En el amplio campo de la física, cada estudio
le es y le ha sido al hombre de gran importancia a lo
largo de la historia. Uno de esos estudios es la estática,
que es la ciencia que estudia a todos los cuerpos en estado estático, sin
movimiento.
Aunque mucha gente no sepa la gran importancia que tiene la
estática, cabe decir que la estática es muy importante ya que es una de los
pilares para las ingenierías destinadas a la construcción de enormes
rascacielos, puentes, etc. y también para idear varios sistemas a base de
poleas que hoy en día se usan en muchas fábricas.
En este trabajo presentaremos como
funciona un sistema estático y aprenderemos a calcular las fuerzas que
intervienen en él para que se mantenga en equilibrio, además se ha hecho con
procedimientos prácticos, para ser mas entendible y para una mejor comprensión del estudiante a cerca del tema. Esperamos que este
trabajo sea de ayuda para el aprendizaje del
lector.
Las alumnas
COMPOSICIÓN Y DESCOMPOSICIÓN DE FUERZAS
I I. OBJETIVO
_Observar la relación vectorial en un sistema equilibrado de fuerzas
concurrentes en un plano.
_Verificar el resultado por el método del paralelogramo y por el cálculo
basado en las coordenadas rectangulares.
_Aprender a identificar un sistema de fuerzas y la
descomposición deestas.
II. INTRODUCCIÓN
_Fuerza es un vector, que tiene magnitud, dirección, sentido y punto de
aplicación.
F
á¾³
_El dinamómetro es el instrumento que sirve para medir fuerzas y pesos de
objetos.
_La resultante de dos fuerzas por el método analítico se obtiene por:
F2+F2+2FF cosat(angulo)
F1
R
á¾³
F2
F1
Y
_Un cuerpo se encuentra en equilibrio, cuando la fuerza resultante que actúa
sobre él, es igual a cero.
X
F3
F2
III.- FUNDAMENTACIÓN:
Las fuerzas están presenten en todos los cuerpos, a través de ellas se explican
diferentes fenómenos de nuestra tierra, es de importancia saber identificarlas
y reconocerlas en nuestra vida diaria ya que todo lo que pasa es explicado a
través de la física, el reconocimiento de estas también sirven en la
ingeniería, sin estas no existieran las grandes casas, edificios; son algo que
no nos damos cuenta pero que ha contribuido al desarrollo humano en su calidad
de vida.
Así como
esto comprueba que el ingenio humano ha superado sus barreras y que nosotros
podemos llegar a lograrlo.
IV MATERIALES:
Dinamómetro
Disco graduado con escala sexagesimal
Cuatro masas de diferente peso
Dos de 100g cada una
V.- DEFINICIÓN DE TÉRMINOS:
Dinamómetro:
Se denomina dinamómetro a un instrumento utilizadopara medir fuerzas. El dinamómetro tradicional, inventado por Isaac Newton. El
dinamómetro basa su funcionamiento en un resorte que
aplica la Ley de Hoce, siendo las deformaciones proporcionales a la fuerza
aplicada.
Estos instrumentos constan de un muelle, generalmente
contenido en un cilindro que a su vez puede estar introducido en otro cilindro.
El dispositivo tiene dos ganchos o anillas, uno en cada
extremo. Los dinamómetros llevan marcada una escala,
en unidades de fuerza, en el cilindro hueco que rodea el muelle. Al
colgar pesos o ejercer una fuerza sobre el gancho exterior, el cursor de ese
extremo se mueve sobre la escala exterior, indicando el valor de la fuerza.
Una forma común de dinamómetro es una balanza de resorte calibrada en newton,
la unidad de fuerza del Sistema Internacional de
unidades (SI).
Los dinamómetros se incorporan a las máquinas de ensayo de materiales cuando
son sometidos a diferentes esfuerzos, principalmente el ensayo de tracción,
porque miden la fuerza de rotura que rompen las probetas de ensayo.
Fuerza
En física, la fuerza es una magnitud física que mide la intensidad del intercambio de
momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas (en lenguaje de la
física de partículas se habla de interacción). Según una
definición clásica, fuerza es todo agente capaz demodificar la cantidad de
movimiento o la forma de los cuerpos materiales.
Masas:
La masa, en física, es la cantidad de materia de un cuerpo 1]
Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa
inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en
el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es
una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso, que es una cantidad
vectorial que representa una fuerza.
Pesos
El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra y depende de la
masa del
mismo. Un cuerpo de masa el doble que otro, pesa
también el doble. Se mide en Newton (N) y también en kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etc.
