Fisica Laboratorio

Resumen

Esta experiencia consistió en un montaje compuesto por una barra (canaleta), sujetada en uno de sus extremos a un hilo, que a su vez se conectó a un soporte universal. A ciertas distancias se posicionó sobre la canaleta un cuerpo de masa m, obteniendo así la magnitud del torque ejercido por la tensión sobre el hilo. Posteriormente se determinaron las reacciones de equilibrio y la relación funcional del sistema.

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Objetivos

Estudiar las reacciones verticales de la barra que se presentan al aplicar cargas específicas en una viga horizontal.

Determinar la relación funcional entre la fuerza T y la posición X.

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Marco Teórico

La Estática es la rama de la mecánica clásica que analiza las cargas y estudia el equilibrio de fuerzas en los sistemas físicos en equilibrio estático. En esta experiencia se definen los siguientes conceptos para fines de estudio:

Equilibrio estático: se aplica tanto para cuerpos en reposo respecto de un sistema de referencia o para cuerpos cuyo centro de masa se mueve con velocidad constante, si el cuerpo está en reposo, entonces se dice que el equilibrio es estático y si el centro de masa se mueve con velocidad constante, se habla de un equilibrio dinámico.(1)

Tensión: es la fuerza que puede existir debido a la interacción en un resorte, cuerda o cable cuando está atado a un cuerpo y se jala o tensa. Esta fuerza ocurre hacia fuera del objeto y es paralela al resorte, cuerda o cable en el punto de la unión.(2)

Torque: es la capacidad de una fuerza para producir un giro o rotación alrededor de un punto. Matemáticamente, es igual al producto de la intensidad de la fuerza (módulo) por la distancia desde el punto de aplicación de la fuerza hasta el eje de giro.(3)

Por lo tanto, para que un sistema se encuentre en equilibrio estático deben cumplir las siguientes condiciones: la sumatoria de fuerzas en ambos ejes debe ser nula y a su vez la sumatoria de torque también deberá ser nula.

Fórmulas a utilizar:

1.- 2.-

3.- Tensión T=mg 4.-Torque

5.- Pendiente: 6.- Error

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Desarrollo experimental

Materiales:

Sensor de fuerza

Barra (canaleta) (masa = 121,620 g ± 0,01 g, largo: 1,00 m ± 0.01m)

Soporte universal

Objeto (masa = 301,00 g ± 0,01 g)

Hilo.

Balanza (sensibilidad 0,01g)

Programa Data Studio.

Procedimiento:

Primero se instaló el soporte universal y se colocó el sensor de fuerzas, posteriormente se masó y rotuló la barra desde 0,0 m hasta 0,9 m con una diferencia de 0,1 m. En uno de los extremos de la canaleta, se ató un hilo que a la vez se unió al sensor de fuerzas, y en el otro extremo se apoyó en un pivote fijo. Una vez armado el sistema se procedió a medir la fuerza tensión ejercida sobre el hilo por el cuerpo M desde la medida 0,1 m hasta los 0,9 m definidos en la barra.

Luego se definieron las variables, se tabularon los datos y se procedió a graficarlos, para obtener la ecuación teórica, su relación funcional, con su respectiva pendiente e intercepto.

Por otro lado para seguir con la segunda condición de equilibrio, se determinó el torque ejercido por las fuerzas sobre la barra, las cuales corresponden a la tensión, a la fuerza ejercida por el objeto, la barra y el peso de ella. Después se aplicó la sumatoria de torques igual a cero, obteniendo así la ecuación experimental con su constante e intercepto, para encontrar la masa del cuerpo y de la barra respectivamente.

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Resultados

Datos tabulados:

X= Posición m Y=Tensión N

0,0000 0,5807

0,1000 0,6895

0,2000 0,7955

0,3000 0,8913

0,4000 0,9865

0,500 1,083

0,600 1,178

0,700 1,274

0,800 1,371

0,900 1,456

Datos graficados:

Análisis:

La relación funcional entre las variables es de tipo lineal, por lo tanto, se utilizó la fórmula (5) para obtener la ecuación:

A: (0,1; 0,6895)

B: (0,2; 0,7955)

Ecuación: Y = (1,0600x

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