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Fuerzas concurrentes Fuerzas concurrentes Document Transcript

  • FUERZAS CONCURRENTES EXPERIMENTACION DE FISICA I PROFESORA: LIGIA ZAMORA INTEGRANTES: STEVEN ANDRES MORENO TORO JUAN SEBASTIAN ARANGO FACULTAD DE INGENIERIA UNIVERSIDAD DEL VALLE MAYO 2013
  • RESUMEN En este laboratorio se encontró las direcciones y magnitudes de las fuerzas perpendiculares, las fuerzas no perpendiculares, las fuerzas aproximadamente colineales y las fuerzas antiparalelas. También, para estos sistemas de fuerzas concurrentes se calculó el ángulo de la Fuerza Resultante (FR), la incertidumbre de la fuerza y del ángulo de la Fuerza Equilibrante (F E) y el error relativo. La metodología empleada para la medición de los diferentes sistemas de fuerzas concurrentes es la siguiente: Metodología para la medición de los diferentes sistemas de fuerzas concurrentes: El procedimiento para el cálculo de las fuerzas perpendiculares es fijar las dos poleas en la mesa de fuerzas, una en el ángulo 0º y la otra en el ángulo de 90º, en estos se van ejercer la fuerza FA y FB respectivamente, Se tomaron las cuerdas y se hicieron pasar por las poleas, en FA contando la masa del portapesas se montaron pesas hasta llegar a una masa de 150g y este se colocó en el extremo de la cuerda, en FB se realizó la misma actividad de adicionar peso pero en este se llevó a una masa de 250g y se colocó en el extremo de la cuerda. Se tomó la tercera cuerda y se aplicó fuerza hasta que el anillo estuviera centrado en el eje de la mesa, se observó el ángulo que estaba indicado en la mesa, luego se jalo la cuerda hasta el ángulo máximo y mínimo, que es donde el eje de la mesa toca el anillo. Para la medición de la FE, se colocó la tercera polea en el ángulo donde quedo centrado el anillo, y se colocó peso hasta que estuviera en el centro, luego para el cálculo de la fuerza máxima se añadió masa hasta tocar el anillo, y para la fuerza mínima se quitó masa hasta que tocara el anillo. El procedimiento anterior se aplica igual para los otros tipos de sistemas (no perpendiculares, aproximadamente lineales y antiparalelos), lo único que se cambió en cada método es el ángulo de la fuerza F B, como se muestra en los diferentes métodos: Fuerzas no perpendiculares: FA (0º) - FB (120º) Fuerzas aproximadamente colineales: FA (0º) - FB (10º) Fuerzas aproximadamente antiparalelas: FA (0º) - FB (170º)
  • MARCO TEORICO Fuerza Toda vez que dos cuerpos interactúan entre ellos surge una magnitud, que además de valor tiene dirección, sentido y punto de aplicación, es esta magnitud que hace que los cuerpos estén en equilibrio, que cambien la dirección de su movimiento o que se deformen. En general asociamos con los efectos de: sostener, estirar, comprimir, jalar, empujar, tensar, atraer, repeler, etc. • Un sistema de fuerzas concurrentes es aquel cuyas líneas de acción se cortan en un solo punto y su resultante es la sumatoria de ellas. • En la practica un cuerpo en equilibrio de traslación puede encontrarse en reposo continuo (v = 0), o moviéndose con velocidad constante, sumatoria de fuerzas igual a cero. Composición de fuerzas concurrentes Se llama así al proceso o mecanismo para obtener la resultante entre 2 o más fuerzas aplicadas a un cuerpo. es la fuerza capaz de reemplazar, con igual efecto, a varias otras fuerzas aplicadas a un cuerpo. Composición de dos fuerzas concurrentes Dos fuerzas, aplicadas a un cuerpo de modo que tengan un punto en común forman un sistema de dos fuerzas concurrentes. En un sistema de dos fuerzas concurrentes pueden ofrecer dos circunctancias; 1- Que las dos fuerzas pertenezcan a la misma recta; es decir, que tengan igual dirección. Cuando cada una de las dos fuerzas pertenece a la misma recta pueden darse 3 casos. a) 1º Que tengan distinto sentido pero igual intensidad. Por ejemplo: cuando dos personas tiran de una cuerda sin ningún vencedor. View slide
