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

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

Sara Juliana Anaya Chaparro. Estudiante – Ingeniería Industrial.

Karen Dallana Camacho Gómez. Estudiante - Ingeniería Industrial.

Nicolás Camacho Pinto. Estudiante -Matemática.

“A toda acción corresponde una reacción de igual magnitud pero en sentido contrario”

Isaac Newton

Resumen

El segundo laboratorio de física se realizó en relación a la determinación del vector resultante de la suma de varias fuerzas coplanares concurrentes. Para ello, se empleó un sistema estático con la aplicación de fuerzas concurrentes que actuaban en diferentes direcciones. El objetivo  del experimento fue encontrar la orientación y la magnitud de la fuerza resultante contraria que permitía que el anillo estuviera en equilibrio.  En total, se realizaron cinco experimentaciones en las cuales el sistema variaba en la cantidad de fuerzas, en la magnitud y en la dirección de los vectores involucrados. Esto permitió analizar, para diferentes condiciones, como debía de ser la fuerza que lograba el equilibrio del sistema. Además, para completar el ejercicio se compararon los datos experimentales con datos teóricos para analizar las diferentes causas del porcentaje de error existente.

INTRODUCCIÓN

Con esta práctica de laboratorio  se quiere mejorar la comprensión del concepto de fuerzas y que su representación es un vector, para esto los objetivos de la investigación son: determinar experimentalmente el vector resultante de la suma de varias fuerza concurrentes y comprobar experimentalmente que las fuerzas se suman de forma vectorial. Para este experimento se tuvo en cuenta las predicciones teóricas para realizar una comparación minuciosa y responder la pregunta de investigación. Fue necesario usar instrumentos como: la mesa de fuerzas, poleas, porta poleas, nivel y pesas de distintas masas.

Previamente se deben tener los conceptos de fuerza, sistema de fuerzas concurrentes, fuerza resultante, suma de fuerzas concurrentes, fuerzas que actúan en la misma dirección, fuerzas que actúan en la misma dirección y sentido contrario y fuerzas que actúen en cualquier dirección. Se define fuerza a toda acción capaz de producir un cambio en el movimiento o estructura de un cuerpo, ella es de carácter vectorial, la cual se puede descomponer en dos componentes que formen un ángulo de 90° () y cuyos efectos sumados sean equivalentes a la fuerza original. La magnitud de la fuerza se puede calcular mediante la siguiente ecuación: [pic 2][pic 3]

Un sistema de fuerzas concurrentes es aquel para el cual todas las rectas de las fuerzas convergen en un solo punto, el cual se puede reducir a una fuerza resultante. Cuando ellas actúan sobre un cuerpo se producen movimientos de traslación. Una fuerza resultante es aquella que sustituye todas las fuerzas ejercidas sobre un cuerpo y cuya magnitud es equivalente a la suma de todas las magnitudes de las fuerzas originales, se halla mediante la suma de fuerzas.

Para hallar la fuerza resultante de varias fuerzas concurrentes de deben tener en cuenta tres diferentes casos. Las fuerzas que actúan en la misma dirección y sentido pueden sustituirse por una única fuerza equivalente en la misma dirección y sentido, su magnitud será la suma de las magnitudes originales. Las fuerzas que actúan en la misma dirección y en sentido contrario  pueden sustituirse por una resultante con la misma dirección pero con el sentido de la fuerza original mayor. Las fuerzas que actúan en cualquier dirección pueden ser sustituidas  por una única fuerza que ejerce con la dirección del paralelogramo que se forma tomando las fuerzas como lados del mismo.

Este documento está compuesto por seis partes: metodología, tratamiento de datos, análisis de resultados, conclusiones, referencias y anexos. En la metodología se explica paso a paso el procedimiento de la experiencia; en el tratamiento de datos se muestra el manejo estadístico, tablas de datos y gráficas; en el análisis de resultados se explican todos los resultados de la práctica de laboratorio; en las conclusiones se da la respuesta a la pregunta de investigación; en las referencias y anexos están las diferentes fuentes que pueden ayudar a la comprensión del informe.

METODOLOGÍA

En nuestro experimento a tratar analizaremos las implicaciones de las fuerzas de tensión causadas por una masa puesta y su respectiva fuerza equilibrante la cual la podremos obtener con ayuda de la fuerza resultante, el experimento conllevaba a utilizar muchos conceptos importantes como lo eran la tensión, fuerza resultante, magnitud, dirección y sentido de las fuerzas. En el desarrollo del experimento teníamos que comenzar posicionando los soportes que contenían a las cuerdas, las cuales servían para adicionar las masas que crearían las fuerzas de tensión con las que trabajaríamos más adelante en una mesa de fuerzas que a su vez se encontraba nivelada, uno de estos soportes convenientemente lo ubicaríamos en el ángulo 0 y el otro si de forma aleatoria.  Después de haber posicionado las primeras fuerzas agregamos pesos distintos a las cuerdas, y luego calculamos la posición en donde se debería encontrar nuestra fuerza equilibrante, gracias a las fuerzas resultantes que la obteníamos sumando los ángulos en los cuales se encontraban los soportes que contenían a las fuerzas iniciales y lo dividíamos entre dos o siendo más técnicos encontrando el promedio de los dos primeros ángulos, y este sería el ángulo de nuestra fuerza equilibrante. Luego de encontrar el ángulo se procedía a encontrar la masa que debíamos proporcionar para que el sistema de fuerzas se equilibrara, esto nos tomó un poco de tiempo ya que tuvimos problemas al colocar las masas ya que no tuvimos en cuenta que estas no se debían modificar una vez ya planteadas inicialmente en cada prueba. Para saber que ya habíamos podido equilibrar el sistema comprobamos que una argolla que sujetaba las cuerdas de donde pendían las fuerzas no se encontrara haciendo contacto con un pequeño tubo que se encontraba en el centro de la mesa de fuerzas. Luego se tomaban los datos de ángulo, masa, y las respectivas fuerzas equilibrantes para cada muestra. Cabe aclarar que se realizaron dos partes, una que consistía en dos fuerzas y la otra contenía tres fuerzas, por supuesto cada muestra contenía la fuerza equilibrante, contando esta serian tres fuerzas en la primera parte y cuatro en la segunda..

TRATAMIENTO DE DATOS.

Tabla 1 (Datos experimentales con dos cuerdas)

Tabla 2 (Datos experimentales con 3 cuerdas)

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