EXPERIENCIAS EN FÍSICA: CALIBRACION ESTATICA DE LA CONSTANTE DE UN RESORTE.
Enviado por Valery Luna Marin • 18 de Septiembre de 2016 • Trabajos • 2.034 Palabras (9 Páginas) • 861 Visitas
EXPERIENCIAS EN FÍSICA: CALIBRACION ESTATICA DE LA CONSTANTE DE UN RESORTE
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Facultad de Ingenierías, Universidad Católica de Oriente, Rionegro, [pic 4][pic 5]
RESUMEN
La ley de Hooke describe el comportamiento de un resorte al aplicársele una fuerza externa al mismo. En este laboratorio se aplicaron conceptos básicos sobre regresión lineal, la incertidumbre de las medidas tanto directas como indirectas, para el desarrollo correcto de la calibración estática de un resorte y su respectiva constante de elasticidad asociada a una deformación y fuerza aplicada, determinando de esta manera una de las propiedades mecánicas del resorte luego de aplicada una carga externa estática.
- INTRODUCCIÓN
Al suspender de un resorte una masa m la reacción física del mismo es una elongación hasta que llega a un punto de equilibrio, el cual varia cuando se aumenta el peso de la masa m. Llamamos entonces fuerza a la reacción que se da entre el peso de la masa m y el valor de la gravedad de la tierra, por lo tanto esta fuerza es un producto entre estas dos variables; y la elongación es la reacción del resorte desde un punto de referencia inicial hasta un punto final que es ocasionado por la fuerza aplicada al mismo en determinado momento.
Basando los resultados experimentales del laboratorio de calibración estática de la constante de elasticidad de un resorte en la ley de Hooke que describe, fenómenos elásticos que exhiben los resortes, quien en 1678 publica la ley conocida como la ley de Hooke. “la fuerza que devuelve un resorte a su posición de equilibrio es proporcional al valor de la distancia que se desplaza de esa posición” (martinez, 2015).
Para el posterior análisis de los datos obtenidos en el procedimiento experimental se debe tener un conocimiento previo del manejo de programas para análisis gráfico y estadístico, las cuales relacionan de manera directa las variables de importancia que en este caso serán la Fuerza y la deformación, y permiten dar un valor más aproximado de las propiedades físicas y mecánicas de un cuerpo, que en este caso serán resortes.
- FUNDAMENTOS
“Para estirar o comprimir un resorte respecto a su longitud natural es necesaria una tracción o una compresión; cuanto mayor sea dicha tracción o compresión, mayor será la longitud estirada o comprimida (Tipler, 2006)”.
Un resorte sostenido sobre una superficie al cual se le aplica una fuerza externa, se convierte en un sistema que nos permite calibrar la elasticidad. Para ello es necesario entender conceptos físicos y leyes de la física que aplican para este sistema.
- Deformación de un resorte
Bajo la acción de fuerzas aplicadas, los sólidos se deforman, o sea, cambian de forma y volumen, en mayor o menor grado (Landau, 1969).
La deformación se mide desde un punto de referencia que posee inicialmente una medida , la cual se ve afectada al aplicarse una fuerza externa al cuerpo y se desplaza hasta una distancia . Esto es lo que se define como deformación del resorte debido a la fuerza ejercida por un cuerpo sobre él. [pic 6][pic 7]
- La elasticidad y ley de Hooke para resortes:
“La ley de Hooke establece que la fuerza que se requiere para estirar o comprimir un resorte x unidades de longitud a partir de su longitud natural (sin comprimir), es proporcional a x. En símbolos,
(1)[pic 8]
La constante k, medida en unidades de fuerza por unidad de longitud, es una característica del resorte, denominada constate del resorte (o constante de fuerza del resorte). La ley de Hooke, proporciona buenos resultas, siempre y cuando la fuerza no distorsione el metal del que está hecho el resorte (Thomas, 2005)”
Esta ley de Robert Hooke nos permite establecer una relación directa entre las fuerzas ejercidas sobre un resorte y su respectiva deformación luego de aplicada la fuerza. Este fenómeno elástico se podría decir que es casi específico para cada resorte, ya que cada uno posee una constante k diferente.
- Regresión lineal: constante de elasticidad (k)
Debido a que la relación entre fuerza y deformación tiene un crecimiento netamente lineal, las gráficas de regresión lineal la cual presenta una ecuación de tendencia: , donde de acuerdo con la ley de Hooke presentada en la ecuación (1), la constante k es afectada por una distancia x, que en relación con la ecuación de tendencia se daría entonces que k=mx.[pic 9]
- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
- Calibración de resortes
En la esta parte de la práctica experimental se realiza una calibración estática para cada uno de los resortes que se utilizaran, la cual se basa en hallar la constante de elasticidad cuando todo el sistema se encuentra en equilibrio. Por lo tanto se utilizara el método que consiste en aplicar una serie de fuerzas (masas) conocidas al resorte y posteriormente realizando la medida de la deformación correspondiente, con lo que hallaremos las constante de elasticidad a través de una constante k la cual relaciona las dos magnitudes de forma proporcional.
- Resorte #1 (amarillo 2)
Para el proceso con el resorte #1 se aplicaron las siguientes (Tabla 1) masas las cuales fueron pesadas con una gramera científica para corroborar su valor, y las cuales posteriormente se convierte en fuerzas por efecto de la gravedad al ser suspendidas del resorte.
No. De Muestra | Medida de masa (Kg) | Fuerza Conocida(N) |
0 | 0,000 Kg±0,002 Kg | 0,000 N±0.009 N |
1 | 0,048 Kg±0,002 Kg | 0,470 N±0.009 N |
2 | 0,052 Kg±0,002 Kg | 0,509 N±0.009 N |
3 | 0,100 Kg±0,002 Kg | 0,980 N±0.009 N |
4 | 0,152 Kg±0,002 Kg | 1,489 N±0.009 N |
5 | 0,202 Kg±0,002 Kg | 1,979 N±0.009 N |
6 | 0,254 Kg±0,002 Kg | 2,489 N±0.009 N |
7 | 0,302 Kg±0,002 Kg | 2,959 N±0.009 N |
Tabla 1. Valores de las masas aplicadas al resorte (Fuerzas conocidas)
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