Determinación experimental de la velocidad constante de un cuerpo en equilibrio

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LA VELOCIDAD CONSTANTE DE UN CUERPO EN EQUILIBRIO

Jhordy López, Fernando Cabello, Brayan Quillas.

Facultad de Ingeniería, Ingeniería Civil, Universidad Tecnológica del Perú, Ate.

Facultad de Ingeniería, Ingeniería Civil, Universidad Tecnológica del Perú, Lima Sur.

Facultad de Ingeniería, Ingeniería de sistemas, Universidad Tecnológica del Perú, Ate.

U21226980, U20208756, U21205597

1. RESUMEN:

En el presente trabajo de investigación se determina experimentalmente el valor de la velocidad utilizando el simulador de tipo fuerzas y movimientos en la simulación de tira y afloja. Para ello colocamos al grupo 1 con una fuerza mayor al grupo 2, para luego colocarlos en equilibrio. A partir de eso podemos obtener un objeto en equilibrio con una velocidad constante.

           Palabras Claves: Equilibrio.

Abstract:

In the present research work, the value of velocity is experimentally determined using the forces and movements type simulator in the tug of war simulation. To do this, we place group 1 with a greater force than group 2, and then place them in balance. From that we can obtain an object in equilibrium with a constant speed.

2. INTRODUCCIÓN:

Debido a la pandemia nos hemos visto obligados a trabajar de forma virtual. Ya que en la forma virtual existen muchos simuladores que facilita ser más didáctico el aprendizaje y de esa forma demostrar que con las herramientas que están al alcance de nuestras manos podemos hacer presentables y buenos trabajos. A lo cual mi grupo y yo decidimos elegir demostrar como un cuerpo se mantiene en equilibrio teniendo la sumatoria de fuerzas en 0. Siendo que nuestro experimento no necesita un laboratorio presencial. Nuestro objetivo es hallar la velocidad constante del objeto en estado de equilibrio con las fórmulas de cantidad de movimiento.

3. MARCO TEORICO:

En el movimiento de un cuerpo rígido siempre existe un punto de él, o de una extensión rígida del cuerpo, que tiene velocidad instantánea cero. Esto significa que en todo instante el cuerpo está moviéndose como si solamente rotara respecto a ese punto, pero ese punto en general se mueve, de manera que el centro instantáneo describe un cuerpo. Entonces si el cuerpo rígido está sujeto a una traslación se tiene que.

[pic 1]

Por lo tanto, la energía cinética de un cuerpo rígido sujeto a movimiento de traslación está dada por.

[pic 2]

Esta ecuación corresponde precisamente a la energía cinética de una partícula.

Determinación Experimental De La Velocidad Constante

De Un Cuerpo Rígido

4. METODOLOGIA:

Determinaremos a través de manera teórica la velocidad constante de un cuerpo rígido.

Consideramos como cuerpo rígido al carrito, detallamos que solo experimentará movimiento de traslación y no movimiento rotacional, esto será despreciable. Primero este carrito se encontrará en reposo, consideraremos estas condiciones de equilibrio iniciales:

[pic 3]

Fig1

Tomamos solo como referencia el eje x para la fuerza de Traslación, cuya sumatoria será igual a cero:

[pic 4]

y para detalles del cuerpo rígido una condición inicial de equilibrio diremos que la sumatoria de Momentos de Rotación es igual a cero:

[pic 5]

Luego se aplicaría una Fuerza constante en el eje x , supongamos que fue  , de acuerdo a la segunda ley de Newton sabemos que :[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

F = Fuerzas que actúan sobre el cuerpo

m = Masa del cuerpo

a = Aceleración

Por ello cuerpo experimentara una aceleración constante en sentido de la fuerza resultante (sumatoria vectorial de todas las fuerzas), consideremos que no hay fuerza de rozamiento estático o cinético, ya que en particular el cinético seria un impedimento de obtener una velocidad constante en este laboratorio.

De la segunda ley de Newton obtenemos:

[pic 9]

Tomamos magnitudes escalares:

[pic 10]

[pic 11]

Si el cuerpo en t=0 s , su velocidad inicial era igual cero ,  m/s , y al actuar la fuerza resultante tendremos una aceleración constante , por lo cual por un tiempo t  tendremos una velocidad final :[pic 12][pic 13]

Por MRUV:  [pic 14]

 =                                t = tiempo por la cual actúa [pic 15][pic 16][pic 17]

Consideremos que la fuerza resultante actúa por un tiempo de 2 segundos y luego compensaríamos la sumatoria de fuerzas para tener una fuerza resultante nula ,[pic 18]

, donde i , j son número de fuerzas, de acuerdo a su dirección [pic 19]

Por las condiciones de equilibrio la aceleración sería igual a cero a = 0 m/y la velocidad constante, teniendo en cuenta que no existe fuerza de rozamiento ya que desaceleraría la velocidad.[pic 20]

V = cte m/s

La experiencia de desarrollara con el simulador PHET , en  la cual el cuerpo rígido a quien aplicaremos  fuerzas será un carrito , y las fuerzas se medirán de acuerdo a las magnitudes presentadas por cada persona:

Fuerza de persona A = 150 N              

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