  • De aquí deducimos que la resultante de dos fuerzas de igual intensidad, que pertenecen a una misma recta es nula. En símbolos es: R = F1 + F2 = 0 b) Que las dos fuerzas tengan igual sentido. Por ejemplo: cuando dos personas tratan de empujar un automóvil o una carga cualquiera. Esto nos indica que la resultante de dos fuerzas de igual dirección y sentido es otra fuerza de igual dirección y sentido que aquéllas, y cuya intensidad equivale a la suma de ambas. 3º Que las dos fuerzas tengan igual dirección, pero sentido e intensidad distintos. Por ejemplo: el mismo de las personas tirando de la cuerda, pero con un vencedor. El que vence, lo consigue aplicando una fuerza superior a la del otro, En este caso, el que pierde se desplaza en dirección del ganador. De lo expuesto deducimos que la resultante de dos fuerzas de igual dirección, pero con sentido e intensidad distintos es otra, cuyo sentido está determinado por el de la fuerza mayor y cuya intensidad es igual a la diferencia de intensidad de ambas fuerzas. View slide
  • 2- Que cada una de las dos fuerzas pertenezcan a distintas rectas. En el caso de que las dos fuerzas no pertenezcan a una misma recta, se aplica la llamada regla del paralelogramo, que se enuncia así: Por el extremo de cada una de las fuerzas se traza una paralela a la otra, Así se forma un paralelogramo. La diagonal que parte del origen de las fuerzas es la resultante del sistema. Equilibrante Si al sistema dado le aplicamos una fuerza E de igual intensidad que R pero de sentido contrario, el cuerpo permanece en equilibrio. De ahí que E se denomina equilibrante.
  • EXPERIMENTACION  Montaje: Para el montaje necesitamos de los siguientes recursos:        Una mesa de fuerzas. 3 Prensas con sus poleas. 3 Juegos de pesas. Un anillo con tres hilos. Una balanza Un nivel 3 Portapesas Esta figura representa una mesa de fuerzas, la cual está diseñada para el estudio de dos o más fuerzas concurrentes, ya sean perpendiculares o no perpendiculares, aplicadas sobre un punto central (anillo). Cada cuerda pasa sobre una polea que se puede fijar en cualquier punto de la periferia de la mesa de fuerzas mediante una prensa, en los extremos de cada una de las cuerdas se le agrega un portapesas para de esta forma adicionarle peso. La mesa de fuerzas posee un punto central y una escala angular en grados para medir de esta forma la dirección de las fuerzas. Para empezar se establecen y (portapesas aproximadamente de 150g y 250g, respectivamente. = (0.1504 Kg) (9.8 m/s2) = 1.47 N = (0.2499 Kg) (9.8 m/s2) = 2.44 N + masas) sean
  •  Tablas de datos:  Fuerzas Perpendiculares: Se somete el anillo a las fuerzas y formando un ángulo de 90º entre si. Luego, se tensiona la cuerda y con pequeños desplazamientos se encuentra . =0 y = 90 240 238 240 239 238 239 Se calcula así: = 1.47 N = 2.44 N = 2.85 N Se calcula así: = 58.93 Luego se pone un portapesas en la posición angular promediada masa de g se logra equilibrar el sistema. y con una = (0.3012 Kg) (9.8 m/s2) = 2.95 N = (0.3196 Kg) (9.8 m/s2) = 3.13 N = (0.2733 Kg) (9.8 m/s2) = 2.67 N Medida 239 2.95 (N) Maximo 246 3.13 Mínimo 233 2.67 Incertidumbre: = 0.23 N 239 (59) (N) 2.95 58.93 = 6.5 2.85 6.5 (N) 0.23 Para este sistema de fuerzas perpendiculares, las magnitudes de F E y FR son casi iguales, como también los ángulos y
