FÍSICA DE LA MASA Y LA ENERGÍA

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FACULTAD DE INGENIERÍA

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FÍSICA DE LA MASA Y LA ENERGÍA

GUÍA DE LABORATORIO VIRTUAL N.º 01

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GRUPO N°.01

INTEGRANTES:

• Calle Santos, Kenji
• Chavarry Llana, Joel
• Delgado Bustamante, Fabian
• Flores Carrasco, Joseph
• Llauce Acosta, Rafael

GUÍA DE LABORATORIO VIRTUAL Nº01

LEY DE HOOKE

1. Objetivo

1. Determina la constante de elasticidad de un resorte aplicando la Ley de Hooke.
2. Representar gráficamente las fuerzas aplicadas a un resorte en función de las deformaciones.
3. Verificar la primera condición de equilibrio.
4. Demostrar el equilibrio de los momentos en un punto de un cuerpo en equilibrio.
5. Observar el período de oscilación de un sistema masa-resorte y compárelo con su valor esperado

1. Marco teórico

1. Estudio Estático:

Cuando un cuerpo se ve obligado a cambiar de forma, la "fuerza de deformación" puede ser proporcional a la deformación, si no se excede el límite proporcional. La variación puede ser un aumento o una disminución de la longitud de un resorte helicoidal; en un aumento o disminución de la flexión, un resorte plano; en el giro de una tira alrededor de su eje, o de muchas otras formas.

La expresión "fuerza deformante" se interpreta en sentido amplio y puede designar una fuerza, un par, una presión o cualquier otra causa capaz de producir una deformación.

La ley de Hooke describe fenómenos elásticos como los que presentan los resortes helicoidales. Esta ley establece que la deformación elástica que sufre un cuerpo es proporcional a la fuerza que produce dicha deformación, siempre que no se supere el límite elástico. En esta práctica, se estudiarán simultáneamente la ley de Hooke y el movimiento armónico simple asociado. Se medirá la constante de restitución de un resorte y se hallará experimentalmente la relación funcional entre el período de oscilación y la inercia del sistema (masa), en un sistema masa-resorte, como el de la figura. Según la ley de Hooke, un resorte que se estira (o comprime) en una distancia l, ejerce una fuerza F cuya amplitud es proporcional al estiramiento:

lFl = k Δl

Por otro lado, la aceleración instantánea se define como:

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De donde obtenemos que:

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Proponemos una solución de la forma:     x(t) = A cosωt

Donde A es la amplitud de oscilación o alargamiento máximo y la frecuencia. Esta solución es correcta si….                                       ω = [pic 6]

De aquí podemos decir que el período de oscilación, T = ω/2π se puede escribir como:

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ELASTICIDAD. 

Es la propiedad de un material que le hace recuperar su tamaño y forma original después de ser comprimido o estirado por una fuerza externa. Cuando la fuerza externa actúa sobre un material causa una compresión o tensión en el interior del material que provoca la deformación del mismo. En muchos

materiales, entre ellos los metales y los minerales, la deformación es directamente proporcional a la fuerza externa. Esta relación se conoce como LEY DE HOOKE. Sin embargo, 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 que un material puede soportar antes de quedar permanentemente deformado se denomina límite de elasticidad.[pic 8]

𝐹(𝑥) = −𝑘𝑥 … … … (1) 

SISTEMA MASA RESORTE VERTICAL. 

Un resorte de longitud 𝑙0 y constante elástica 𝑘 se coloca en forma vertical, con un extremo sujeto al techo y el otro extremo inicialmente libre.

Luego del extremo inferior del resorte se sostiene un bloque de masa m, que deformara la longitud del resorte en forma proporcional al peso suspendido. En equilibrio el peso del bloque se compensa con la fuerza elástica estática.[pic 9]

1. Procedimiento

1. Ingresa a la dirección:

https://phet.colorado.edu/sims/html/masses-and-springs/latest/masses-and- springs_es_PE.html 

1. Accede al laboratorio virtual

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1. Selecciona la opción “longitud natural” para indicar la longitud del resorte sin estirar y ubica la regla haciendo coincidir el cero con este punto, como se muestra en la figura.

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1. Selecciona una masa de 50 g y luego arrastra la masa y cuélgala en el resorte y desactiva el botón rojo para que deje de oscilar.

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1.         Con la ayuda de la línea movible y la regla mide el desplazamiento y anota el resultado en la tabla 01.

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1. Incrementa la masa hasta llegar a 300 g y anota tus datos en la tabla 01.

1. Datos experimentales

Tabla 01. Dependencia de la masa con el desplazamiento

1. Preguntas

1. Construye la gráfica 𝐹(𝑁) vs 𝑥(𝑚), para ello escoge una escala adecuada.

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1. Calcula la pendiente de la gráfica 𝐹(𝑁) vs 𝑥(𝑚). ¿Qué representa está pendiente?

• La pendiente de la gráfica se puede calcular conociendo dos puntos de ella, bastaría solo con aplicar la formula diferencia de ordenadas sobre abscisas. Por otro lado, la pendiente representa la cantidad de fuerza requerida para mover el resorte de una cantidad fija de distancia. En pocas palabras, es el valor de la constante elástica; que en el sistema internacional se mide en newton por metro.

• La pendiente de la gráfica:

Tomamos dos puntos (0.09,0.49) y (0.13,0.735)

Aplicamos la fórmula: [pic 15]

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