rompe.

Un resorte constituye un ejemplo típico de cuerpo elástico. Si se estira de un resorte, este se alarga, y si cuando se le suelta recupera la longitud inicial. De acuerdo con la Ley de Hooke, la deformación que experimente un muelle o un cualquier otro cuerpo elástico al ejercer sobre él una cierta fuerza (F) es directamente proporcional a la magnitud de dicha fuerza. Si designamos por (Lo) la longitud en equilibrio del muelle, y por (L) su longitud cuando ejerce una fuerza (F) sobre él, se tiene según esta ley:

Fe = k. (L - Lo) = k. ΔL

Donde (ΔL) es la variación de longitud que experimenta el resorte o alargamiento y k es llamada constante elástica del resorte, que en el SI se mide en Newton por metro (N/m) y depende de las características particulares de cada resorte. Mientras mayor sea el valor de k, más rígido o fuerte será el resorte. Por ejemplo un resorte blando (de juguetes) tiene una constante de fuerza elastica de 1N/m; para los resortes mucho mas rıgidos de la suspension de un automovil, k es del orden de105 N/m.

Se puede establecer también esta relación:

Fe / ΔL = k

Si la masa que se le aplica al resorte es en kg, para pasarlo a Newton y averiguar la fuerza peso que tiene se dice que la fuerza peso (N) es igual a la masa (kg) que se le aplica al resorte por la fuerza de la gravedad (m / s²):

Fp = m • g

Donde (Fp) es la fuerza peso, (m) es la masa y (g) es la fuerza de gravedad. La fuerza de gravedad es constante por tanto tiene un valor constante: g= 9,8 m / s² (5)

OBJETIVOS

A) Estudiar la relación funcional entre la fuerza elástica y el estiramiento para un resorte.

B) Confrontar los resultados del objetivo A con la ley de hooke determinando la constante elástica y su incertidumbre.

- ESTIRAMIENTO: Diferencia entre la longitud del resorte estirado y el normal.

- F. ELÁSTICA: Fuerza que el resorte le aplica a otro cuerpo.

DISPOSITIVO EXPERIMENTAL

.Resorte .Juego de pesas

(C/u 0,5 N)

. Abrazadera de

plástico con varilla

.Regla graduada

.Indicador de plástico

(Izquierdo y derecho) .Trípode con varilla

Dinamómetro

Un dinamómetro es un instrumento utilizado para medir fuerzas. Fue inventado por Isaac Newton y no debe confundirse con la balanza. La balanza es un instrumento utilizado para medir masas, mientras que el dinamómetro mide fuerzas. Los dinamómetros consisten generalmente en un resorte contenido en un cilindro de plástico, cartón o metal generalmente, con dos ganchos, uno en cada extremo. Los dinamómetros llevan marcada una escala, en unidades de fuerza, en el cilindro hueco que rodea el muelle. Al colgar pesos o ejercer una fuerza sobre el gancho inferior, el cursor del cilindro inferior se mueve sobre la escala exterior, indicando el valor de la fuerza. Los dinamómetros actuales tienen una escala que indica el máximo de fuerza que pueden sostener.

Los pasos para el procedimiento fueron:

1. Medir la longitud natural del resorte, es decir, sin ninguna pesa (Lo)

2. Colgar una pesa y medir (con la regla) el estiramiento del resorte (∆L)

3. Agregar pesas y repetir el procedimiento.

4. Registrar los datos en la tabla.

Lo primero que se hizo fue preparar el dispositivo, enseguida colgamos el resorte en la varilla de la abrazadera, con el resorte ya situado en su posición, medimos con la regla graduada su longitud inicial (Lo), allí pusimos un indicador de plástico, posteriormente enganchamos una pesa de 0,5N que ya habíamos pesado con el dinamómetro anteriormente en el extremo inferior del resorte. Lo que observamos fue que la pesa quedaba en equilibrio después de estirarlo. A continuación de poner la pesa y que quede quieto el resorte pusimos el otro indicador y medimos la deformación que sufría el resorte con la fuerza que se ejercía sobre el mismo; Luego aumentamos el estiramiento colocando unas cuantas pesas más de igual peso siguiendo el mismo procedimiento.

A medida que colocábamos

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