Informe: elasticidad de un resorte. FÍSICA 4to año

Introducción.

Este trabajo constó en una experiencia de laboratorio realizada durante las horas de clase en la que se intento observar las características y condiciones de un resorte en espiral; determinar la constante elástica del resorte en espiral y calcular el trabajo realizado por el mismo.

El proceso que se llevo a cabo consta de tres simples pasos. En primer lugar, se debe utilizar una balanza para determinar los valores de las masas del resorte y de las pesas, luego de decidir cuáles serán las mismas. El segundo paso se trata de medir la longitud del resorte relajado, es decir, sin ninguna masa aplicando fuerza para que este se estire. Y por último, se debe ir colocando las diferentes pesas en el extremo inferior del resorte, para que este se estire, y anotar la posición correspondiente tras determinar la medida del resorte estirado, obviamente, el estiramiento del resorte dependerá de la fuerza peso aplicado por la masa con la que se trabaje.

Tras tener todos los datos anotados, se busca el valor de K, que será en promedio de los valores calculados, siendo así que será el resultado de todos los valores K dividido por la cantidad de valores sumados. Finalmente se calcula el trabajo realizado por la fuerza elástica. Para esto se utilizara la medida de una única masa, con su estiramiento y el valor promedio de K usando los datos de la tabla, la cual se mostrara a lo largo del informe.

Es importante aclarar que uno de los materiales que se requieren, el resorte en espiral, tiene múltiples aplicaciones. Pueden utilizarse en diferentes artefactos como; relojes, colchones, bicicletas, sillones, juguetes para saltar (como la cama elástica o el saltarín), mecanismos automáticos para cerrar puertas, básculas, etc., dependiendo el tipo de resorte del que se trate.

 MATERIALES:

• Soporte.
• 1 Regla graduada.
• 1 Regla metálica de 60cm. (si es posible)
• Balanza.
• 1 Resorte en espiral de acero. (o cualquier otro)
• 1 Juego de pesas (masas).
• Hilo.

Fundamento Teórico

Los sólidos cristalinos en general tienen una característica fundamental denominada “coeficiente elástico” que aparece como consecuencia de la aplicación de fuerzas de tensión o comprensión, que permiten al cuerpo de sección trasversal uniforme, estirarse o comprimirse. Se dice que un cuerpo experimenta una deformación elástica cuando recupera su forma inicial al cesar la fuerza que la produjo, tal y como lo son los resortes, que son una pieza  de características elásticas que puede conservar y liberar energía sin experimentar deformaciones permanentes cuando la fuerza ejercida sobre él termina, esto poseen múltiples usos, en todas las situaciones en las que es necesario aplicar una determinada fuerza y que ésta luego sea retornada en forma de energía (suspensiones de vehículos, cables de conexión, etc.). Entonces para poder comprobar este hecho notable usaremos un resorte en espiral, al cual aplicaremos masas sucesivas y de acuerdo a la Ley de Hooke, que establece que la fuerza aplicada a un muelle es directamente proporcional a la deformación que se le produce: F= -k. x

Hallamos la constante elástica “k”; que es la constante elástica del muelle, depende el propio muelle en sí, cuanto mayor es su valor, más trabajo cuesta estirar el muelle. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es Newton por metro (N/m);  la cual se obtuvo despejando la constante k de la ley de Hooke, usando distintas masas para calcular la fuerza elástica, que es la ejercida por objetos tales como resortes, que tienen una posición normal, fuera de la cual almacenan energía potencial y ejercen fuerzas.. Observamos en posición vertical la fuerza elástica es opuesta al estiramiento generado por la fuerza gravitatoria (la fuerza gravitatoria entre dos cuerpos es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa), a la que llamamos peso. Como la medición la realizamos en un estado de equilibrio, suponíamos que la fuerza elástica es igual a la fuerza peso (El peso (P) de un cuerpo en un punto es la fuerza gravitatoria)

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Procedimiento

• Se procedió a pesar las tres masas: un reloj de aguja de metal (m1),  un juguete de plástico pequeño (m2) y un útil escolar también de plástico relleno con pegamento (m3) , en una balanza de reloj que fue puesta en 0.

• Peso del reloj: 0,8 kilogramos.
• Peso del juguete: 0,1 kilogramos.
• Peso del útil escolar: 0,2 kilogramos.

• Medimos el resorte, que como pudimos observar era un objeto de metal que presentaba una gran elasticidad, con un metro de costura. Este, sin estirar medía 0,046 metros.
• Insertamos cada masa, una por una, al extremo del resorte y medimos su estiramiento, el resorte pasó de medir 0,046 metros a:

• 0,146 metros gracias al peso del reloj.
• 0,084 metros gracias al peso del juguete.
• 0,10  metros gracias al peso del útil escolar.

• Pasamos los centímetros que medimos a metros y los gramos de las masas a kilogramos.
• En este punto lo que hicimos fue calcular la variación de la longitud ΔX= L-L0. Entonces podemos decir que el resorte se estiró 0,1 metros en el caso del reloj, 0,038 metros gracias al juguete y 0,054 gracias al útil escolar.
• Luego calculamos la fuerza elástica, que es igual al peso mediante la siguiente fórmula: P=Fe, el Peso es igual a masa por gravedad, entonces P (m.g) = Fe.

• m1: 0,8 N
• m2: 0,1 N
• m3 : 0,2 N

• Debimos calcular la constante k promedio. Para ello calculamos con la siguiente fórmula: Fe= -k. ΔX, la contante de cada masa y su promedio sumándolas y diviéndolas por su cantidad, o sea 3.

• m1: 8 N/m
• m2: 2,63 N/m
• m3: 0,37 N/m
• K promedio: 3,66 N/m

• A continuación con el trabajo realizado por la fuerza elástica y el valor promedio de la constante K, pudimos calcular el trabajo realizado por aquella fuerza, utilizando la fórmula: w=  F. d. cos(θ)

• El trabajo realizado por la fuerza elástica es de 0,0366J

Conclusión

Para el desarrollo explicativo final, la conclusión de nuestra primera experiencia de laboratorio, tuvimos en cuenta los objetivos y las siguientes consignas:

• ¿Cuáles son las unidades de K?
• ¿Cuánto vale el promedio de K?
• ¿Cuál fue el W?
• Investigar si la fuerza elástica es conservativa o no y comparar el resultado obtenido.
• Analizar que ocurre con la energía del resorte.

Luego de observar las características y condiciones de un resorte en espiral, y pesar las 3 masas elegidas, determinamos la constante elástica del resorte y cada masa. Entonces, aproximamos el resultado de K, calculando el promedio de la misma. Al finalizar, obtuvimos el promedio, el cual es: 3,66 N/M, y las unidades que utiliza K son N/M (Newton sobre metros).

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