Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Instituto de Ingeniería y Tecnología Laboratorio de Física Física I y Estática Práctica 7 Equilibrio del cuerpo rígido I. Introducción El momento producido por una fuerza con respecto a un eje de rotación es un vector perpendicular al plano que contiene a la fuerza y al vector posición desde el eje de rotación hasta la línea de acción de la fuerza. La magnitud del momento se puede calcular con el producto de la magnitud de la fuerza por el brazo de momentos, siendo este la distancia perpendicular del eje de referencia hasta la línea de acción de la fuerza. La dirección del momento se determina a partir de la regla de la mano derecha. La condición de equilibrio trasnacional (primera condición de equilibrio) se refiere a que la suma de fuerzas que actúan sobre un cuerpo o sistema es igual a cero. ∑⃗ ⃗⃗ (1) La condición de equilibrio rotacional (segunda condición) se refiere a que la suma de los momentos que actúan sobre un cuerpo o sistema es igual a cero. ∑ ⃗⃗⃗ II. ⃗⃗ (2) Objetivo Utilizar la segunda condición de equilibrio en la solución de problemas relacionados con el equilibrio del cuerpo rígido. III. Material /Equipo 5 soportes 1 pesa de 100 gramos 2 pesas de 50 g 1 regla de 1 metro 2 sensores de fuerza ó dinamómetros 2 cordeles Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Laboratorio de Física Física I y Estática 1 IV. Desarrollo de la práctica 1. PRIMERA PARTE Observa la figura 1 que se muestra a continuación, (no armes aún el modelo físico representado en dicha figura). cordel soporte Regla homogénea de sección uniforme Fig. 1. Modelo esquemático del punto de equilibrio de la regla a) Dibuja un diagrama de cuerpo libre de la regla del modelo de la figura 1. b) Predice en qué posición de la regla se encuentra el punto de equilibrio (la regla permanece en dirección horizontal). Diagrama de cuerpo libre 2. Ahora arma el modelo representado en la figura 1. La regla debe permanecer en posición horizontal. ¿En qué marca de la regla se encuentra el punto de equilibrio? 3. ¿Es tu predicción del inciso b consistente con lo observado? Si encontraste alguna diferencia y no puedes explicarla, consulta con el encargado del laboratorio. Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Laboratorio de Física Física I y Estática 2 SEGUNDA PARTE 4. Arma el modelo representado en la figura 2 mostrado a continuación. Ubica las masas de 100 g y de 50 g en la posición adecuada para que la regla quede en equilibrio. Cordel Soportes (16.7 g cada uno) Soportes Regla Masa (100 g) Masa (50 g cada una) Fig. 2 Modelo esquemático del sistema a) Dibuja el nuevo diagrama de cuerpo libre de la regla b) ¿En qué posición de la regla se encuentra el punto de equilibrio (la regla permanece horizontal)? Diagrama de cuerpo libre 5. Ahora, verifica lo anterior (matemáticamente) haciendo los cálculos necesarios. Muestra las ecuaciones de equilibrio pertinentes. 6. ¿Encontraste alguna inconsistencia? Si es así, ¿a qué lo atribuyes? Consúltalo con el encargado del laboratorio. Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Laboratorio de Física Física I y Estática 3 TERCERA PARTE 7. Arma el modelo que se presenta en la figura 3. Soporte (16.7 g) Cuerda A Cuerda B Regla m1 = 50 g 10cm 15 cm m2 = 100 g 15 cm m3 = 50 g 10 cm 20 cm Fig. 3. Modelo esquemático del sistema 8. Determina la tensión en las cuerdas A y B. Debes considerar todas las fuerzas que actúan sobre la regla, incluido su peso. Muestra tu trabajo TA = _______________________ TB = _______________________ 9. Una vez terminado el cálculo, muestra tu trabajo al encargado del laboratorio. Se te entregará un sensor de fuerza o dinamómetro, para que puedas comprobar tus resultados. a) Sustituye las dos cuerdas del modelo por sensores de fuerza (o dinamómetros), una vez hecho esto registra su lectura. b) ¿Hay coincidencia entre los registros de los sensores de fuerza (o dinamómetros) y los resultados calculados en el punto a anterior? c) ¿Incluiste en los cálculos el peso propio de la regla? Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Laboratorio de Física Física I y Estática 4
