Prac Lab TSF #2 Sistemas en Equilibrio y Torque

INSTITUTO ORIENTE DE PUEBLA, A.C.
LABORATORIO DE TEMAS SELECTOS DE FÍSICA
SEXTO DE BACHILLERATO
CICLO ESCOLAR 2014-2015
PRÁCTICA #2: SISTEMAS EN EQUILIBRIO Y TORQUE
Objetivos:
 Genera y prueba hipótesis mediante el desarrollo completo de la práctica, aplicando el método científico.
 Analiza sistemas físicos para representarlos grafica y matemáticamente con ayuda de un diagrama de cuerpo libre.
Introducción
En el diseño aplicado a la ingeniería es importante conocer las reacciones en los diferentes apoyos y esfuerzos a los que
está sometido un cuerpo; para esto, el conocimiento de las condiciones de equilibrio de fuerzas es fundamental. Estos
principios generalmente se aplican en todas las carreras de ingeniería y su conocimiento es básico.
El caso más simple se presenta cuando existen fuerzas concurrentes en equilibrio. En esta situación las condiciones
suficientes y necesarias para que un cuerpo se mantenga en equilibrio son:
ΣFx = 0 Suma de componentes en “x”
ΣFy = 0 Suma de componentes en “y”
ΣM = 0 Suma de momentos
Para aplicar las condiciones de equilibrio y resolver los diferentes componentes de tres fuerzas concurrentes se puede
utilizar la suma vectorial (las fuerzas son vectores) o bien aplicar la ley de los senos o la ley de los cosenos.
Por lo tanto, para resolver un problema y encontrar la solución es necesario representar el diagrama de cuerpo libre (o
diagrama vectorial) que muestre todas las fuerzas que están actuando sobre el objeto, ya que del análisis de éste se
obtienen las ecuaciones para resolver un problema en particular.
En cuanto a la suma de momentos se considera el sentido de giro, ya que las fuerzas que tiendan a hacer girar al cuerpo
en sentido de las manecillas del reloj se considerarán como generadoras de un momento negativo, y en sentido opuesto
a las manecillas del reloj el momento será positivo.
Material:
 1 Dinamómetro de 0 a 100 g o de 0 a 500 g
 3 Soportes universales
 Hilo resistente (hilaza, cáñamo, etc.)*
 2 Transportadores *
 3 Pinzas de nuez
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2 Regla, cinta de costurera o flexómetro*
Tijeras *
2 Poleas simples
1 Juego de pesas (10 pesas de distinta medida)
2 Balanzas Digitales
1 Regla de madera de 1 m de longitud
Masking tape, cinta de aislar, cinta canela o diruex*
Procedimiento:
Parte #1: Sistema de Fuerzas en Equilibrio
1. Estudiaremos el equilibrio de tres fuerzas concurrentes en un punto determinado. Para esto se requiere construir
el sistema mostrado en la siguiente figura:
2. Cuelga 3 pesas de diferente denominación en las posiciones que se muestran en la figura 1.
3. Si el sistema se mueve, tendrás que ir ajustando las pesas en cada una de las 3 posiciones, ya sea cambiándolas o
agregando una más.
4. Una vez que el sistema haya alcanzado el equilibrio (permanece en reposo), mide con cuidado los ángulos formados
por las cuerdas con la vertical.
5. Registra en la Tabla 1, el valor de las tensiones de las respectivas cuerdas y el valor del peso que cuelga, así como el
valor de los ángulos formados con la vertical.
6. Por el método analítico de la suma de vectores, calcula la magnitud de las tensiones T 1 y T2.
7. Registra el valor calculado en la última columna de la Tabla 1.
8. Dibuja el diagrama de cuerpo libre y compara el valor medido con el valor calculado y anota tus conclusiones.
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Parte #2: Viga con carga
1. En esta parte se calcularán las reacciones en los apoyos de una viga con carga.
2. Para esto se requiere montar un sistema como el que se muestra en la figura.
3. Coloca las masas m1 y m2 (cualquier valor que elijas m1 > m2) en las posiciones sugeridas como se muestra en la
figura no. 3 (no al centro y no una junto a la otra) sobre la regla o colgadas de ella, de tal manera que el centro del
plato de cada una de las balanzas coincida con los extremos de la regla.
4. La medida que obtengas en cada una de las balanzas será la reacción experimental (convierte tus datos a Newtons).
5. Dibuja el diagrama de cuerpo libre, tomando como origen el centro de la balanza 1, con sus distancias
correspondientes a cada uno de los pesos y utilizando las condiciones de equilibrio (∑Fy =0 y ∑M =0).
6. Calcula el valor de las reacciones en los apoyos (R 1 y R2) y compara tus cálculos con las lecturas de las balanzas
colocadas en los extremos de la regla.
7. Nota: para realizar este experimento debes ponerte de acuerdo con los demás equipos ya que sólo se proporcionará
una balanza por equipo y tendrán que compartirlas.
Parte #3 Balanza de torque
1. En esta parte de la práctica se aplica el principio de la balanza aritmética, donde se coloca una regla que se mantiene
suspendida con un dinamómetro hasta lograr el equilibrio, colocando diferentes pesos F 1 y F2 , como lo indica la
figura.
2. Una vez alcanzado el equilibrio (esto se logra cuando la regla permanece en una posición horizontal perfecta) se
calcula la resultante de las fuerzas que actúan, considerando el peso de la balanza y comparando los resultados con
el dinamómetro.
3. Dibuja el diagrama de cuerpo libre, tomando como origen el punto donde se localiza el gancho del dinamómetro
midiendo a partir de ese punto las distancias a los centros de cada uno de los pesos considerados, y calcula la suma
de momentos ejercidos por cada una de las fuerzas, sin olvidar considerar el sentido de giro. Anota tus resultados en
la tabla 2.
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Cuestionario (para el reporte final):
1. Enuncia brevemente las leyes de Newton relativas al movimiento.
2. Explica qué es un diagrama de cuerpo libre.
1. ¿Cuáles son los requisitos para que exista la condición de equilibrio en un sistema de dos dimensiones?
(1ª. Condición de equilibrio.)
3. Explica qué es el momento de una fuerza.
4. ¿Qué se entiende por un par de fuerzas?
5. ¿Por qué las grúas tienen una carga de masa considerable, suspendida del brazo corto, tal y como se
muestra en la figura?
6. ¿Cómo funciona una grúa? (incluye en tu explicación a los diferentes tipos existentes).
Conclusión
Escribe una pequeña redacción en la que indiques tus observaciones personales refiriéndote al análisis de los
resultados, indicando las habilidades y conocimientos que te brinda la experiencia de realizar esta práctica.
Bibliografía o Fuentes de Información
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