VI. PROCEDIMIENTO:
_Elegir dos masas m1 y m2 que se colocarán en los puntos 1 y 2, de esta manera
se establecerá una tensión en cada cuerda que desplaza el anillo (intersección
de las rectas que contiene las fuerzas) hacia otra posición fuera del origen;
entonces se debe maniobrar las poleas m1 y m2 buscando que el anillo se ubique
en el centro. En ese instante se afirma que el sistema de las tres fuerzas concurrentes
está en equilibrio, dicho de otro modo el vector resultante causado por los
pesos de m1 y m2 tiene como magnitud el valor indicado por el
dinamómetro.Primera prueba
El valor obtenido por el método analítico:
Resultante:
F2+F2+2FF cosat(angulo)
0.52+0.52+20.5(0.5) cosat(110)
0.5+0.5-0.16
0.42 = 0.6480…
* Masas: 2 pesas de 50g
* Ángulos:
40° con el eje –x
30° con el eje +x.
Valor de la resultante indicado por el dinamómetro 0.6N
Valor de la resultante indicado por el dinamómetro 0.7N
Segunda prueba
* Masas:
100g
50g
* Ángulos:
35° con el eje +x.
25° con el eje –x
El valor obtenido por el método analítico es:
F1 =1 N y F2 = 0.5N
Angulo: 120°
Resultante:
F2+F2+2FF cosat(angulo)
12+0.52+21(0.5) cosat(120)
1+0.25+1 (-0.5)
1.25-0.5
0.75 = 0.86600…
Valor de la resultante indicado por el dinamómetro 1.6N
Tercera prueba
* Masas:
150g
200g
* Ángulos:
33° con el eje +x.
27° con el eje –x
El valor obtenido por el método analítico
F1 =200g y F2 =150g
Angulo: 120°
Resultante:
F2+F2+2FF cosat(angulo)
22+1.52+22(1.5) cosat(120)
4+2.25-3
3.25 = 1.8027…
VII. PREGUNTAS
1.- Del
procedimiento anterior, indica si el valor de la resultante marcado por el
dinamómetro es igual que el obtenido por el método analítico.
Resultados.No de pruebas. | En el dinamómetro. | Por
el método analítico. |
1era prueba. | 0,5N | 0,64N aprox. |
2da prueba | 0.7N |0.86Naprox. |
3era prueba. | 1,6N | 1,8Naprox. |
Como observamos
los datos no son exactos, pero, son aproximados que se diferencias solo por
decimas, en si no son iguales pero se aproximan esto significa que uno de los
dos está fallando o es la tecnología o la razón humana.
Estas variaciones se pueden deber a que los instrumentos utilizados como
el dinamómetro sean antiguos y se hallan deteriorado con el tiempo y la otra es
que las alumnas no han sabido manejar el material de laboratorio.
El reconocer las dos formas nos ayuda ya que una es con ayuda de la tecnología
y la otra desarrolla la capacidad del alumno en las matemáticas y
física.
2.- En el aparato ubique una masa de 100g haciendo un ángulo de 25° con el eje
X- y otra para de 100gr haciendo un ángulo de 33° con el eje X+ sCuál es el
valor de la resultante indicada por el dinamómetro?. Compáralo con el valor
obtenido por el método analítico. Haga una estimulación del error
experimentado.
* Masa:100gr
* Ángulos:
25°con el eje x-
33°con el eje x+
Valor de la resultante indicada por el dinamómetro es de 0.9 N
El valor obtenido por el método analítico es:
F1 y F2=1N
Ángulo = 25°+33°=58°
180°-58°= 122°
RESULTANTE: F2+F2+2FFcosangulo
12+1F2+21(1) cosat(122°)
1+1+2 -0.53
2-1.060.94
0.96
RESULTADOS:
Dinamómetro | Método analítico |
0.9 N | 0.96N aprox. |
El error experimental es de 0.6 decimas entre el
dinamómetro y la formula de la fuerza resultante.
VIII CONCLUSIONES:
-Con el disco sexagesimal podemos encontrar ángulos, con el dinamómetro podemos
medir a través de los newton y con las masas podemos encontrar la fuerza y con
el método analítico podemos comparar el resultado que obtuvimos con el
dinamómetro; es decir todo lo que hemos usado es muy importante porque con tan
solo un objeto podemos medir miles de cosas.
-Con este experimento nos hemos podido dar cuenta que
hay diferentes instrumentos por las cuales permiten calcular las fuerzas.
- Entre el análisis dimensional y el dinamómetro varían los resultados pero en decimas por las cuales podemos decir que el resultado es el
mismo pero con un poco de diferencias.
-que en un sistema de fuerzas estas no estarán
perpendiculares sino que hay que descomponerlas.
IX BIBLIOGRAFÍA:
* Pagina web Wikipedia / dinamómetro
* Pagina web el rincón del
vago / descomposición de fuerzas
* Google/ imagines de dinamométrico, disco graduado y pesas
* Libro de física / Ing. máximo Javier Zevallos
Vílchez/ página 89
* Libro de física de Félix Aucallanchi Velásquez
