Lab 2 Mesa Fuerza 5t43d

LABORATORIO: EQUILIBRIO DE FUERZAS OBJETIVOS. - Aplicar operatoria gráfica y analítica de vectores de fuerzas. -Comparar la Fuerza resultante de la combinación de fuerzas obtenida experimentalmente con la obtenida por el método gráfico. - Determinar la fuerza resultante por el método analítico de componentes de la suma de varias fuerzas en equilibrio en la mesa de fuerza. Conceptos relevantes: Características de las magnitudes vectoriales. Representación gráfica y analítica de vectores. Adición gráfica y analítica de vectores, Concepto de fuerza. MATERIALES (por estación de trabajo) Regla o escuadra milimetrada. Transportador. 2 Hojas papel milimetrada (por grupo). Kit mesa de fuerza. Pesas con ganchos.

Figura 1. Kit mesa de fuerza.

INTRODUCCION: En la naturaleza es posible cuantificar diversas variables, algunas de estas variables consideran tanto magnitud, dirección y sentido. Tales cantidades se llaman Vectores, por ejemplo el desplazamiento, velocidad y fuerza.





Cuando aplicamos más de una fuerza sobre un cuerpo como por ejemplo F1 y F2

en el plano y

 deseamos equilibrarlas con una tercera fuerza F3 denominada fuerza equilibrante, se tiene que la suma de las tres fuerzas es cero, esto implica que la suma de las componentes es igual a cero en cada dirección.

Figura 2. Tres fuerzas coplanares en equilibrio, en el sistema de coordenadas cartesiana.

A. Inostroza UCSC 2015

F

x

F

 F1x  F2 x  F3 x  0 (1)

y

 F1 y  F2 y  F3 y  0

(2)

A partir de esta suma de componentes igual a cero, es posible hallar la fuerza equilibrante, despejando en las ecuaciones 1 y 2. F3 x y F3 y . Es necesario considerar el signo según el cuadrante donde se encuentran aplicadas las fuerzas.





Si se conocen los valores de las fuerzas F1 y F2 , y los respectivos ángulos respecto al eje X, según indica la figura 2 como sistema de referencia de coordenadas cartesianas, entonces las igualdades (1) y (2) se escriben:

 F1 cos1  F2 cos 2  F3x  0

y

F1 sen1  F2 sen 2  F3 y  0



De tal forma, que el valor de fuerza resultante FR y su dirección, la escribimos:

FR  F32x  F32y

 F3 x    F3 y   

  tan 1 

y

c/r al eje de coordenadas +Y.

IMPORTANTE: -

Considere en su mesa de fuerza el sistema de coordenadas de la figura 2, para la dirección de las fuerzas involucradas en el práctico de laboratorio. Evitar marcar la mesa de fuerza con plumones o lápiz.

PROCEDIMIENTO: Parte 1: A partir de las indicaciones recibidas en el manejo de la mesa de fuerza por parte del profesor: 1. Coloque las dos porta masas y masas con los valores que aparecen en la Tabla 1 (Caso 1) en las posiciones que se indican. 2. Tome con la mano el tercer hilo y busque a modo de prueba el ángulo de esta fuerza equilibrante ,enseguida coloque en el extremo del hilo la 3° porta masas y añada masas hasta que se equilibre el sistema, esto se logra cuando la argolla queda bien centrada con el eje de la mesa de fuerzas. El peso de esta masa corresponde a la fuerza que equilibra el sistema que llamaremos equilibrante. ¿Cómo es esta equilibrante en comparación con



la Fuerza resultante pedida en la tabla 1? Escriba el valor de la Fuerza resultante FR y su dirección, en la tabla de la columna titulada Experimental. Al valor de la fuerza resultante expresarla con su respectiva unidad de medida de fuerza.





Para el Caso 2. Determine los valores de F1 y F2 , aplicando el criterio del procedimiento anterior.

A. Inostroza UCSC 2015

Tabla con valores de las fuerzas en gramos y sus respectivas direcciones, en el sistema de coordenadas Figura2. FUERZA RESULTANTE Experimental Grafico

CASO

FUERZAS

1

F1  100 g. , 1  20 c/r -X F2  200 g ,  2  80 c/r +X

2

Analítico

FR  

F1  ..........g , 1  0 c/r -X FR  260 g F2  .........g ,  2  90  c/r +X   60 c/r +Y.

Parte 2: 1. Utilizando una regla y un transportador haga un diagrama a escala de las fuerzas en una hoja de papel milimetrado. Represente las fuerzas por flechas cuya longitud sea proporcional a la magnitud de la fuerza por un factor de escala, como por ejemplo 50 g = 1cm. Dibuje las flechas en la dirección indicada por los ángulos correspondientes. 2. Trace la Fuerza resultante, aplicando la adición de vectores por el método grafico del paralelogramo y mida su longitud. 3. Determine su valor (aproximado) multiplicando la longitud por el factor de escala 4. Determine la dirección de la Fuerza resultante midiendo los ángulos con un transportador. 5. Escriba los valores obtenidos en la columna titulada “Gráfico”.

Parte 3: 1. Ahora recordando con sus compañeros el método analítico de componentes para sumar vectores, complete la quinta columna de la tabla. 2. Determine el error porcentual (%) en la medición del ángulo de los vectores equilibrante encontrado con respecto al eje Y de la figura 2.



% Fuerzaresul tan te

A. Inostroza UCSC 2015



Analitico  Experimental  100% Analitico

Preguntas: a) ¿Qué diferencia hay entre una magnitud escalar de una vectorial? Explique. b) Indique situaciones de la vida cotidiana o del ámbito de la ingeniería; la aplicación del equilibrio de fuerzas considerando la denominada fuerza equilibrante. Explique. c) ¿En qué Principio de la física se basa el equilibrio de fuerza estudiado en el laboratorio? d) ¿Qué otro método grafico conoce para la adición de vectores? De un ejemplo.

Concluya en base a lo realizado y las preguntas planteadas.

Link: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/vect.html. http://fisicacom.host22.com/VECTORES.HTML http://www.fisic.ch/cursos/segundo-medio/vectores/

A. Inostroza UCSC 2015