Laboratorio de Mecánica / Física 1

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Actividad 5:

Equilibrio

Laboratorio de Mecánica / Física 1

Descripción de la actividad:

En esta actividad de laboratorio, estudiaremos un sólido rígido en equilibrio traslacional y rotacional en diversas situaciones. Primero, a través de la simulación de un balancín (phet), estudiaremos el equilibrio al ubicar dos masas distintas sobre él. Luego, resolveremos dos situaciones para el problema de una barra en equilibrio. Finalmente, con la simulación de Geogebra iremos variando parámetros para ambos problemas de la barra en equilibrio, considerando distintos coeficientes de roce entre la barra y la superficie de apoyo. Lo anterior con el propósito de analizar las soluciones obtenidas a partir de la simulación y comprobar su validez.

Objetivo general:

• Estudiar el equilibrio de un sistema en un sólido rígido.

Resultados de aprendizaje:

• Aplicar conocimientos de estática para colocar el balancín de la simulación en el equilibrio.
• Aplicar las condiciones de equilibrio para resolver problemas de sólidos rígidos.
• Comprender que la fuerza de roce estática puede tomar un valor máximo.
• Analizar los resultados dados por la simulación y comprobar su validez.

Parte I

Estudio experimental a través de una simulación de balancín

Ingrese al simulador de “Ley de equilibrio”, a través del siguiente link:

https://phet.colorado.edu/sims/html/balancing-act/latest/balancing-act_es.html

Seleccione la pestaña “Laboratorio de equilibrio” y explore la interfaz para poder familiarizarse con las diferentes funciones. Se encontrará con una imagen como la de a continuación:

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La actividad tiene como objetivo calcular la masa de los objetos misteriosos señalados con las letras A, C, F y G. Para esto se debe ingresar al simulador en la pestaña “Laboratorio de equilibrio”, utilizar los objetos indicados por cada nivel en la tabla que se muestra más abajo, y equilibrar el sistema. Asegúrese de seleccionar las casillas “valores de las masas”, “nivel” y “reglas” que son elementos de ayuda para encontrar el equilibrio en cada situación.

Complete las siguientes tablas con la información requerida por cada nivel. Luego de lograr el equilibrio etiquete los objetos (ej: objeto 1, objeto 2, etc.) especificado de qué objeto se trata. Se debe calcular la masa de las cajas etiquetadas con letras y anotar las longitudes medidas desde el pivote hasta cada uno de los objetos (utilice la herramienta “regla” del simulador para medir longitudes). No olvide anotar los valores con sus unidades correspondientes.

Nivel 1

Objeto 1: Ladrillo

Objeto 2: Objeto misterioso A

Inserta una captura de pantalla del sistema en equilibrio y el desarrollo para hallar la masa faltante.
0 = M1*g*r1*Sen90 – M2*g*r2*Sen90°
0 = 10(kg)*g*1(m)*sen90 – M2*g*0.5(m)*sen90
0 = 10(kg m)*g*1 – M2*0.5(m)*g*1
0 = 10(kg m)g – M2* 0.5(m)g
M2* 0.5(m)g = 10(kg m)g  /:g
M2* 0.5(m) = 10(kg m)
M2 = 10(kg m)/ 0.5(m)
M2 = 20(kg)

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Nivel 2

Objeto 1: Ladrillo

Objeto 2:Niño

Objeto 3: Objeto misterioso C

Inserta una captura de pantalla del sistema en equilibrio y el desarrollo para hallar la masa faltante.
0 = M1*g*r1*Sen90 + M3*g*r3*Sen90° – M2*g*r2*Sen90°
0 = 10(kg)*g*1.75(m)*sen90 + M3*g*0.5(m)*Sen90 – 20(kg)*g*1.25(m)*Sen90
0 = 17.5(kg m)*g*1 + M3*g*0.5(m)*1 – 25(kg m)*g*1
0 = 17.5(kg m)g + M3*0.5(m)g – 25(kg m)g
0 = M3*0.5(m)g – 7.5(kg m)g
7.5(kg m)g = M3*0.5(m)g  /:g
7.5(kg m) = M3*0.5(m)
7.5(kg m)/ 0.5(m) = M3
15(kg) = M3

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Nivel 3

Objeto 1: Ladrillo

Objeto 2: Niña de amarrillo.

Objeto 3: Mujer

Objeto 4:.Objeto misterioso F

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