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• Brayan Salazar Timoteo

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• Centro de masas
• Fuerza
• Esfuerzo de torsión
• Gravedad
• Movimiento (Física)

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INTRODUCCIÓN: Siendo este nuestro laboratorio N° dos, donde pudimos comprobar, conocer y establecer la segunda ley de equilibrio, la cual es de gran ayuda para comprender el “momento de una fuerza no concurrente” o también llamado “torque”. Puesto que sin darnos cuenta todos estamos ligados a esta reacción de la fuerza cuando tratamos de girar un objeto con una palanca u otro material y también cuando sacamos un perno del neumático de un carro etc.

OBJETIVOS:

 Comprobar experimentalmente la segunda condición de equilibrio,

para fuerzas coplanares no concurrentes.  Verificar los resultados obtenidos experimentalmente y contrastarlos

con los procedimientos teóricos dados en clase y establecer las diferencias.  Determinar las relaciones matemáticas entre las variables físicas que

interviene en un experimento.

FUNDAMENTO TEÓRICO Momento de torsión Se ha definido la fuerza como un tirón o un empujón que tiende a causar un movimiento. El momento de torsión se define como la tendencia a producir un cambio en el movimiento rotacional. En algunos textos se llama también momento de fuerza. Como ya hemos visto el movimiento rotacional se ve afectado tanto por la magnitud de una fuerza F como por su brazo de palanca r. Por tanto, definiremos el momento de torsión como el producto de una fuerza por su brazo de palanca. (Paul, 2011, p.96). Momento de torsión =fuerza x brazo de palanca.

Segunda condición de equilibrio “La segunda condición de equilibrio simplemente nos indica que los momentos de torsión en el sentido de avance de las manecillas del reloj esta equilibrados con precisión por los momentos de torsión en contrasentido al avance de las manecillas. (Raymond, 1997, p.86).”

La suma de todos los momentos de torsión respecto a cualquier eje debe ser cero.

∑ Teorema de varignon: “El momento resultante de dos o más fuerzas concurrentes es igual a la suma de los momentos de cada fuerza”

Mresul=lresul.Fresul

MATERIALES Y EQUIPOS DE TRABAJO:  Computadora personal con programa Data Studio instalado  Interfase USB Link  Sensor de fuerza  Pesa de 0.5N (6)  Varillas (3)  Bases de soporte (3)  Palanca con cursor y manecilla  Nuez doble (1)  Grapas (pin)  Regla  Calculadora.

PROCEDIMIENTO PRIMER CASO:  Para este experimento realizaremos el siguiente montaje:

1. Para este caso se hizo se trabajó con un peso (1 Fuerza) y se observó la relación entre el Torque en un lado a una cierta distancia que actuará sobre el Sensor. Luego medimos la fuerza ejercida por el material.

2. Otra forma en la que se trabajo fue con dos fuerzas, ambas separadas a distinta distancia y con peso diferente, y se observó la relación inversa que hay entre la fuerza y la distancia. Los resultados obtenidos fueron los siguientes: Caso 1: a) SENSOR Fuerza 1,2 N 0,5 N

MASAS Masa 0,1 kg 0,1 kg

Longitud 9u 10 u

Peso 0,978 N 0,978 N

Longitud 11 u 5u

Momento 10,8 Nu 15 Nu

Momento 10,76 Un 4.9 Un

Error 0,46 % 1.98%

b) SENSOR Longitud 10 u 12 u

Fuerza 1,26 N 1,5 N

Momento 12,6Nu 18Nu

MASAS Fuerza 1 0,978 N 0,978 N

Longitud 1 4u 5u

Momento 1

Fuerza 2

Longitud 2

Momento 2

3,91 Un 4,88 Un

0,978 N 1,467 N

9u 9u

8,8Nu 13,2Nu

Momento resultante

Error

12,71 Un 18,08 Un

0,87 % 0,16 %

SEGUNDO CASO:  Para siguiente experimento realizaremos el siguiente montaje:

1. Para este caso se trabajó con tres pesos (3 Fuerzas) y se observó que

el momento total era la sumatoria de todos los momentos instantáneos de cada una de las fuerzas, las cuales están con diferente masa y distancia respecto al eje rotacional. Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

