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• Moises Mendoza

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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO

1. OBJETIVOS: • Comprobar gráfica y analíticamente que cuando un cuerpo está en equilibrio, la suma de todas las fuerzas que actúan sobre él es nula (1ª. condición de equilibrio ΣF=0). 2. FUNDAMENTO TEÓRICO: Consideraremos el equilibrio de un cuerpo que puede modelarse como partícula en la que el principio físico fundamental es la primera ley de Newton: si una partícula está en reposo o se mueve con velocidad constante en un marco de referencia inercial, la fuerza neta que actúa sobre ella —es decir, la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre ella— debe ser cero: Esta condición exige que la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo sea nula (Fig 1)

Σ𝐹⃗ = 0

⋯

(1)

Figura 1: El cuerpo está sometido a fuerzas que lo mantienen en equilibrio 3. PALABRAS CLAVE Mecánica, estática, equilibrio, leyes de Newton, reposo, condiciones de equilibrio, fuerza, acción y reacción, peso, gravedad, tensión, descomposición vectorial, fuerzas en el plano, vectores en el plano 4. ACTIVIDAD VIRTUAL: En el siguiente enlace de Apps de Física (de Walter Fendt / J.M. Zamarro) realizaremos la actividad virtual propuesta:

https://www.walter-fendt.de/html5/phes/equilibriumforces_es.htm

1

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS En esta aplicación observamos tres fuerzas en equilibrio en el que se muestran los ángulos, los valores de las fuerzas y adicional el paralelogramo de fuerzas. Las flechas indican el sentido de las fuerzas y debemos considerar los ángulos α y β para el desarrollo y la comprobación de la primera condición de equilibrio. Los controles de los parámetros para esta aplicación son: • Los valores de la fuerza F1, en el control llamado Izquierda • Los valores de la fuerza F2, en el control llamado Derecha • Los valores de la fuerza F3, en el control llamado Abajo • Cada vez que hay cambios en los controles de las fuerzas, se muestra el ángulo que cada fuerza forma con la vertical que pasa por la fuerza F3 (Abajo) por lo que debemos obtener por diferencia los valores de los ángulos α y β que servirán para nuestros propósitos cálculo. Actividad • • • • • •

En el control Izquierda (F1), selecciona el valor 4 N En el control Derecha (F2), selecciona el valor 3 N En el control Abajo (F3), selecciona el valor 4 N Se muestran los ángulos respectivos que se forman con la vertical (que pasa por F3), por lo que se debe restar de 90° para obtener los valores de α y β. Anota los valores de esta primera situación en la Tabla 1 Repite el proceso para los valores que se indican en la tabla 1

Tabla 1: CASOS

F1 (N)

F2 (N)

F3 (N)

1

4

3

4

2

6

5

5

3

8

7

6

α

β

5. Procesamiento de Datos: Primera Condición de Equilibrio: Con los datos de la tabla 1, halla los vectores para cada fuerza actuante por descomposición. Sume las fuerzas vectorialmente para obtener la fuerza total FT y anota en la tabla 2

2

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS Tabla 2: Resultados experimentales de equilibrio ⃗⃗⃗⃗ 𝐹1

Casos 1

2

3

⃗⃗⃗⃗ 𝐹2

⃗⃗⃗⃗ 𝐹3

∑ ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝑇

F1x=

i

F2x=

i

F3x=

i

FTx=

i

F1y=

j

F2y=

j

F3y=

j

FTy=

j

F1x=

i

F2x=

i

F3x=

i

FTx=

i

F1y=

j

F2y=

j

F3y=

j

FTy=

j

F1x=

i

F2x=

i

F3x=

i

FTx=

i

F1y=

j

F2y=

j

F3y=

j

FTy=

j

6. RESULTADOS: Primera Condición de Equilibrio: • Comprobar analíticamente la primera condición de equilibrio, efectúe el diagrama de cuerpo libre, descomponga las fuerzas y determine la fuerza vectorial resultante. Suma de fuerzas caso 1 : ∑ ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝑇 :___________________ (N) Suma de fuerzas caso 2 : ∑ ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝑇 :___________________ (N) Suma de fuerzas caso 3 : ∑ ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝑇 :___________________ (N) 7. CUESTIONARIO: 7.1. ¿Qué otro método conoces para comprobar la primera condición de equilibrio? 7.2. ¿Qué sucede con las fuerzas F1 y F2 cuando aumenta la fuerza F3? ¿Y qué ocurre con sus ángulos? 7.3. La suma de fuerzas en los diferentes casos te salió CERO? Explique brevemente 8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: o

Raymond A. Serway; FísicaTomo I; Editorial McGraw–Hill.

o

Tipler Mosca; Física para la ciencia y la tecnología Vol. I; Editorial Reverte.

o

Miguel Ángel Hidalgo Moreno; Laboratorio de Física; Editorial PEARSON EDUCACIÓN.

o

Sears –Zemansky; Física universitaria; 12ª. Edición; Vol. 1; Editorial ADDISON-WESLEY

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https://www.walter-fendt.de/html5/phes/equilibriumforces_es.htm

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