FUERZAS ELÁSTICAS-TRABAJO EN EL PLANO INCLINADO

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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EXACTAS

LABORATORIO DE FÍSICA

INFORME PRÁCTICA Nº5

TÍTULO DE LA PRÁCTICA:

FUERZAS ELÁSTICAS-TRABAJO EN EL PLANO INCLINADO

DOCENTE:

ALUMNOS:

NRC: 3970

SANGOLQUI

FUERZAS ELÁSTICAS-TRABAJO EN EL PLANO INCLINADO

Guerra John, Guevara Paredes

Departamento de Física, Universidad De Las Fuerzas Armadas “ESPE”, Av. General Rumiñahui s/n y Ambato, Sangolquí -Pichincha

Departamento de Ciencias de la Tierra y de la Construcción

E-mail: jaguerra5@espe.edu.ec

Recibido

Resumen

Se sabe que la fuerza elástica es la ejercida por objetos tales como resortes, que tienen una posición normal, fuera de la cual almacenan energía potencial y ejercen fuerzas. 

En el siguiente informe de laboratorio se presenta las instrucciones y lineamientos generales para reconocer relación que existe entre la fuerza y la deformación, además de entender cómo se calcula la constante elástica de un resorte. Se emplearán diversos materiales de fácil adquisición tales como un resorte helicoidal elástico, portapesas, pesas, patín, dinamómetro, regla milimetrada y una regla vertical milimetrada.

Palabras claves: Fuerzas, elasticidad, deformación, constante, resorte, desplazamiento, plano.

Abstract

It is known that the elastic force is that exerted by objects such as springs, which have a normal position, outside which they store potential energy and exert forces.

The following laboratory report presents the instructions and general guidelines for recognizing the relationship between force and deformation, as well as understanding how the elastic constant of a spring is calculated. Various easy-to-use materials will be used, such as an elastic helical spring, weight holder, weights, skate, dynamometer, millimeter ruler and a vertical millimetric ruler.

Keywords: Forces, elasticity, deformation, constant, spring, displacement, plane.

1. OBJETIVOS

-Analizar la relación existente entre fuerza y deformación para cuerpos elásticos (Ley de Hooke).

-Determinar la constante elástica del resorte.

-Analizar el trabajo del peso  y el trabajo a lo largo del plano inclinado.[pic 3]

-Comparar el valor del trabajo a lo largo del plano in clinado Wi con el trabajo del peso .[pic 4]

2.  INTRODUCCIÓN

Gran parte de los fenómenos físicos, y que competen a otras actividades científicas, se comportan, mediante la abstracción teórica, como movimientos oscilatorios, con periodos de oscilación característicos. El estudio de uno de estos osciladores nos permitirá determinar leyes que rigen este tipo de movimientos. En nuestro caso nos centraremos en el sistema constituido por una masa sujeta a un resorte donde vale la siguiente ley:
F=-k(x-l0)
Que nos dice que la fuerza que siente m debida al resorte es proporcional al estiramiento de este desde su longitud natural l0. El objetivo central del experimento será determinar la constate k y cómo varia el periodo de oscilación al variar ciertos parámetros.

1. MARCO TEÓRICO

La fuerza elástica

La fuerza elástica es la ejercida por objetos tales como resortes, que tienen una posición normal, fuera de la cual almacenan energía potencial y ejercen fuerzas.

La fuerza elástica se calcula como:

                                                                            (1)[pic 5]

F = Fuerza elástica [N]
k = Constante de elasticidad del resorte [N/m]
ΔX = Desplazamiento desde la posición normal [m]

Todo cuerpo elástico (por ejemplo, una cuerda elástica) reacciona contra la fuerza deformadora para recuperar su forma original. Como ésta, según la ley de Hooke, es proporcional a la deformación producida, la fuerza deformadora tendrá que tener el mismo valor y dirección, pero su sentido será el contrario. F=-k·x.

