Aplicación de la ley de Hooke por medio del comportamiento de resortes de diferentes durezas

Anteproyecto práctica libre laboratorio integrado 2016-1

Integrantes: Laura Medina Carmona-Juan Pablo Vélez Rojas

Título del proyecto: Aplicación de la ley de Hooke por medio del comportamiento de resortes de diferentes durezas

Introducción

Cuando aplicas una fuerza a un muelle, probablemente este se alargará. Si duplicas la fuerza, el alargamiento también se duplicará. Esto es lo que se conoce como la ley de Hooke. Esta ley, establece que el alargamiento de un muelle es directamente proporcional al módulo de la fuerza que se le aplique, siempre y cuando no se deforme permanentemente dicho muelle. Si al aplicar la fuerza, deformamos permanentemente el muelle decimos que hemos superado su límite de elasticidad (www.fisicalab.com).  

En esta práctica experimental se desea calcular la constante de elasticidad y la fuerza aplicada al resorte por medio de un sistema de un soporte y un juego de masas de 5g  y 500g, midiendo el alargamiento del resorte luego de colgar la masa y antes de hacerlo para luego realizar los cálculos matemáticos.

Objetivos

General

• Estudiar experimentalmente el comportamiento de los resortes.

Específicos

• Calcular la constante elástica k del resorte
• Verificar la existencia de fuerzas recuperadoras.

Materiales de laboratorio

• Un soporte para ley de Hooke
• Un juego de masas de 5g y 500g
• Dos resortes de diferentes durezas.

Marco teórico

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, ente ellos los metales y minerales, la deformación es directamente proporcional al esfuerzo. Esta relación se conoce como la ley de Hooke, que fue el primero en expresarla. 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 límite de elasticidad. La relación entre el esfuerzo y la deformación, denominada módulo de elasticidad, así como el límite de elasticidad, están determinados 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.

Para un resorte sencillo, se determina la constante de elasticidad k como la fuerza F necesaria para estirarlo en una unidad de longitud , tal como se observa en la Fig. 2a y Fig. 2b, es decir . En el sistema MKS, la constante se expresa en N/m.[pic 1][pic 2]

[pic 3]

Fig. 1. Resorte en su longitud inicial  y b. Resorte estirado en su longitud [pic 4][pic 5]

 Si tenemos dos resortes los podemos combinar para formar un sistema de resortes en serie (figura 3a) y un sistema de resortes en paralelo (figura 3b).

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