Elongacion de cuerpos elasticos

Elongación de cuerpos elásticos

Problema

Determinar experimentalmente la relación cuantitativa entre la elongación de diversos cuerpos elásticos al aplicarles masas  similares.

Marco Teórico

La elasticidad es la capacidad que tiene un cuerpo sólido para recuperar su forma o tamaño original, cuando a este se le retiran las masas externas aplicadas sobre él, es una relación entre las masas aplicadas y sus correspondientes deformaciones.

Un Cuerpo elástico es aquel que cuando desaparecen las masas exteriores, recuperan su forma o tamaño original.

Un Cuerpo inelástico es aquel que cuando desaparecen las masas externas, no retorna perfectamente a su estado inicial.

El Límite elástico, existe cuando un cuerpo está a punto de deformarse  permanentemente. Todos los materiales elásticos tienen un límite de elasticidad, lo cual significa que si aplicamos una masa mayor al límite de elasticidad, el material queda deformado o se rompe. (1) FÍSICA MODERNA

Deformación: Es el cambio de un objeto a nivel dimensión o forma, cuando la deformación producida por las masas aplicadas no desaparece al retirar dicha masa, entonces decimos que el objeto está permanentemente deformado.

La fuerza de deformación hace cambiar la distancia entre las moléculas, separándolas o acercándolas y cuando dicha masa deja de ser aplicada sobre el objeto, las moléculas vuelven a su estado de esparcimiento normal.

Existen varios tipos de deformación:

Deformación por tensión o elongación, deformación por esfuerzo cortante, o cizalladura, deformación por compresión, deformación volumétrica.  (1) (2) física moderna y física universitaria

En esta práctica sólo abordaremos la deformación por tensión o elongación y esta se define; como la razón del aumento  de longitud  a la longitud inicial.

ESPACIO 1

ESPACIO 2

Para comprender mejor el fenómeno de plasticidad tenemos que tener claro que es elasticidad y así poder diferenciarlos, ya que son dos conceptos muy diferentes.

La elasticidad es la propiedad que posee un material para recuperar su tamaño y su forma original después de haber sido comprimido o estirado por una masa externa. Cuando una masa externa actúa sobre un material, causa esfuerzo o tensión en el interior del material (a nivel molecular) provocando la deformación del mismo.

Por otro lado la plasticidad  es un cambio irreversible en esos materiales o sustancias. Un cuerpo que se deforma plásticamente, experimenta cambios de entropía (transformaciones), como no recuperar su forma inicial, deformandolo permanentemente.

ESPACIO 3

Interpretando el diagrama anterior, decimos que:

En A y B el esfuerzo y la deformación no son proporcionales.

Si aplicamos un esfuerzo entre O y B, el material aun recupera su longitud inicial, ya que el material es elástico.

Al punto B lo denominaremos como límite de elasticidad, y hasta este punto las fuerzas ejercidas son conservativas, permitiéndole al material volver a su forma original sin sufrir deformaciones, hasta aquí decimos que la deformación que sufrió fue reversible.

Sin embargo si seguimos estirando el material hasta el punto C, la deformación aumenta y el material no vuelve a recuperar su longitud inicial, formándose permanentemente llegando al punto D que es la fractura del material.

Entonces decimos que desde el punto B hasta el punto D, el material sufre una deformación plástica.(2) física universitaria

Algunos materiales presentan histéresis elástica y tienen diversas aplicaciones industriales, una de las cuales es la amortiguación, por ejemplo: para que una máquina industrial no transmita vibraciones directamente al suelo, este se aísla mediante materiales con histéresis elástica como son las gomas, ya que parte de sus vibraciones quedan absorbidas en forma de calor y la vibración no se transmitirá en su totalidad hasta el suelo.

Para tomar medidas cuantitativas de las propiedades elásticas, es preciso explicar dos términos nuevos:

Esfuerzo: Es la fuerza que actúa sobre un cuerpo para deformarlo, el esfuerzo representa la tendencia de un objeto a recuperar su configuración original.

Esfuerzo= F/A

El comportamiento de la materia variará dependiendo de cómo se aplique esta fuerza. Así, esta puede causar diferentes deformaciones en los cuerpos: estirarlo (esfuerzo de tracción), aplastarlo (esfuerzo de compresión), doblarlo (esfuerzo de flexión), cortarlo (esfuerzo cortante o de corte), o retorcerlo (esfuerzo de torsión). (1), (2) física moderna y física universitaria

Ley de Hooke. Llamada así en honor del matemático Robert  Hooke (1635-1703), establece: “la fuerza ejercida por un resorte es directamente proporcional a su deformación”

F=k. X

Donde:

F=  fuerza de restitución y está expresada por NEWTONS (N)

K= constante de proporcionalidad, denominada “constante elástica” y está expresada en(N/m)

X= cantidad de alargamiento o acortamiento del resorte y está expresada en (m)

Esto explica porque al estirar un resorte, cada vez que lo estiramos mas y mas, se dificulta seguir estirándose.

