FISICA PARA LAS CIENCIAS DE LA VIDA LEY DE HOOKE

FISICA PARA LAS CIENCIAS DE LA VIDA

LEY DE HOOKE

Victor Manuel Soza Leal.

1Departamento de bacteriología y laboratorio clinico, Universidad de Pamplona

EQUIPO ___

Recibido ____ /________ / 2019

(25  de febrero 2019)

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Resumen

Esta práctica estaba diseñada con la finalidad de estudiar la ley de Hooke de manera experimental por medio de una serie de mediciones y análisis del comportamiento de resortes y bandas elásticas, donde se buscaba registrar las medidas para hallar la elasticidad por tracción de dichos materiales.  Esto se hizo por medio de la medición inicial y final de la banda y el resorte al someterlas a diferentes masas, aquí se tomaron los resultados y se registraron en las respectivas tablas. Se implementó aquí también la conversión de unidades entre los sistemas CGS Y SI, Por otra parte se calculó la deformación unitaria para cada una de las masas utilizadas y se calculó el valor de la constante elástica K para el resorte utilizado. Mediante ecuaciones se halló el esfuerzo de tracción para el resorte y el error relativo porcentual para los valores .Se hizo una interpretación de los datos por medio de gráficas y análisis matemáticos y se corroboro finalmente lo expuesto en la ley de Hooke.

Palabras claves:  resorte,longiud,tracción,constante,medición,elasticidad.

Abstract

This practice was designed to study hooke's law experimentally by means of a series of measurements and analysis of the behavior of springs and elastic bands, where it was sought to record the measures to find the tensile elasticity of said materials. this was done by means of the initial and final measurement of the band and spring when subjected to different masses, here the results were taken and recorded in the respective tables. the conversion of units between the cgs and si systems was also implemented here. on the other hand, the unit deformation was calculated for each of the masses used and the value of the elastic constant k for the spring used was calculated. by means of equations we found the tensile stress for the spring and the percentage relative error for the values ​​of we made an interpretation of the data by means of graphs and mathematical analysis and corroborated finally the exposed thing in the law of hooke.

Keywords: spring, longiud, traction, constant, measurement, elasticity.

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1.  Marco Teórico e Introducción

Elasticidad, producción de un material que le hace recuperar su tamaño y forma original después de ser comprimido o estirado por una fuerza. 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, la deformación es directamente proporcional al  esfuerzo. Esta relación se conoce como ley de Hooke, en honor al físico británico Robert Hooke. Si la fuerza externa aplicada supera un determinado valor, el material puede quedar deformado definitivamente y la ley de Hooke ya no es válida. El máximo esfuerzo que un material puede soportar antes de quedar definitivamente deformado se denomina límite de elasticidad.

La relación entre el esfuerzo y la deformación, llamada módulo de elasticidad, así como límite de elasticidad, están definidos 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 si, la deformación no será muy grande incluso con un esfuerzo elevado. En cambio, si las moléculas están poco unidas, una tensión relativamente pequeña provocara una deformación muy 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. Por encima del límite, la  fuerza aplicada separa tanto las moléculas que no pueden volver a su forma original y el material queda permanentemente o se rompe.

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(figura 1)resortes

Tomada de http://www.metalmecanica.com/temas/Resortes-de-extension

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(figura 2) Banda elastica

Tomada de https://www.sanz.com.uy/catalogo/banda-elastica-2/

2. Materiales, equipos e insumos.

*los elementos resaltados en negrita y con asterisco deberán traerlos los estudiantes por equipo de trabajo.

. Procedimientos

Primera parte: medidas para hallar la elasticidad por tracción de un resorte.

1. 1.      Realice un montaje como el de la figura 3
2. 2.      cuelgue un resorte fe brazo horizontal del soporte.

[pic 6](figura 3) montaje experimental

Tomada de https://www.a3bs.com/balanzas-de-resorte,pg_564.html

1. Medir la longitud inicial del resorte con ayuda de la cinta métrica  y registre el valor en la tabla 1. Como longitud inicial en cm ,mida el diámetro del resorte con el calibrador y regístrelo en la tabla 1.
2. Cuelgue de la parte inferior del resorte la masa, registre el valor en la tabla 1. Como M1 en gramos.
3. Mida la longitud del resorte en cm y regístrelo en la tabla 1 como LF1.
4. Realice el procedimiento 3 y 4 para las masas restantes en orden ascendente.
5. Por medio de la ecuación 1 calcule la fuerza aplicada para cada una de las masas teniendo en cuenta el valor de la aceleración de la gravedad en sus respectivas unidades.

Segunda parte: medidas para hallar la elasticidad por tracción de una banda elástica.

1. Repite los procedimientos 1 a 6 pero con la banda elástica y regístrelos en la tabla 2.

Tercera parte: análisis de datos

1. Convierta los valores de la tabla 1 a unidades básicas del sistema internacional y regístrelas en la tabla (1.a) y halle el promedio de fuerzas y masas.
2. Convierta los valores de la tabla 2 a unidades básicas del sistema internacional y regístrelas en la tabla (2.a) y halle el promedio de fuerzas y masas.
3. Calcule el valor de la deformación unitaria  para cada masa mediante la ecuación 2 con los valores de la tabla (1.a) y el promedio. Registre los datos en la tabla 3.[pic 7]
4. Mediante la ecuación 3 calcule el valor          de la deformación longitudinal o relativa E y registre los datos en la tabla 3.
6. Calcule el valor de la constante elástica K para el resorte, despeje de la ecuación 4 ( ley de Hooke )fuerza elástica .tenga en cuenta que esta fuerza es igual y opuesta a la magnitud de la fuerza aplicada, por lo tanto, tiene el mismo valor, por eso el signo negativo de la formula. Para tal fin use los valores promedio F(N) y  (m).registre el valor calculado K en la tabla 4.[pic 8]
7. Registe los puntos 5 y 6 con los valores de la tabla (2.a) y regístrelos en la tabla 5.
8. Mediante la ecuación 6 halle el esfuerzo de tracción, para el resorte asignando el valor de la tabla 5.Teniendo en cuenta la sección transversal que se calcula con la ecuación 5 empleando los valores que requiera de la( tabla 1).
9. Graficar en Excel  F(datos tabla 1.a)frente a (datos tabla 3)para el resorte y halle la pendiente de la recta. Realice un análisis de la gráfica obtenida y registre el valor obtenido de la pendiente K como constante elástica para el resorte (grafica )en la (tabla 4).[pic 9]
10. Describa si los dos valores de K (tabla 4) son iguales o no y porque, explique su análisis y exprese qué significado tiene la pendiente de la gráfica.
11. Calcule el valor relativo porcentual por medio de la ecuación 6 para los valores de K usando como valor teórico el de la gráfica y el otro como valor experimental. Analice y describa su resultado.
12. Graficar en Excel  F(datos tabla 2.a)frente a datos( tabla 5)para el resorte y halle la pendiente de la recta. Realice un análisis de la gráfica obtenida y registre el valor obtenido de la pendiente K como constante elástica para el resorte (grafica )en la (tabla 5).[pic 10]
13. Compare las graficas del punto 8 y 11 y describa las similitudes y diferencias que se  presentan.

4.Tabla de toma de datos

 Tabla 1.Datos resorte (CGS)

Tabla (1.a) Datos de resorte (SI)

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