“Año de la Universalización de la Salud” UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA. LABORATORIO DE FÍSICA II INFORME N°1 “LEY DE HOOKE” PROFESOR DE CURSO: ● MERMA JARA, MARCO A. ELABORADO POR: ● Cuyubamba Calderón José Manuel ● Gomez Chunga Sheyla Maria Pia ● Quispe Huamani, Erick Nilzen ● Romero Ramirez Diego Andre ● Valenzuela Ibañez, Joshy Jhon FECHA DE PRESENTACIÓN: 18 de Noviembre del 2020 Lima, Perú. ÍNDICE I. PARTE TEÓRICA A. Ley de Hooke II. PROCEDIMIENTO A. EXPERIENCIA N°1 B. EXPERIENCIA N°2 C. EXPERIENCIA N°3 III. DATOS REGISTRADOS A. EXPERIENCIA N°1 B. EXPERIENCIA N°2 C. EXPERIENCIA N°3 IV. ANÁLISIS DE DATOS (GRÁFICAS) A. GRÁFICA N°1 B. GRÁFICA N°2 C. GRÁFICA N°3 V. CONCLUSIONES VI. BIBLIOGRAFÍA 1 I. PARTE TEÓRICA La Ley de Hooke enuncia que cuando, debido a una fuerza externa, un resorte sufre una deformación respecto a su posición de equilibrio, la fuerza recuperadora que ejerce este resorte es directamente proporcional al cambio de longitud. Cuando el resorte no está elongado ni comprimido, el bloque queda en reposo, en su punto de equilibrio y se denota como x=0. Cuando el bloque se desplaza a una posición x, el resorte ejerce sobre el bloque una fuerza que es proporcional. 𝐹𝑥 = −𝑘. 𝑥 A 𝐹𝑥 se le llama fuerza restauradora ya que siempre se dirige a la posición de equilibrio, y en consecuencia, es opuesta al desplazamiento del bloque desde el equilibrio. En casos prácticos: Figura 1: La posición bloque respecto a la posición de equilibrio. En la imagen, tomar 𝑓𝑆 como 𝐹𝑋 .Cabe resaltar, que cuando el bloque es desplazado desde la posición de equilibrio y se suelta, este es una partícula bajo una fuerza neta y, en consecuencia, experimenta una aceleración. 2 II. PROCEDIMIENTO ○ EXPERIENCIA N°1 - UN RESORTE 1. Accedemos al simulador PhET y seleccionamos “Ley de Hook - introducción” Figura 2: Panel de inicio para la experiencia 1 2. Marcamos todas las casillas y seleccionamos la parte de un solo resorte. Figura 3: Resorte en posición inicial, experiencia 1. Figura 4: Información del resorte mostrada, experiencia 1. 3 3. Ahora mediremos el valor del estiramiento o deformación “x” del resorte en nuestra plataforma PhET. Comenzamos con un valor de F=5N, luego aumentamos el valor de F cada 5 N y así consecutivamente hasta un F=100N. ● Para F=5 N (Medida inicial): Figura 5: Deformación del resorte al aplicarle 5N de fuerza. ● Para F=100 N (Medida final): Figura 6: Deformación del resorte al aplicarle 100N de fuerza. 4. Finalmente, anotamos los valores hallados de x en una tabla de excel, lo graficamos y encontramos la ecuación y el valor cuadrado de R. 4 ○ EXPERIENCIA N°2 - DOS RESORTES EN PARALELO 1. Accedemos al simulador PhET y seleccionamos “Ley de Hook - Sistemas”. Figura 7: Panel de inicio para la experiencia 2. 2. Seleccionamos “Resortes en paralelo” y marcamos todas las casillas. Figura 8: Posición inicial, para la experiencia 2. Figura 9: Información del resorte mostrada, experiencia 1 5 3. Ahora mediremos el valor del estiramiento o deformación “x” del resorte en nuestra plataforma PhET. Comenzamos con un valor de F=5N, luego con F=10N y así consecutivamente hasta un F=100N. ● Para F=5N (Medida inicial): Figura 11: Información de la deformación del sistema, al aplicarse 5N al sistema. ● Para F=100 N (Medida final): Figura 11: Información de la deformación del sistema, al aplicarse 100N. . 4. Finalmente, tomamos notas de los valores de “x” y lo exportamos a un archivo de Excel, lo graficamos, hallamos la ecuación correspondiente y el valor de R cuadrado en el gráfico. 6 ○ EXPERIENCIA N°3 - DOS RESORTES EN SERIE 1. Accedemos al simulador PhET y seleccionamos “Ley de Hook - Sistemas”. Figura 12: Panel de inicio del simulador, para el sistema en serie, experiencia 3. 2. Seleccionamos “Resortes en serie” y marcamos todas las casillas Figura 13: Posición inicial, para la experiencia 2. Figura 14: Información de los datos mostrados en la simulación, para la experiencia 3. 