SENSOR Fuerza

Longitud

Momento

1,56 N

25 u

39 Un

Peso 1 0,978 N

Longitud 1 6u

MASAS Momento 1 Peso 2 5,9Nu 0,978 N

Longitud 2 14 u

Momento 2 13,7 Un

MASAS Peso 3

Longitud 3

Momento 3

Momento Resultante

0,978

20

19,6

39,2

CUESTIONARIO:

5.1 Con respecto al proceso de momentos de una fuerza o torque responda: 5.1.1 ¿Qué es momento de una fuerza o torque? Es la fuerza aplicada a una palanca para producir un movimiento de rotación de un cuerpo. 5.1.2

¿Qué es un brazo de palanca? Es un elemento rígido que permite aplicar una gran fuerza con poco esfuerzo o también es considerado como un punto de apoyo.

5.1.3

El brazo de palanca l1 ¿Está en relación inversamente proporcional con la fuerza F1? Explique. Sí, porque cuando uno aumenta la longitud de la palanca se aplica menor fuerza.

5.1.4 ¿A mayor carga F1entonces mayor fuerza F2? Explique. Si, dado que a la fuerza aplicada sobre un cuerpo, se le opone otra con una reacción del mismo modulo.

5.1.5 Dibujar el D.C.L. de la regla en equilibrio para el tercer caso

5.1.6

¿Por qué no se consideró el peso de la regla de equilibrio en el experimento? Justifique su repuesta. Porque está en equilibrio, esto se da en el momento de enganchar la regla en la parte del centro del sujetador.

5.1.7 ¿Un cuerpo que no gira está en equilibrio? No necesariamente, porque al estar en rotación está en equilibrio, además puede estar afectado por otras fuerzas donde su sumatoria sea cero o puede mantener una velocidad constante.

5.1.8 ¿Se puede hablar de equilibrio sin antes haber elegido un sistema de referencia? Justifique su respuesta. No, ya que es necesario tener una referencia para así llevarlo a cabo y comparar los resultados según el sistema de referencia.

5.2 Con respecto al proceso Momento de una fuerza con varias fuerzas aplicadas responda: 5.2.1 ¿Qué es centro de gravedad? Es el punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas porciones materiales de un cuerpo, de tal forma que el momento respecto a cualquier punto de esta resultante aplicada en el centro de gravedad es el mismo que el producido por los pesos de todas las masas materiales que constituyen dicho cuerpo.

5.2.2

¿La línea de acción del peso de cualquier cuerpo se aplica necesariamente en el centro geométrico del mismo? Justifique su respuesta. Sí, porque es la parte donde el cuerpo está en equilibrio.

5.2.3 ¿Un cuerpo sin ningún punto de apoyo puede girar aplicándole una fuerza lejos de su centro de gravedad? No, porque no girarían respecto a su punto de equilibrio, es mas no giraría.

EVALUACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS



Los resultados obtenidos al principio nos arrojan un error porcentual mayor al 2%, esto se debía a que las distancia del punto del eje al sensor de fuerza y las pesas no se estaba tomando correctamente, sin embargo esta dificultad pudimos superar hasta llegar a un error de 0,87 %, 0,16 %, 0,46 % y 1.98%.



Si al momento que jalamos el sensor de fuerza para contrapesar las pesas de los extremos lo mantenemos en equilibrio, de manera que este horizontal la regla sin moverse, el error porcentual nos arrojaría menor a lo que obtuvimos.



El sensor de fuerza se debe manipular con cuidado procurando una buena función, de lo contrario nuestro experimento no saldrá de la forma esperada.

CONCLUSIONES  Se comprobó experimentalmente la segunda condición de equilibrio gracias al experimento de torque de una o más fuerzas donde la suma de los momentos de las fuerzas aplicadas de un cuerpo es igual a cero.  La experiencia se efectuó con éxito, puesto que los porcentajes de error en ambos casos, son 0,87 %, 0,46 % .quiere decir que trabajamos adecuadamente.  Se comprobó que el momento o torque de una fuerza es directamente proporcional a la longitud. Por ejemplo en el primer experimento caso 1 b). L1= 10uM1=12,6Nu;L2 = 12uM2 =18Nua mayor longitudmayor momento.

BIBLIOGRAFÍA:  Tippen .P. (2011). Física conceptos y aplicaciones. Séptima Edición. México: Mc Graw Hill.  SERWAY, Raymond. A. (1997). Física Tomo I. Colombia: Mc Graw Hill.