  • Calculo de C: = 3.51  = 95.94 Fuerzas No Perpendiculares: Se somete el anillo a las fuerzas y formando un ángulo mayor de 90º y menor que 180 º. Luego, se tensiona la cuerda y con pequeños desplazamientos se encuentra . =0 y = 120 264 262 265 267 264 264 Se calcula así: = 0.25 N = 2.11 N = 2.12 N Se calcula así: = 83.24 Luego se pone un portapesas en la posición angular promediada masa de g se logra equilibrar el sistema. y con una = (0.2265 Kg) (9.8 m/s2) = 2.22 N = (0.2387 Kg) (9.8 m/s2) = 2.34 N = (0.2006 Kg) (9.8 m/s2) = 1.96 N (N) Medida 264 2.22 Maximo 270 2.34 Mínimo 257 1.96 Incertidumbre: = 0.19 N = 6.5 (N) (N) 264 (84) 2.22 83.24 2.12 6.5 0.19 Para este sistema de fuerzas no perpendiculares, las magnitudes de FE y FR son casi iguales, como también los ángulos y
  • Calculo de C: = 4.72  = 217.15 Fuerzas Aproximadamente Colineales: Se somete el anillo a las fuerzas y formando un ángulo no mayor a 10º. Luego, se tensiona la cuerda y con pequeños desplazamientos se encuentra . =0 y = 10 185 186 185 186 185 185 Se calcula así: = 3.87 N = 0.42 N = 3.89 N Se calcula así: = 6.19 Luego se pone un portapesas en la posición angular promediada masa de g se logra equilibrar el sistema. y con una = (0.4218 Kg) (9.8 m/s2) = 4.13 N = (0.4259 Kg) (9.8 m/s2) = 4.17 N = (0.3849 Kg) (9.8 m/s2) = 3.77 N Medida 185 4.13 (N) Incertidumbre: 185 (5) Maximo 191 4.17 Mínimo 179 3.77 = 0.2 N (N) 4.13 6.19 =6 3.89 6 (N) 0.2 Para este sistema de fuerzas no perpendiculares, las magnitudes de F E y FR tienen una diferencia considerable, en comparación con los sistemas de fuerzas
  • perpendiculares y no perpendiculares, como también presenta una diferencia minima en los ángulos y Calculo de C: = 6.17  = 2888.69 Fuerzas Antiparalelas: Se somete el anillo a las fuerzas y formando un ángulo de 170º. Luego, se tensiona la cuerda y con pequeños desplazamientos se encuentra . =0 y = 170 334 336 334 333 335 334 Se calcula así: = -0.93 N = 0.42 N = 1.02 N Se calcula así: = -24.30 Luego se pone un portapesas en la posición angular promediada masa de g se logra equilibrar el sistema. y con una = (0.1112 Kg) (9.8 m/s2) = 1.09 N = (0.1153 Kg) (9.8 m/s2) = 1.13 N = (0.0998 Kg) (9.8 m/s2) = 0.98 N (N) Medida 334 1.09 Maximo 350 1.13 Mínimo 322 0.98 Incertidumbre: = 0.07 N = 14
  • (N) 1.09 334 (154) -24.30 1.02 14 (N) 0.07 Calculo de C: = 6.86 = 1274.48  Preguntas o ¿Cuál es la mayor fuerza equilibrante? La mayor fuerza equilibrante se obtuvo en el Sistema de Fuerza Aproximadamente Lineal ( = 4.13 N) o Para que ángulo la suma de las 2 fuerzas es máxima. = 1. 2. 3. 4. + = 2.95 N + 2.85 N = 5.8 N = 2.22 N + 2.12 N = 4.34 N = 4.13 N + 3.89 N = 8.02 N = 1.09 N + 1.02 N = 2.11 N La suma de las 2 fuerzas es máxima cuando las fuerzas son aproximadamente Lineales ( = 4.13 N) CONCLUSIONES  Se probó el hecho de que si un cuerpo está en equilibrio la sumatoria de las fuerzas es igual a cero  Los resultados difieren un poco de los resultados que se obtendrían analíticamente, porque hay que tener en cuenta que se pierden cifras usando el redondeo y eso afecta en gran medida los datos  No se sabe con certeza cuál es la fuerza equilibrante ya que a la hora de establecer si el aro está bien centrado, su dato es arbitrario.