7 3. Ahora mediremos el valor del estiramiento o deformación “x” del resorte en nuestra plataforma PhET. Comenzamos con un valor de F=5N, luego con F=10N y así consecutivamente hasta un F=100N. ● Para F=5N (Medida inicial): Figura 15: Información de la deformación del sistema, al aplicarse 5N al sistema. Figura 16: Información de la deformación del sistema, al aplicarse 100N al sistema 8 III. DATOS REGISTRADOS ○ VALORES DE LA EXPERIENCIA N°1 TABLA N°1: Deformación de un resorte, al aplicarse una fuerza de 5-100N F(N) X(m) 5 0.025 10 0.050 15 0.075 20 0.100 25 0.125 30 0.150 35 0.175 40 0.200 45 0.225 50 0.250 55 0.275 60 0.300 65 0.325 70 0.350 75 0.375 80 0.400 85 0.425 90 0.450 95 0.475 100 0.500 9 ○ VALORES DE LA EXPERIENCIA N°2 TABLA N°2: Deformación de un sistema de resortes en paralelo, al aplicarse una fuerza de 5-100N. F(N) X(m) 5 0.0125 10 0.0250 15 0.0375 20 0.0500 25 0.0625 30 0.0750 35 0.0875 40 0.1000 45 0.1125 50 0.1250 55 0.1375 60 0.1500 65 0.1625 70 0.1750 75 0.1875 80 0.2000 85 0.2125 90 0.2250 95 0.2375 100 0.2500 10 ○ VALORES DE LA EXPERIENCIA N°3 TABLA N°3: Deformación de un sistema de resortes en serie, al aplicarse una fuerza de 5100N F(N) X(m) 5 0.05 10 0.10 15 0.15 20 0.20 25 0.25 30 0.30 35 0.35 40 0.40 45 0.45 50 0.50 55 0.55 60 0.60 65 0.65 70 0.70 75 0.75 80 0.80 85 0.85 90 0.90 95 0.95 100 1.00 11 IV. ANÁLISIS DE DATOS ○ GRÁFICA N°1 Figura 4.1: Gráfica fuerza- elongación, experiencia 1, para un solo resorte. ● EXPLICACIÓN: La 4.1 representa la relación entre la fuerza ejercida en el resorte y la deformación que experimenta. el valor de la constante es de 200 N/m. Los datos obtenidos se ajustan perfectamente sobre una recta, lo que indica una relación de proporcionalidad. Como se utilizó un simulador, el error porcentual es 0% y R=1. ● ECUACIÓN N°1: 𝐹 = 200 ∗ 𝑿 12 ○ GRÁFICA N°2 Figura 4.2: Gráfica fuerza- elongación, experiencia 2, para dos resortes en paralelo. ● EXPLICACIÓN: En la figura 4.2 podemos observar una relación directamente proporcional entre la Fuerza (N) y la deformación (m). Recordemos que los resortes se encuentran en PARALELO, entonces el simulador nos da los valores de la deformación “x” de cada una en particular, Las deformaciones en ambos resortes son iguales debido a que tienen la misma constante (K). Ahora, la gráfica al ser lineal, de la ecuación podemos decir que el valor de la constante es de 400 N/m. Y como los datos obtenidos se ajustan perfectamente sobre una recta, el error porcentual es de 0% con un R cuadrado igual a 1. ● ECUACIÓN N°2: F = 400 X 13 ○ GRÁFICA N°3 ● EXPLICACIÓN: La pendiente de la gráfica representa la constante de deformación de los resortes. El valor de constante elástica será 100 N/m2. En este caso, tenemos dos resortes en serie, cada resorte, debido que son iguales, se deforma una cantidad x, entonces la deformación total de los resortes en serie será 2x. Como se utiliza un simulador, el ajuste es perfecto por eso R = 1 y el error porcentual sería 0%. ● ECUACIÓN N°3: 𝐹 = 100 ∗ 𝐹 Figura 4.3: Gráfica fuerza- elongación, experiencia 2, para dos resortes en serie. ● EXPLICACIÓN: En la figura 4.3 la pendiente de la gráfica representa la constante de deformación de los resortes. El valor de constante elástica será 100 N/m2. En este caso, tenemos dos resortes en serie, cada resorte, debido que son iguales, se deforma una cantidad x, entonces la deformación total de los resortes en serie será 2x. Como se utiliza un simulador, el ajuste es perfecto por eso R = 1 y el error porcentual sería 0%. ● ECUACIÓN N°3: F = 100X 14 V. CONCLUSIONES ● Cuando un resorte unido al extremo de un bloque (el caso N°1), sufre una deformación debido a una fuerza externa, la fuerza recuperadora que ejerce este resorte es directamente proporcional a dicha deformación. En la experiencia de este laboratorio, quedó demostrado además, el carácter lineal de esta ley. ● En el caso N°2, cuando dos resortes se encuentren en paralelo y además tienen las mismas constantes(K), entonces la deformación en estas será igual para cualquier Fuerza, produciendo una función perfectamente lineal. ● En el caso N° 3, de asociación en serie, en la unión de ambos resortes, la fuerza recuperadora será la misma para ambos resortes, así para hallar la deformación del sistema cuando los k1 sea diferente a k2, se halla independientemente y se suman las deformaciones. VI. BIBLIOGRAFÍA Serway, R. A., Jewett, J. W. (2009). Física: Para ciencias e ingeniería con Física Moderna / Raymond A. Serway y John W. Jewett, Jr (7a. ed.--.). México D.F.: Cengage. PhET (2015). Ley de Hook. Simulador de resortes recuperado de: https://phet.colorado.edu/sims/html/hookes-law/latest/hookes-law_es_PE.html Giancoli, D. (2009). Física para ciencias e ingeniería con física moderna (4ta ed). México D.F. :Pearson 15
