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FISICA PARA CIENCIAS DE LA VIDA BALANZA DE FUERZAS PARALELAS Juan Sebastián Suárez Caicedo Departamento de Física y Geología, Universidad de Pamplona

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EQUIPO 4

Recibido 14 /Noviembre/ 2019

Resumen En este informe se da a conocer los resultados de la práctica de balanza de fuerzas paralelas. Se realizó esta práctica con el propósito u objetivo de conocer las condiciones de equilibrio de traslación y rotación mediante una balanza. Para esto, se procedió a realizar varios montajes, el cual, el montaje 1 que constaba en colocar una masa de 200 y 400 gr en la 3ra posición del lado izquierdo dela la balanza, después se agregaron dos masas en el lado derecho en cualquier posición. En el montaje 2 se colocaron dos masas de 100 y 200 gr en la 2da y 3ra posición del lado izquierdo de la balanza, donde se agregaron masas en diferentes posiciones del lado derecho de la balanza hasta que se equilibrara horizontalmente. Con todo estos, se hicieron cálculos de cada montaje. Los materiales utilizados en este experimento o practica fueron una balanza de torque ME-8949, un soporte para la balanza y un juego de masas. Palabras claves: fuerzas, masas, balanza, equilibrio, traslación, rotación, torque Abstract This report discloses the results of the parallel force balance practice. This practice was carried out with the purpose or objective of knowing the equilibrium conditions of translation and rotation by means of a balance. For this, several assemblies were made, which, assembly 1 consisting of placing a mass of 200 and 400 gr in the 3rd position on the left side of the balance, then two masses were added on the right side in any position. In assembly 2, two masses of 100 and 200 gr were placed in the 2nd and 3rd position on the left side of the balance, where masses were added in different positions on the right side of the balance until it was balanced horizontally. With all these, calculations of each assembly were made. The materials used in this experiment or practice were a ME-8949 torque balance, a support for the balance and a mass set. Keywords: forces, masses, balance, balance, translation, rotation, torque © Todos los derechos reservados.

1. Marco Teórico e Introducción Para entender un poco más el tema, se definirán los siguientes conceptos: La estática es la rama de la mecánica clásica que analiza las cargas (fuerza, par /

momento) y estudia el equilibrio de fuerzas en los sistemas físicos en equilibrio estático, es decir, en un estado en el que las posiciones relativas de los subsistemas no varían con el tiempo. La primera ley de Newton implica que

Laboratorio de Ciencias Básicas I

la red de la fuerza y el par neto (también conocido como momento de fuerza) de cada organismo en el sistema es igual a cero. De esta limitación pueden derivarse cantidades como la carga o la presión. La red de fuerzas de igual a cero se conoce como la primera condición de equilibrio, y el par neto igual a cero se conoce como la segunda condición de equilibrio.1 Condiciones de Equilibrio: El equilibrio traslacional es un estado en que un objeto en su conjunto se encuentra cuando todas las fuerzas que actúan sobre él se compensan, dando como resultado una fuerza neta nula. Matemáticamente equivale a decir que F1+ F2 + F3 +…. = 0, siendo F1, F2, F3… las fuerzas implicadas. El hecho de que un cuerpo se encuentre en equilibrio traslacional no significa que necesariamente esté en reposo. Este es un caso particular de la definición dada anteriormente. El objeto puede estar en movimiento, pero en ausencia de aceleración, este será un movimiento rectilíneo uniforme. (2) El equilibrio rotacional es aquel que se genera cuando un cuerpo está pasando por un movimiento de rotación o un giro. Este fenómeno ocurre cuando las torcas ejercidas por las fuerzas que actúan sobre el cuerpo son nulas. Es decir, cuando la suma de todas las torcas sea igual a cero. Estos tipos de equilibrios ocurren cuando el cuerpo no sufre ninguna variación durante el movimiento de rotación ejercido en él. (3) Momento o torque de fuerza: El momento de una fuerza, o torque, es una medida de la tendencia de un cuerpo para girar alrededor de un eje debido a la aplicación de una fuerza. Momento de una fuerza con respecto a un eje O Es posible definir el momento de un vector de fuerza a través de la siguiente ecuación: M⃗ o=R⃗ ×F⃗donde x es el producto vectorial entre fuerza F⃗ y el vector de posición de la fuerza, R⃗ en relación con el eje O. De manera