Si un cuerpo después de ser deformado por una fuerza, vuelve a su estado original , se dice que este es un cuerpo elástico. (3)(4) incifima , S/N

Objeto de estudio

Para construir un mejor conocimiento sobre éstos fenómenos de elasticidad, plasticidad e histéresis, tomaremos como modelo algunos cuerpos elásticos: 3 telas deportivas, 3 condones de diferentes marcas y 3 tipos de resortes; en donde pondremos a prueba éstas características aplicando diversas masas.

Objetivo general.

Se pondrá a prueba las características de elasticidad, plasticidad e histéresis, según sea el caso, en los modelos de cuerpos elásticos que tomamos (telas elásticas, condones y resortes); para ello se va a aplicar diversas masas similares en cada uno de los cuerpos elásticos con el objetivo de poder observar y comparar sus comportamientos resultantes para generar un conocimiento completo sobre la elasticidad.

Objetivos específicos

• Observar y comprender el fenómeno de la elasticidad.
• Observar cómo es que se genera el fenómeno de plasticidad

• Comprender y diferenciar la histéresis de las otras características ya mencionadas.

• Comprender la diferencia que existe entre elasticidad, plasticidad e histéresis.
• Encontrar el funcionamiento de éstos fenómenos y su aplicación a diversos problemas científicos y  vida diaria.

Justificación del Trabajo

Con éste experimento se logrará tener un conocimiento de los cuerpos elásticos, pero principalmente se busca fomentar la importancia de éstos cuerpos en la vida diaria que ayudan a resolver problemas; además de impulsar la creatividad en éste conocimiento obtenido para poder aplicarlo a problemas nuevos o mejorarlos, así como problemas científicos como de la vida diaria.

Hipótesis

Tomando en cuenta las variables que encontramos: el estiramiento de los cuerpos y la masa aplicada; encontramos que la variable dependiente se encuentra en el estiramiento de los cuerpos elásticos ya que ésta dependerá de la variable independiente que es la masa que aplicaremos al cuerpo. Con ésto se espera que que la elasticidad de los cuerpos elásticos sea directamente proporcional a la masa aplicada.

Desarrollo Experimental

• Materiales de Laboratorio

• Soporte Universal
• Pinza de dos dedos
• Pinza de doble nuez
• Cinta métrica o regla
• Clip
• Bolsa de plástico

• Reactivos

• Liga deportiva
• 3 condones de diferente marca
• Resorte
• Objetos para pesar

• Lista de Equipo

• Balanza semianalítica

• Lista de servicios

• Electricidad

• Parte experimental

• Se instalará el soporte universal
• Con ayuda de la pinza de doble nuez se colocará la pinza de dos dedos en la parte superior del soporte universal.
• A continuación se pesará los objetos que se aplicará a los cuerpos elásticos como fuerza en forma de masa
• Igualmente se tomará nota acerca de sus masas respectivas.
• Por otra parte, se anotará la longitud inicial del cuerpo elástico.
• Posteriormente, en la pinza de dos dedos se sujetará el primer cuerpo elástico.
• A continuación se aplicará la fuerza de la masa dejando colgar uno a uno los objetos ya pesados en la parte inferior del cuerpo elástico.
• Se anotará la longitud obtenida con respecto a cada uno de los objetos que se le aplique al cuerpo elástico.
• Finalmente se repite los 4 pasos anteriores con cada uno de los cuerpos elásticos.

Resultados

La recuperación de resultados obtenidos en la parte experimental se registró en las siguientes tablas:

Para el registro de resultados y datos de condones, las tablas: 1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 3.1 y 3.2

Para el registro de resultados y datos de los resortes, las tablas: 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, 6.1 y 6.2

Para el registro de resultados y datos de las telas elásticas, las tablas: 7.1, 7.2, 8.1, 8.2, 9.1 y 9.2

Para observar y comparar la elasticidad de los cuerpos, se realizó 3 gráficas con los tres tipos de cuerpos elásticos similares: 1.1 para los condones, 1.2 para los resortes y 1.3 para las telas elásticas.

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