En la física clásica se considera que el movimiento es una consecuencia de la acción de fuerzas mecánicas. El hecho de que un sistema esté en reposo no indica que sobre él no actúen fuerzas, sino que éstas se encuentran contrarrestadas o equilibradas por otras de su especie. Así sucede, por ejemplo, con un cuerpo apoyado sobre un plano horizontal, donde el peso está compensado por la resistencia del plano.
En esta oportunidad alisaremos experimentalmente como funciona un sistema en equilibrio.
Objetivos
Comprender las condiciones en las cuales un cuerpo se encuentra en equilibrio.
Demostrar las condiciones de equilibrio en un punto.
2.1. Fuerza.
Fuerza es toda causa capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo o de producir en él una deformación. La fuerza es una magnitud vectorial: se representa por una flecha (vector) y necesitamos conocer no sólo su módulo, sino también su dirección, sentido y punto de aplicación. Repasa la animación de este apartado para ver como su módulo es la intensidad o valor, su dirección es la del segmento que soporta el vector y su dirección es la que indica la punta de la flecha.
Representación de la fuerza:
Origen: en O
Dirección: la de la flecha
Sentido: el que indica la punta
Módulo o intensidad: 5
Unidad: el Newton
Su unidad es el Newton (1kg pesa 9,8 N en un lugar en que la gravedad es 9,8 m/s2 ). Verás su definición en el apartado de la 2ª Ley de Newton pues es a partir de ella como se define.
Origen.
Una interacción entre dos objetos siempre produce dos fuerzas iguales y opuestas, aplicadas una en cada objeto. Las interacciones pueden ser a distancia como la gravitatoria y la electromagnética o por contacto (como las originadas en un choque).
Debido a que no se anulan las fuerzas originadas en los choques, porque están aplicadas una en cada objeto, éstos rebotan o se deforman.
Efectos que producen.
Las fuerzas producen deformaciones (recuerda sus efectos en muelles, gomas, carrocerías, etc.) y también cambios de velocidad (aceleración).
Una fuerza actuando, ya sea durante un tiempo pequeño ("golpe seco" o durante poco recorrido) o durante mucho tiempo, produce una aceleración que cambia el valor de la velocidad y/o su sentido.
Una fuerza, cuya dirección de aplicación no pasa por el centro de gravedad de un objeto libre, le produce un giro y una traslación. Si el cuerpo está sujeto por un punto y la dirección de la fuerza aplicada no pasa por ese punto, también girará.
Efectos que producen (giros: momento)
El momento de la fuerza (M) respecto a O, es el vector que expresa la intensidad del efecto de giro con respecto a un eje de rotación que pase por O.
M=Fr.sena
La distancia de F al eje de giro es r. El ángulo a es el que forma la dirección de la fuerza con r. (Podemos tomar en su lugar el ángulo que forma con su prolongación, sen a = sen (180 – a).
Dado que: r · sen a = d; M = F·d
El valor del momento de una fuerza es el producto de la fuerza por la distancia más corta (la perpendicular) desde su dirección al eje de giro. Su dirección es perpendicular al plano formado por F y r y su sentido es el del avance del tornillo que gire con el sentido con que atornilla la F.
La unidad del momento en el S.I. es el Nm.
Como medir las fuerzas.
Aprovechando la propiedad que tiene la fuerza de producir deformaciones en un muelle podemos construir con él un aparato para medir fuerzas: el dinamómetro. Consiste en un muelle que se estira al colgarle un cuerpo, descubriendo una escala graduada donde se lee el peso correspondiente al cuerpo que produce esa elongación.
Podemos fabricar un dinamómetro "casero" calibrando cualquier muelle con sólo dos pesas de valores conocidos, una de valor bajo y la otra de un valor alto (que casi lleve al muelle a su límite de elasticidad). Las colgamos y anotamos en la pared, en la posición de alargamiento, no la distancia alargada, sino el valor del peso colgado.
Una vez realizadas las marcas, colgando de él cualquier masa comprendida entre los valores de uso, podemos leer el valor de su peso en la escala que hemos fabricado.
2.2. Primera condición de equilibrio.
Un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación, si la fuerza resultante de todas las fuerzas externas que actúan sobre él es nulo.
Matemáticamente:
Para el caso de fuerzas coplanares que se encuentran en el plano cartesiano xy se reduce la fuerza resultante en cada uno de los ejes x e y es cero:
Geométricamente esto implica que estas fuerzas, al ser gráficadas una a continuación de la otra, de modo tal que el extremo de cada una coincida con el origen de otra, formen un polígono cerrado.
Para el caso particular que sobre el cuerpo actúan solo tres
fuerzas, estas deben formar un triángulo de fuerzas.
Mesa de fuerzas
Juegos de pesas
Soporte universal
G.L.X "explorer"
Sensor de fuerza "Pasco"
Equilibramos las cuerdas que están en la mesa de fuerzas en el ángulo que nosotros veamos conveniente, luego confirmamos que el sensor de fuerza ente en 0.
Colocamos distintas pesas en las cuerdas que están sobre la mesa de fuerza y ponemos al ángulo que deseemos. Nos fijamos cuanto mide la fuerza en nuestra cuerda que está colocada al sensor de fuerzas.
Una vez obtenido varias medidas de fuerzas por el método experimental, empezar a calcular su valor mediante fórmulas y analizamos si existe algún error.
En el siguiente cuadro se muestran los resultados del análisis experimental.
El siguiente cuadro muestra el error al calcular F3.
Gráfico.
UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA
FACULTAD DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE C.C.S.A.
Tingo maría – Perú – 2016.
Curso:Fisica I
Semestre: 2016-I
Autor:
Garay Salazar.
Alejandro Martin.