P = Mg 2. Práctica 3: Estática

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María Cristina Cano Martin
hace 6 años
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1 En esta Práctica de Laboratorio haremos experimentos sobre Estática comprobando que las Leyes descubiertas por Isaac Newton, también se cumplen en esta situación. Leer todo el procedimiento antes de hacer algo. 1. Experiencia 1: Uso del Polipasto. Un pie pequeño. Un soporte (varilla) de 100 cm. Dos tuercas universales Leybold. Una varilla soporte de 25 cm. Dos poleas con puente de 50 mm de diámetro. Un dinamómetro. Cuerda de nailon. Pesa de 500 gramos. Cinta métrica. a) Realice el montaje del polipasto (combinación de polea fija con polea móvil) según la figura presentada. b) Suspenda una masa (M) de 500 gr en la polea móvil, a la vez coloque el dinamómetro en el extremo libre de la cuerda que pasa por la polea fija. c) Tome la altura inicial de la masa suspendida, respecto del mesón de laboratorio y del extremo de la cuerda (punto donde unió el dinamómetro). d) Desplace el punto final de la cuerda en forma vertical, de modo que el dinamómetro quede sujeto al pie del montaje. e) Mida el desplazamiento realizado por la masa suspendida (respecto al mesón) y por el punto extremo de la misma (respecto a la polea fija). Estas distancias son identificadas con las letras D y d. f ) Calcule el peso necesario (P ) que debe colocarse en el extremo de la cuerda, donde se halla el dinamómetro, para lograr que el sistema permanezca en equilibrio. El peso viene dado por la ecuación: P = Mg 2 donde M = 500 gramos y g =980 cm/s 2 Ramón Jaramillo

2 g) Verifique experimentalmente el resultado. Deben coincidir tanto la lectura del dinamómetro como el valor calculado, sin embargo pueden presentarse errores por la calibración y el error instrumental del dinamómetro, además del error de quien hizo la medida. h) Verifique la validez de la regla de oro de la mecánica según la ecuación: F 1 D = F 2 d en la cual se trata de establecer las relaciones entre la carga F 1 = Mg, fuerza necesaria (F 2 ), trayecto de la carga (D) y trayecto de la fuerza (d). i) Exprese analíticamente la condición de equilibrio del sistema del paso y represente los diagramas de cuerpo libre correspondientes. j) Contestar las preguntas: Qué relación existe entre la carga y la fuerza necesaria para desplazarla? Qué relación existe entre el desplazamiento del extremo de la cuerda y el de la carga?. Justifique sus respuestas. 2. Experiencia 2: Descomposición de una fuerza en el plano. Dos bases universales, modelo , marca Altay Scientific. Varillas de soporte. Mordazas, modelo , marca Altay Scientific. Disco óptico, modelo , marca Altay Scientific. Dos dinamómetros. 2 pesas de 200 y 500 gramos. (0,2 y 0,5 kilogramos) Cuerdas de nailon. a) Coloque la pesa de 200 gramos en el montaje según se indica en la figura indicada en la práctica. b) Ajuste el disco óptico con las mordazas, de modo tal que el centro del disco coincida con el punto donde se colocó la pesa de 200 gramos. c) Ajuste los hilos de manera tal que los ángulos que formen con la horizontal sean iguales. Use el disco óptico para guiarse. No hay que medir ese ángulo. d) Tome las lecturas de las fuerzas expresadas en los dos dinamómetros. Ramón Jaramillo

3 e) Varíe los ángulos de los hilos, de modo que sean desiguales y lea nuevamente las lecturas de los dinamómetros. Ajuste el disco óptico, de ser necesario. f ) Repita la experiencia para el otro peso de 500 gramos(con ángulos iguales y con ángulos diferentes). g) Presente los resultados en una tabla. h) Demuestre que las pesas suspendidas se encuentran en equilibrio, solamente en el caso de los ángulos desiguales. Para ello, debe usar este sistema de ecuaciones: { T1 cos(θ 1 ) T 2 cos(θ 2 ) = 0 donde: T 1 sen(θ 1 ) + T 2 sen(θ 2 ) M = 0,2 o 0,5 kg, según corresponda. θ 1 y θ 2 son los ángulos medidos sobre el disco óptico. T 1 y T 2 son las tensiones leídas en los dinamómetros. i) Responda estas preguntas: = Mg Cuál es la relación entre las fuerzas cuando los ángulos son iguales? Cuál es la relación entre las fuerzas y los ángulos cuando éstos no son iguales?. Para contestar estas preguntas, simplemente use el sistema de ecuaciones anterior y despeje las relaciones pedidas. 3. Procedimiento 3: Fuerzas aplicadas sobre una barra. Dos bases para varillas de soporte. Varillas de soporte. Una barra de acero de 50 centímetros. Dos dinamómetros idénticos. Balanza. Pesa de 200 gramos (0,2 kilogramos). Cinta métrica o Regla graduada. a) Haga el montaje de la experiencia tal como indica la práctica b) Con la balanza, mida la masa de la barra de 0,2 kg. Ramón Jaramillo

4 c) Verifique que los dinamómetros, sin carga, indiquen cero Newtons. d) Suspenda la barra de 50 cm de los dinamómetros, por sus extremos. e) Tome la lectura de ambos dinamómetros. Verifique que las dos lecturas sean iguales. f ) Coloque la pesa de 0,2 kg a diferentes distancias (X i ) del extremo izquierdo de la barra, (por lo menos cinco puntos diferentes). Por cada posición de la pesa, lea los dos dinamómetros. g) Repita el paso (f), pero dejando un dinamómetro en el extremo y el otro a 25 cms del extremo y retirando la pesa (barra asimétrica). h) Lea los dos dinamómetros sin la pesa. i) Ahora coloque la pesa a dos diferentes distancias del extremo izquierdo y lea los dinamómetros. j) Calcule para cada caso (la barra simétrica y la asimétrica) las fuerzas de reacción en los puntos de apoyo y compárelos con las lecturas de los dinamómetros. k) Conteste las preguntas: Cómo influye el punto de aplicación de una fuerza en las reacciones generadas en sus apoyos?. Es decir, mientras más lejos esté el punto de aplicación son menores o mayores las fuerzas de reacción?. Si la barra es asimétrica (un dinamómetro en un punto diferente del extremo), por qué las lecturas de los dinamómetros son diferentes?. Justifique la respuesta. 4. Procedimiento 4: Uso de la mesa de fuerza Mesa de fuerza, modelo , marca Altay Scientific. Pesas ranuradas, marca Altay Scientific. Hilos de nailon. a) Use las pesas ranuradas con sus ganchos para formar 3 masas de 150 (m 1 ), 250 (m 2 ) y 200 gramos (m 3 ). b) Cuelgue las masa m 1 del hilo de la polea que está fija y las otras de los hilos restantes. c) Mueva dos de los tres brazos de la mesa (uno de ellos es fijo) hasta que el anillo que une a los hilos de nailon no toque el indicador de nivel del dispositivo. Ramón Jaramillo

5 d) Mueva la escala graduada para leer el ángulo θ que hay entre los dos brazos móviles. Anote la lectura. e) Compare la lectura con el ángulo calculado a partir de la fórmula siguiente: θ = cos 1 ( m3 2 m 2 2 m 1 2 2m 1 m 2 ) f ) Conteste las Preguntas Generales que aparecen en la Práctica 3 de la guía de la UNEFA. Ramón Jaramillo

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