equivalente, es posible para escribir un producto vectorial como M=Fsen(θ)R donde θ es el ángulo más pequeño entre F⃗y R⃗. La figura superior ilustra estos vectores, donde el vector R es la dirección que coincide con el punto de origen y el eje de rotación del mismo. (4) 2. Procedimientos y Tablas de Resultados Primer montaje: Se realizó el montaje de la balanza que debió estar equilibrada horizontalmente, donde en el lado izquierdo se colocaron dos masas 200 y 400 gr en la 3ra posición de la balanza, donde se fueron registrando los valores de las masas. Luego, del lado derecho de la blanza se procedio a colocar masas en diferentes posiciones hasta que se llegara a equilibrar la balanza horizontalmente. Se calculó la magnitud de cada una de las masas y se calculó los torques en función de la distancia. Segundo montaje: Esta parte se parece casi al primer montaje, solo que aquí varia las masas y la posición de estas, en el cual se agregan dos masas de 100 y 200 gr en la segunda y tercera posición de la balanza en el lado izquierdo. Después en el lado derecho se agregaron masas en diferentes posiciones hasta que esta quedara equilibrada horizontalmente. Se calculó la magnitud de cada una de las masas y se calculó los torques en función de la distancia. Tablas de toma de datos Tabla de datos montaje 1. Tabla 1

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Masa lado izquierdo M1 (kg)

Masas del lado derecho M1(kg) M2(kg) M3(kg)

Fuerza del lado izquierdo F1= M1*g

Fuerzas del lado derecho F1(N) F2(N) F3(N)

Laboratorio de Ciencias Básicas I

Torque del lado izquierdo ⃗𝑻⃗ = 𝒓 ⃗⃗ ⃗⃗⃗𝒙𝑭

Torques del lado derecho 𝝉1(N.m)

𝝉2(N.m)

𝝉3(N. m)



Sumatoria de torques del lado derecho 𝝉1 + 𝝉2 + 𝝉3 =



conoce la masa que ha sido colgadas en un lado de la balanza? ¿El montaje experimental usado en esta práctica podría ser usado para encontrar la masa de un cuerpo? ¿Se puede relacionar el funcionamiento de una balanza romana con el presente experimento?

Conclusiones 𝝉 = 𝑡𝑜𝑟𝑞𝑢𝑒 ⃗𝑭⃗ = 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎

Referencias

⃗ 𝝉

⃗⃗ ⃗⃗⃗𝒙𝑭 =𝒓

1. (1)

Tabla de datos montaje 2. Tabla 2

Masa lado izquierdo M1 M2

fuerza izquierdo

Masa lado derecho M1(kg)

M 2(kg)

2.

M3 (kg)

lado fuerza lado derecho F𝖎=

M𝖎*g F𝖎1 F𝖎2

3.

F1(N)

F2(N)

F3(N)

Torque del lado ⃗𝑻⃗ = izquierdo ⃗⃗ ⃗⃗⃗𝒙𝑭 𝒓 𝝉𝖎1 𝝉𝖎2

4.

𝝉1 (N. m)

𝝉2(N. m)

𝝉3(N. m)

Sumatoria Sumatoria torques del torques del lado lado derecho izquierdo 𝝉𝖎1 + 𝝉𝖎2 =

𝝉𝖎1 + 𝝉𝖎2 + 𝝉𝖎3 =

⃗ 𝝉

⃗⃗ ⃗⃗⃗𝒙𝑭 =𝒓 (1)

3. Análisis de Resultados 

¿Será posible predecir la fuerza y su punto de aplicación que logra el equilibrio si solamente se

3

Sin autor. Estática . {En línea}. {13 de noviembre del 2019}. Disponible en: https://fisicagrado11ciencias.wordpress.co m/estatica/ Zapata, Fanny. Equilibrio traslacional: determinación, aplicaciones, ejemplos. {En línea}. {13 de noviembre del 2019}. Disponible en:https://www.lifeder.com/equilibriotraslacional/ Briceo, Andreina. ¿Qué es el Equilibrio Rotacional?. {En línea}.{13 de noviembre del 2019}. Disponible en: https://www.lifeder.com/equilibriorotacional/ Sin autor. TORQUE O MOMENTO DE FUERZA. {En línea}. {13 de noviembre del 2019}. Disponible en: https://www.mesoatomic.com/es/fisica/me canica/estatica/torque-o-momento-defuerza