Estudio De Fuerzas

Laboratorio

Experimento n°4: Estática, estudio de fuerzas

Autorías

Carla Ortiz Cruz , carla.ortiz@usach.cl

Paula Oyanedel Moncada , paula.oyanedel@usach.cl

Jorge Pacheco Arrué , jorge.pacheco@usach.cl

Ignacio Paleo Araya , ignacio.paleo@usach.cl

Profesora : Myriam Morales

Código de Laboratorio : 10103-0 , L-42

Resumen

El primer experimento consiste en un análisis detallado de una polea fija. Con los datos obtenidos se deduce la expresión analítica de manera que se verifica la condición de equilibrio estático y el cumplimiento de la Primera Ley de Newton.

En el segundo experimento con el proceso de agregar masas a los extremos y esta vez utilizando una polea móvil, se pretende establecer que las poleas son elementos que permiten reducir la fuerza.

En ambos experimentos sus masas se encuentran en equilibrio y roce despreciado.

Introducción

En este laboratorio, se realizaron dos experimentos. En el primero de ellos se instalaron dos soportes los cuales debían mantener en equilibrio una tercera masa, con el fin de poder corroborar la Primera Ley de Newton donde un cuerpo permanece en reposo o en equilibrio si ∑▒〖F=0〗 , es decir, considerando todas las Fuerzas Peso y las Fuerzas tensión existentes en el sistema, deben resultar cero.

Para calcular lo anterior, se utilizan dos poleas fijas las cuales sostienen un hilo. Se variaron las masas tanto en los extremos como en la masa central, y se masaron cada una de ellas. Una vez alcanzado el equilibrio, se procede a medir con un trasportador completo el ángulo formado entre el hilo que sostiene las masas y el eje de las abscisas imaginario situado en el centro del sistema. Más adelante en este informe, se adjunta la imagen que permite comprender de mejor manera esta situación.

Para apaciguar el error, y comprobar de manera certera el ejercicio, el procedimiento se realizó tres veces.

Es importante destacar que la masa de las poleas se considera inexistente y el hilo es ideal, es decir, es inextensible y carente de masa.

En la segunda experiencia se pretende determinar la ventaja mecánica de un sistema de poleas, demostrando que la cantidad de fuerza necesaria sostener una masa mediante el uso de poleas móviles disminuye.

Los datos necesarios para demostrar esta teoría con el experimento, son las masas ubicadas a cada extremo del sistema de poleas, conformado por uno fijo y otro móvil.

A diferencia del experimento anterior, la masa de la polea móvil si se considera en los cálculos aunque el hilo sigue siendo ideal.

Método experimental

Experimento uno:

Los materiales utilizados son:

Placa metálica: soporte que sostiene las poleas fijas y el sistema en general.

Poleas fijas: la cantidad a usar son dos. Se ubican a una misma altura.

Hilo: se entrelaza entre las poleas y en el medio sostienen una tercera masa.

Masas: tuercas, alambres, masas de diversos tamaños.

Trasportador completo: medida de ángulos en grados sexagesimales.

Balanza digital

Huincha

Montaje:

A continuación se presenta esquema que esboza el experimento realizado en el laboratorio, indicando los materiales, orden y la ubicación del plano cartesiano imaginario considerado para el cálculo de las mediciones.

Una de las limitantes para realizar el experimento, era que la placa metálica no siempre sostenía las poleas debido al peso de las masas, ya que eran muy resbaladizas.

Sin embargo, al ser un material metálico, permitió la correcta medición del ángulo ya que el trasportador poseía una pieza magnética.

Experimento dos:

Los materiales utilizados son:

Una polea móvil

Una polea fija

Masas, como tuercas y alambres

Hilo ideal

Base magnética

Pesa digital

Montaje:

Primeramente, se fija la polea estática. Luego, se pasa un hilo por ambas poleas, y se fija en un extremo de la barra, procurando que forme un ángulo de 90 con la polea móvil. Con el otro extremo, se diseña un sistema que permita sostener cargas hasta alcanzar el equilibrio de la masa M., la cual corresponde a la masa de la polea móvil más masas externas adheridas a ella. Todo esto sostenido por la base magnética.

El proceso es realizado tres veces, para lo cual se procede a colgar masas, tanto en el extremo como en la polea móvil, hasta generar un equilibrio entre las masas. Posteriormente se realiza la medición de los pesos de las masas.

A continuación esquema del experimento:

Una de las desventaja de esta forma de comprobar la eficacia de la ventaja de la polea móvil, es que los sistemas usados para adherir las masas m1 ym2 no eran del todo cómodas, y retrasaban el experimento.

Resultados

En ambos experimentos, se realizaron tres veces los procedimientos para obtener una conclusión más precisa.

Para la medición de las masas se utilizó una balanza digital, cuya sensibilidad es de 0.01g, por lo tanto, el error corresponde a error de instrumento digital, correspondiente a:

∆ε=sesibilidad del instrumento

Es decir:

∆ε=± 0.01 (g)

A continuación los datos particularmente de cada experimento.

Experimento 1:

El ángulo que formaba la cuerda que sostenía la masa que se encontraba entre las dos poleas (Angulo formado por la dirección las fuerzas respecto a la horizontal) fue medido con un transportador , cuya sensibilidad es 1° sexagesimales:

ε=(sensibilidad instrumento)/2

Es decir el error para cada ángulo formado por la cuerda (o fuerzas) es:

∆ε=±0,5°(Sexagesimal)

Datos Medición 1 Medición 2 Medición 3

m_1 0,02479Kg 0,01855Kg 0,01855Kg

β 21° 26° 36°

m_3 0,02084Kg 0,02070Kg 0,02605Kg

α 27° 34° 40°

m_2 0,02610Kg 0,02054Kg 0,02054Kg

T_1 0,2429 N 0,1818 N 0,1818 N

T_2 0,2557 N 0,2013 N 0,2013 N

T_3 0,2042 N 0,2029 N 0,2552 N

La expresión analítica es:

∑▒F_x ⇔(m_2*g)*cos⁡α=(m_1*g)*cos⁡β

∑▒F_y ⇔(m_1*g)*sin⁡β+ 〖(m〗_2*g)*sin⁡α=(m_3*g)

Se busca verificar si se cumple o no el primer principio de Newton para cada conjunto de valores de la tabla anterior. Reemplazando los valores de cada medición en la expresión analítica propuesta

...