Movimiento armónico simple

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FÍSICA I

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GUIA DE

LABORATORIO

MISION DE LA ESCUELA

Somos una Escuela socialmente responsable, que forma profesionales competentes en la especialidad de Ingeniería Ambiental con sentido humanista que contribuye al desarrollo sostenible de la sociedad a través de la investigación, desarrollo e innovación con el objetivo de prevenir, mitigar y compensar los impactos negativos en el medio ambiente; inspirados en principios éticos.

VISION DE LA ESCUELA

Escuela de Ingeniería Ambiental acreditada, referente en el Sur del Perú en la formación integral de profesionales socialmente responsables.

EQUILIBRIO DE CUERPO RÍGIDO

1. RESUMEN

En esta práctica de laboratorio nuestros objetivos son aplicar las ecuaciones de equilibrio de un cuerpo rígido y determinar las fuerzas. Durante el proceso de la práctica se usó materiales e instrumentos como son: base soporte, varillas largas, nuez doble, poleas sin fricción, barra de plástico, cuerda, juegos de pesas, transportador, regla plástica y un dinamómetro, ya teniendo el sistema armado se pudo conocer los valores de los dos ángulos, la longitud de barra y la masa de la barra, y los datos que se tuvo que hallar son la T1, T2 y el peso 3, realizando posteriormente la sumatoria de fuerzas se obtuvo las ecuaciones y para hallar los valores desconocidos se procedió a realizar cálculos matemáticos, ya terminando, los resultados de la T1 es 3.7 Newton, T2 es 4.5 Newton y el valor del peso 3 es 4.00 newton.

Para que nuestro sistema estuviera en equilibrio, necesariamente los valores desconocidos tenían que tomar los que se obtuvieron al realizar los cálculos matemáticos.

1. OBJETIVOS

• Aplicar las ecuaciones de equilibrio de un cuerpo rígido
• Determinar las fuerzas de equilibrio en un cuerpo rígido  

1. FUNDAMENTO TEÓRICO        

• Equilibrio de una partícula

Una partícula estará en equilibrio siempre que esté en reposo si originalmente estaba en reposo, o siempre que tenga una velocidad constante si originalmente estaba en movimiento. Sin embargo, más a menudo, el término "equilibrio" o, más específicamente, "equilibrio estático" se usa para describir un objeto en reposo. Para mantener el equilibrio, es necesario satisfacer la primera ley del movimiento de Newton, la cual requiere que la suma vectorial de las fuerzas que actúa sobre una partícula sea igual a cero. Esta condición puede ser establecida matemáticamente como

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podemos decir que el sistema se encuentra en equilibrio si la suma de fuerzas en X, Y y Z equivalen a cero.

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Tipos de equilibrio

a) Equilibrio estático: Aquel objeto que no se traslada ni rota respecto de cualquier marco de referencia.

b) Equilibrio estático estable: Cuando un cuerpo regresa a un estado de equilibrio estático después de haber sido desplazado de éste por una fuerza.

c) Equilibrio estático inestable: Se dice que un cuerpo está en equilibrio inestable si una pequeña fuerza puede desplazar al cuerpo y terminar con su equilibrio.

d) Equilibrio Neutro: Estado de un cuerpo equilibrado tal que un movimiento pequeño no eleva ni baja su centro de gravedad.

• Equilibrio de un cuerpo rígido

Por definición una partícula puede tener solo movimiento de traslación. Si la resultante de las fuerzas que actúan sobre una partícula es cero, la partícula está moviéndose con velocidad constante o está en reposo; en este último caso se dice que está en equilibrio estático.

Pero el movimiento de un cuerpo rígido en general es de traslación y de rotación. En este caso, si la resultante tanto de las fuerzas como de los torques que actúan sobre el cuerpo rígido es cero, este no tendrá aceleración lineal ni aceleración angular, y si está en reposo, estará en equilibrio estático.

Para que un cuerpo rígido este en equilibrio estático se deben cumplir dos requisitos simultáneamente, llamados condiciones de equilibrio

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entonces el sistema de ecuaciones vectorial mencionadas se reduce a las siguientes ecuaciones escalares:

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• Torque o momento de una fuerza

El momento de una fuerza se calcula como el producto vectorial entre la fuerza aplicada y el vector distancia que va desde el punto para el cual calculamos el momento (eje por el cual el cuerpo giraría) hasta el punto en dónde se aplica la fuerza. También recibe el nombre de torque.

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El momento representa la intensidad de la fuerza con la que se intenta hacer girar a un cuerpo rígido. El momento aumenta tanto si aumenta la fuerza aplicada como si aumenta la distancia desde el eje hasta el punto de aplicación de la fuerza. 

Al ser un producto vectorial, el momento también tiene una dirección y un sentido. Estos valores se pueden calcular por la regla de la mano derecha. El vector resultado es perpendicular a los otros dos y normal al plano que los contiene. Si la fuerza tiende a hacer girar el cuerpo en sentido horario el momento tiene signo negativo, mientras que si el sentido es anti horario el momento es positivo.

En el Sistema Internacional el momento se mide en newton*metro. No se utiliza la unidad joule (dimensionalmente equivalente) ya que la misma se utiliza para medir trabajo o energía mientras que el momento se utiliza para medir la fuerza con la que se tiende a hacer girar un cuerpo.

1. MATERIALES E INSTRUMENTOS

• 2 bases soportes (figura 1)
• 2 varillas largas (figura 8)
• 2 nueces dobles (figura 5)
• 2 poleas sin fricción (figura 6)
• Barra de plástico (figura 7)
• Cuerda (figura 3)
• 3 juegos de pesas (figura 4)
• Transportador (incertidumbre  0.5°) (figura 10)[pic 24]
• Regla plástica (incertidumbre   0.5 mm) (figura 9)[pic 25]
• Dinamómetro (incertidumbre  1 gr) (figura 2)[pic 26]

              Figura 1                                              Figura 2                                        Figura 3[pic 27]

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        Figura 4                                      Figura 5                                             Figura 6[pic 30][pic 31][pic 32]

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