Laboratorio de fundamentos de mecánica

Resumen— El presente informe de laboratorio corresponde a la práctica No. 4 de laboratorio de fundamentos de mecánica realizada el viernes 18 de septiembre de 2015. El objetivo del laboratorio fue comprobar la primera ley de Newton. Con la ayuda de una mesa de fuerzas se empezó a interactuar con las masas hasta llegar al equilibrio. En este documento se exponen los cálculos realizados durante la práctica, los datos obtenidos luego de realizar mediciones de masas y ángulos con su debido instrumento de medición, las tablas correspondientes, el análisis de resultados realizado y las conclusiones obtenidas. Finalmente, se encuentra la bibliografía que se usó para realizar este informe.

Palabras Clave: Fuerza, Equilibrio, Ángulos, Masa, Newton.

Abstract¬— this report corresponds to laboratory practice No. 4 of mechanical foundations laboratory on Friday September 18th, 2015. The objective of this laboratory was prove the Newton´s First Law, so taking a force table we started to interact with the mass until we obtained the balance. In this document we show the calculations made during the practice, data obtained after the mass and angles measurements with their respective measuring instrument, the corresponding tables, analysis of results and conclusions made. Finally, there is the bibliography that was used for this report.

Keywords: Force, Balance, Angles, Mass, Newton.

Introducción

Este documento busca introducir a los estudiantes en el entendimiento de la primera ley de newton, por lo cual se debe entender que un sistema de fuerzas está en equilibrio, cuando unas contrarrestan el efecto de las otras. Los ángulos y las masas propuestas para lograr que el sistema llegue al equilibrio fueron escogidos aleatoriamente, con el fin de verificar que según la 1era ley en este tipo de sistemas la fuerza neta siempre es 0.

a Estudiantes de ingeniería Química.

b Docente de Física, Departamento Ciencias Básicas.

Aspectos Teóricos

Primera ley de Newton: Ley de inercia La primera ley de newton describe que “todo cuerpo en reposo sigue en este estado a menos que sobre él actué alguna fuerza externa”. [1]

Fig. 1 Primera ley de Newton [7]

Segunda ley de Newton: “La aceleración de un cuerpo tiene la misma dirección que la fuerza externa neta que actúa sobre él. La fuerza neta que actúa sobre un cuerpo, también llamada fuerza resultante, es el vector suma de todas las fuerzas que sobre él actúan.” [2]

∑▒〖F=ma〗

Tercera ley de Newton: ley de acción y reacción Describe que las fuerzas actúan en pares y opuestos. Entre dos cuerpos se generan fuerzas, el Cuerpo A ejerce fuerza sobre el B, y éste ejerce la misma fuerza pero en sentido opuesto sobre A.

[3]

Fig. 2 Tercera ley de Newton [8]

Fuerza: En física fuerza es una influencia la cual hace que un cuerpo cambie su estado de reposo o de movimiento. La fuerza es una cantidad vectorial es decir, que tiene una magnitud y una dirección. [4]

Fig. 3 Fuerza [9]

Equilibrio: En física podemos definir el equilibrio como el estado de un cuerpo o sistema cuando la sumatoria de todas sus fuerzas se contrarrestan recíprocamente, anulándose. El equilibrio puede ser dinámico o estático dependiendo de las características del sistema. [5]

Fig. 4 Equilibrio [10]

Descomposición de fuerzas: para hablar de descomposición de fuerzas debemos hablar de componentes de vectores. “La componente de un vector a lo largo de una línea en el espacio es la longitud del vector proyectada sobre esa línea”.

Para la descomposición de fuerzas de un vector en el plano xy utilizamos las componentes rectangulares que dependen del sistema de coordenadas. Estas componentes son útiles para la suma y resta de vectores. [6]

Fig. 5 descomposiciones de fuerzas [11]

Aspectos Experimentales

Procedimiento:

En este laboratorio hicimos uso de cuerdas, mesa de fuerzas, porta pesas con las respectivas pesas, 3 poleas con pinzas y una balanza electrónica.

En primer lugar se instalaron las poleas en la mesa de fuerzas, una de ellas se tomó como eje Y ubicándola en un ángulo θ= 270º, esta se mantuvo estable durante la práctica, así finalizó el montaje.

Posteriormente, se ubicaron los otros dos soportes en ángulos arbitrarios con respecto a la horizontal, y a partir de aquí, se añadieron masas hasta que el anillo que unía las poleas se centró indicando que el sistema se encontraba en equilibrio.

Figura 6. Montaje practica

Cálculos y tablas:

Tabla No. 1 Fuerzas con incertidumbres

Fc(±0,0002) Fa(±0,0002) Ѳa(±1) Fb(±0,0002) Ѳb(±1)

1 0,511 0,773 20 0,769 160

2 0,264 0,275 30 0,271 150

3 0,283 0,225 40 0,221 140

4 0,496 0,296 50 0,295 130

5 0,000 1,181 90 1,203 270

6 1,579 1,272 40 1,269 140

7 0,282 0,172 40 0,176 140

En esta tabla se encuentra el módulo de las tensiones en cada ángulo con sus respectivas incertidumbres. Las fuerzas fueron calculadas multiplicando las masas por g=10 m/s2.

Tabla No.2 Descomposición de fuerzas

Fc Fay Fby Fby+Fay Fax Fbx

1 0,511 0,264 0,263 0,527 0,726 -0,723

2 0,264 0,138 0,136 0,273 0,238 -0,235

3 0,283 0,145 0,142 0,287 0,172 -0,169

4 0,496 0,227 0,226 0,453 0,190 -0,190

5 0,000 1,181 -1,203 -0,022 0,000 0,000

6 1,579 0,818 0,816 1,633 0,974 -0,972

7 0,282 0,111 0,113 0,224 0,132 -0,135

Los datos mostrados anteriormente corresponden a las componentes rectangulares de las fuerzas de la tabla No1. Las cuales se calcularon con las siguientes formulas:

Fx=F×cos⁡θ (1)

Fy=F×sin⁡θ (2)

Donde Fx es la componente rectangular respecto a la horizontal, y Fy respecto al eje y. F representa la tensión de la cuerda sobre los soportes, y θ el ángulo correspondiente.

Tabla No. 3 Incertidumbres de las componentes rectangulares

∆Fc ∆Fay ∆Fby ∆Fay+∆Fby ∆Fax ∆Fbx

1 0,0002 0,0082 0,0082 0,0164 0,0083 0,0082

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