DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DEL VECTOR RESULTANTE DE LA SUMA DE VARIAS FUERZAS CONCURRENTES

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DEL VECTOR RESULTANTE DE LA SUMA DE VARIAS FUERZAS CONCURRENTES^[1]

Juan Camilo Gutiérrez Peña. Estudiante - Geología.

Santiago Machado Roa. Estudiante - Geología

Diego Andrés Ortega Gelvez. Estudiante – Ingeniería de sistemas

“Preguntarte nuca dejar debes”.

El robot de Platón

Resumen

Se busca estudiar las fuerzas concurrentes y su relación vectorial. El presente informe contiene un análisis experimental de procedimientos establecidos que permitieron observar cómo actúan las fuerzas para generar equilibrio mediante una mesa de fuerzas. Se comprobó las leyes sobre fuerzas en la física tradicional, se pudo determinar el vector resultante en la suma de varias fuerzas que pasan por un mismo punto y la relación entre el peso de un objeto, el ángulo y la búsqueda del equilibrio de un sistema.

INTRODUCCIÓN

El objetivo principal del experimento es cómo determinar la fuerza resultante, utilizando varias fuerzas de acuerdo con diferentes longitudes y ángulos de inclinación donde se evidencie experimentalmente su alcance, y se compruebe que los cálculos matemáticos ofrecen resultados verídicos.

Según la teoría, se define como fuerza a toda acción capaz de producir cambios en el movimiento o en la estructura de un cuerpo. Las fuerzas tienen un carácter vectorial^[2]. Y se define como fuerza resultante a la fuerza que se obtiene al sustituir todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo por una sola fuerza que tuviera el mismo efecto que las anteriores^[3]. De acuerdo con las siguientes afirmaciones es posible afirmar que al aplicar ciertas fuerzas a un cuerpo es posible llegar a un equilibrio por medio de una fuerza resultante.

Para este caso, el documento está organizado en 6 componentes fundamentales: Metodología, donde se explicará los equipos y herramientas utilizadas y como se tomaron medidas de masas, ángulos y longitudes para cada uno de los casos a tratar, por lo tanto su masa y ángulo resultante como también  el mínimo y el máximo del ángulo y masas para cada uno de los casos, en el tratamiento de datos, se trabaja con las cantidades obtenidas y se transforman las unidades para que coincidan con las que se necesitan para su posterior análisis, en el  análisis de resultados se procede a trabajar con la información que permite corroborar que las mediciones se tomaron adecuadamente, Conclusiones y Referencias.

METODOLOGÍA

Equipo utilizado: Mesa de fuerzas, poleas, porta pesas, juego de pesas, balanza, nivel, argolla y una cuerda.

Se realizó la investigación de la siguiente manera:

- Utilizar el nivel para equilibrar la mesa de fuerzas. Luego se colocan 2 poleas en ángulos diferentes para poner masas.

- Comprobar que las masas tienen los valores numéricos que poseen por medio de la balanza. Colocar las masas en los porta pesas conectados entre sí, en ángulos diferentes y cada porta pesas con masas diferentes.

- Ajustar una tercera polea conectada a las otras 2 donde el anillo que esta sostenido por el hilo fino y los porta pesas quede completamente en el centro. Una vez ajustado en el centro el anillo con las 3 poleas, tomar los datos correspondientes al ángulo mínimo, ángulo máximo, peso mínimo y peso máximo, moviendo los ejes del anillo a cada uno de los lados posteriores.

-  Agregar una polea adicional y realizar nuevamente el proceso, esta vez donde la fuerza resultante sea la nueva polea con el porta pesas.

TRATAMIENTO DE DATOS

Escogemos arbitrariamente dos masas y dos ángulos que vendrían a ser dos fuerzas, ahora buscamos el equilibrio del sistema con una tercera fuerza (tabla 1).

Tabla 1 Registro de datos experimentales para tres fuerzas concurrentes

Para calcular la magnitud de la fuerza se utiliza la formula F=M*A, donde A es nuestra aceleración, que es la gravedad en este caso y tiene un valor de 9.8 [] y la masa M está en [Kg]. Se tienen varias pruebas con diferentes masas y ángulos. Con las identidades trigonométricas ;  hallamos las componentes de fuerzas en X y Y de nuestros vectores. Para calcular la incertidumbre en la masa y el ángulo de la fuerza con la que equilibramos el sistema utilizamos las formulas .  El valor teórico se halla con F3= y la suma de las componentes. Por ultimo para calcular el margen de error entre valor teórico y experimental utilizamos     | |. Los resultados resumidos se presentan aquí (Tabla 1.2): [pic 17][pic 18][pic 19][pic 20][pic 21][pic 22]

Tabla 2.1. Resumen resultados

En el siguiente paso se añade una fuerza más (tabla 2):

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