Donde k representa la constante elástica (o recuperadora) del resorte y depende de su naturaleza y geometría de construcción. Es decir, es un valor que proporciona el fabricante sobre el muelle u otro objeto elástico en cuestión y que depende del material del que esté fabricado y de su forma. El valor de la fuerza elástica es, por tanto, variable, puesto que depende en cada caso del valor que corresponde a la deformación x.

[pic 6]

Figura 1. Resortes en equilibrio suspendidos por cuerpos o pesos

Trabajo y energía potencial

El trabajo de una fuerza F en un plano inclinado es igual a: [pic 7]

                                                                   (2)[pic 8]

El trabajo del peso

                                                   (3)[pic 9]

Estos dos trabajos deber ser iguales y lo podemos ver calculando el error:

                                                       (4)[pic 10]

1. EQUIPOS Y MATERIALES

Materiales

-Resorte Helicoidal elástico
-Portapesas
-Pesas
-Plano inclinado
-Patín
-Material de montaje

Herramientas

-Escala graduada
-Dinamómetro
-Regla milimetrada
-Regla vertical milimetrada

5. PROCEDIMIENTO

4.1. Ley de Hooke

Realice la lectura de la posición inicial del resorte helicoidal, utilizando el indicador respectivo, haciéndose coincidir con una división exacta de la escala graduada.

Incremente la carga en el portapesas y cada vez que registre la deformación del resorte. Manténgase en el rango de la escala graduada.[pic 11]

Figura 2. Ley de Hooke

4.2. Trabajo a lo largo del plano inclinado con desplazamiento contante.

Disponga el plano inclinado de tal manera que el patín se desplace uniformemente sobre ésta, siempre la misma magnitud, pero con diferentes alturas.

Con el dinamómetro acoplado al patín, mida la fuerza necesaria para lograr este movimiento y con las reglas, determine el desplazamiento realizado y la altura real alcanzada por el patín.

4.3. Trabajo a lo largo del plano inclinado con una altura constante.

Colocado el quipo para el numeral 3.1, varíe la magnitud del recorrido del patín, 3 veces, para una misma altura. Mida tanto la fuerza, la altura y el desplazamiento.

4.4. Registre los datos en la hoja técnica.

6. ILUSTRACIONES[pic 12]

Figura 3. La rampa contiene un plano inclinado de precisión, el plano puede moverse hasta el ángulo de inclinación que se requiera para que el cuerpo se deslice a través de él.

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Figura 4. Dinamómetro, es un instrumento utilizado para medir fuerzas o para pesar objetos. El dinamómetro tradicional, inventado por Isaac Newton, basa su funcionamiento en el estiramiento de un resorte que sigue la ley de elasticidad de Hooke en el rango de medición. Al igual que una báscula con muelle elástico, es una balanza de resorte, pero no debe confundirse con una balanza de platillos (instrumento utilizado para comparar masas).

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Figura 5. Regla graduada, también conocida como regla , es un instrumento de medición con forma de plancha delgada y rectangular que incluye una escala de longitud, por ejemplo, centímetros o pulgadas; es útil para trazar segmentos con la ayuda de un bolígrafo o lápiz, y puede ser rígido, semirrígido o muy flexible, construido de madera, metal y material plástico, entre otros.

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Figura 6. Graduador, o transportador, es un instrumento que mide ángulos en grados y que viene en dos presentaciones básicas:

-Transportador con forma semicircular graduado en 180° (grados sexagesimales) o 200° (grados centesimales). Es más común que el circular, pero tiene la limitación de que al medir ángulos cóncavos (de más de 180° y menos de 360°), se tiene que realizar una doble medición.

-Transportador con forma circular graduado en 360° o 400°.

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Figura 9. Las pesas de laboratorio sirven básicamente para realizar controles a las balanzas. En el caso más común es frecuente utilizar pesas como material de referencia y verificar que exista trazabilidad, aunque también se busca confirmar sensibilidad o inclusive calibrar la balanza en caso de algún eventual error de cero u otro error factible de corrección por medio de algún calculo.

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