Tablero Juego de masas Dinamómetro Poleas Aro de fuerzas Escala graduada Cuerda Pivote Balancín

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1 UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA CURSO FISICA MECANICA PRACTICA DE LABORATORIO PRACTICA No. 10: SUMA DE TORQUES Y EQUILIBRIO ROTACIONAL 1. INTRODUCCION. La aplicación de fuerzas sobre un cuerpo puede no sólo alterar su movimiento de traslación, también puede ocasionar cambios en su movimiento de rotación. Para conocer el efecto producido por una fuerza al actuar sobre un cuerpo, se requiere conocer la magnitud, la dirección, el sentido y su punto de aplicación. Por lo tanto deben proporcionarse cuatro características para definir totalmente a una fuerza. Si vamos a describir una fuerza aplicada en el antebrazo, por ejemplo, debemos dar su magnitud, punto de aplicación, línea de acción y sentido, con el objeto de determinar planamente el efecto producido; cualquier variación en alguna de estas características producirá un resultado diferente en el antebrazo. En este experimento se analizarán las condiciones que deben satisfacer las fuerzas actuantes para no alterar el movimiento de rotación de un cuerpo. 2. OBJETIVOS 2.1 Determinar los factores que determinan el efecto de rotación causado por una fuerza 2.2 Establecer la condición que deben satisfacer los torques asociados a las fuerzas actuantes sobre un cuerpo para que éste permanezca en equilibrio. 3. MARCO TEORICO 3.1. Momento o torque de una fuerza. Visite la dirección: Componentes rectangulares de un vector Centro de Masa. 4. MATERIALES Tablero Juego de masas Dinamómetro Poleas Aro de fuerzas Escala graduada Cuerda Pivote Balancín 5. PROCEDIMIENTO 5.1 FUERZAS PARALELAS Dibuje sobre el tablero de experimentos una línea horizontal de referencia. Realice el montaje indicado en la figura 1 de tal manera que el balancín quede orientado sobre la línea horizontal de referencia trazada. Suspenda dos porta pesa de las correderas a lado y lado del centro del balancín, adicionando a cada uno masas de 50g. Queda el balancín en equilibrio?

2 En caso negativo desplace una de las correderas hasta que el balancín sea paralelo a la línea de referencia. FIGURA 1. Equilibrio rotacional Mida las distancias perpendiculares y desde el eje de rotación hasta la línea de acción de cada fuerza (brazo de fuerza). TABLA 1. Torques asociados a las fuerzas actuantes F 1 = M 1.g τ 1 =.F 1 F 2 = M 2.g τ 2 =.F 2 τ i Con los valores de brazo y fuerza calcule el torque asociado a cada fuerza, teniendo en cuenta el sentido de rotación. Registre los datos en la tabla 1. Compare los valores de los torques. Complete la última columna. Qué concluye? Elabore el diagrama de fuerzas respectivo. Cuál es el valor del torque asociado en el pivote del balancín? Por qué? Qué relación debe existir entre los torques asociados a las fuerzas actuantes para el balancín esté en equilibrio? Varíe secuencialmente la masa M 2 y repita el proceso y el análisis anterior. Qué concluye?

3 5.2 FUERZAS NO PARALELAS I Realice el montaje indicado en la figura 2, teniendo en cuenta que el Dinamómetro debe quedar siempre en posición vertical. Seleccione una masa M 2 y desplace le dinamómetro hasta que el balancín quede en equilibrio (posición horizontal). FIGURA 2. Torque asociado a fuerzas no paralelas Mida las distancias d 1, d 2 y a partir de ellas obtenga el brazo de cada fuerza ( = d 1 y = d 2 * Sen θ). Determine los torques asociados y registre los datos en la tabla 2: Compare los valores de los torques. Complete la última columna. Qué concluye? Elabore el diagrama de fuerzas respectivo representando el brazo de cada fuerza. Cuál es el valor del torque asociado en el pivote del balancín? Por qué? Qué relación debe existir entre los torques asociados a las fuerzas actuantes para el balancín esté en equilibrio? 62 TABLA 2. Torques asociados a las fuerzas actuantes F 1 = M 1.g τ 1 =.F 1 F 2 d 2 θ ( o ) τ 2 =.F 2 τ Varíe secuencialmente la masa M 2 y repita el proceso y el análisis anterior. Qué concluye? 4.3. FUERZAS NO PARALELAS II El disco de torques proporciona un fácil método para calcular el brazo de fuerza y el momento para fuerzas no paralelas actuantes sobre un cuerpo rígido. Como se observa en la figura 3a, si una fuerza F es aplicada de tal manera que su línea de acción forme un ángulo θ con la línea radial que pasa por su punto de aplicación, entonces el brazo de fuerza B = d.sen θ, se obtiene midiendo la distancia perpendicular d p desde el eje de rotación a la línea de acción de la fuerza (siendo esta la distancia más corta entre la línea de acción de la fuerza y el centro de giro).

4 FIGURA 3. Torque asociado a fuerzas no paralelas II 63 Realice el montaje indicado en la figura 3b, determinando el brazo asociado a cada fuerza con ayuda de la escala radial del disco. Registre los datos en la tabla 3 y calcule cada torque, teniendo en cuenta el sentido de rotación causado por cada uno. Varíe secuencialmente las fuerzas y los ángulos repitiendo el proceso anterior. Compare los valores de la última columna. Qué concluye? Analice posibles fuentes de error durante todo el experimento. TABLA 2. Torques asociados a las fuerzas actuantes F 1 F 2 F 3 B 3 τ 1 τ 2 τ 3 τ i 6. APLICACIONES 6.1. Qué es una palanca? Cuáles son los tipos de palancas? Para cada tipo cite al menos un ejemplo de palancas Dos niños juegan en un sube y baja como se muestra en la figura. Si el primero de ellos tiene 40 Kg y se ubica a 1,5 m del eje de giro, dónde debe ubicarse el segundo para establecer el equilibrio?. El peso del segundo niño es de 30 Kg.

5 6.3. Cuando se coloca un objeto pesado en la parte trasera de un camión, próximo las ruedas traseras, el efecto que produce es el de levantar la parte delantera del camión. Por qué? 6.4. Por qué es más fácil sostener con la mano pegado al cuerpo un objeto de 10 Kg que con el brazo extendido horizontalmente? 6.5. Una caja alta y una caja corta de igual masa se colocan una al lado de la otra sobre una pendiente (sin tocarse entre si). A medida que el ángulo de la pendiente aumenta, Cuál de las cajas se volteará primero?. Explique. tómese una cantidad de alambre de sección uniforme ya sea de acero, hierro o latón y enrédese tal alambre sobre un cilindro formando una hélice; después fórmense lazos, de uno de ellos debe suspenderse esta bobina sobre un clavo y que el otro sostenga uno o varios pesos. Obsérvese exactamente a qué longitud cada uno de los pesos lo extiende y se encontrara que si un peso lo extiende de cierta longitud, entonces dos pesos iguales lo extenderán dos longitudes y así sucesivamente ROBERT HOOKE