La definición de la constante k, que se producen en los muelles

UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE

FICA

CIERCOM

Nombre: John Jairo Recalde Moreno

INFORME # 2

1.- TÍTULO

Fuerzas Elásticas

2.- OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO

Determinar la constante k que surgen en los resortes.

Profundizar conocimientos sobre fuerzas elásticas, a través del estudio de las deformaciones que sufre un alambre de acero tensionado.

Aplicar y comprobar la ley de Hooke.

3.- INTRODUCCIÓN

Las deformaciones que experimentan los cuerpos sometidos a la acción de fuerzas son de dos tipos fundamentales, a saber:

Elásticas

Inelásticas( o plásticas)

Elásticas: Son aquellas deformaciones que tienen la propiedad de desaparecer luego de que dejan de actuar las fuerzas externas que las provocaron, mientras que las inelásticas son las que perduran aún después de retirarse las fuerzas que las originaron.

Es importante reconocer que el carácter elástico o inelástico de las deformaciones que sufre un determinado cuerpo no es más que una consecuencia de las características que tienen las fuerzas de interacción entre las partículas que constituyen a dicho cuerpo y que son las que en fin de cuentas determinan que el cuerpo recupere total o parcialmente su forma original luego de eliminadas las acciones externas.

La relación matemática existente entre la fuerza aplicada sobre un cuerpo y la deformación que este experimenta se conoce como Ley de Hooke y se puede enunciar de la forma siguiente:

El valor de la deformación (Δx) es directamente proporcional a la fuerza que la provoca (F), siempre que esta última no supere cierto valor límite que se conoce como límite de elasticidad.

Esta Ley vectorialmente se expresa como:

F=k. Δx -Ecuación (1)-

Donde k es una constante de proporcionalidad que depende de la geometría y de la naturaleza del material de que esté formado el cuerpo en cuestión.

De la ecuación (1) se desprende que cuando un agente externo ejerce una fuerza (F) sobre un cuerpo, este sufre una deformación (Δx) en la misma dirección y sentido que dicha fuerza.

No obstante lo anterior, la 3erA Ley de Newton garantiza que si el agente externo aplica una fuerza (F) sobre el cuerpo, entonces el propio cuerpo ejercerá una fuerza aplicada sobre el agente externo que lo deforma y que es igual a (-F). Esto último es lo que hace que la ecuación que describe no a la fuerza externa aplicada sobre el cuerpo, sino a la fuerza que tienen origen en las interacciones de las partículas que componen el mismo, se escriba como:

F= - k. Δx -Ecuación (2)-

De la ecuación (2) se deriva el carácter elástico de las fuerzas internas que son los responsables de que el cuerpo recupere su forma original al dejar de actuar la fuerza externa.

En esta práctica se estudia la llamada deformación por tracción longitudinal, la cual aparece al aplicar una fuerza en la dirección longitudinal de cuerpos alargados como vigas, alambres, etc.

Para caracterizar cuantitativamente las deformaciones de forma tal que el valor de esta no dependa de la longitud inicial del material en cuestión se define la llamada deformación unitaria como el coeficiente (ΔL/L), valor este que solo depende de la naturaleza del material de interés.

De forma análoga, se define el llamado esfuerzo unitario, (p= F/A) que no es más que la acción de la fuerza aplicada por unidad de área.

Reformulando la Ley de Hooke en forma de magnitudes unitarias de la siguiente forma:

p= E. (ΔL/L) –Ecuación (3)-

Donde E es una constante de proporcionalidad que no depende de las características geométricas del cuerpo y se nombra módulo de Young.

La expresión (3) puede escribirse como:

F=(E*S)/L* ΔL – Ecuación (4)-

Y comprando esta expresión (4) con la expresión (1) obtenemos que:

K=ES/L – Ecuación (5)-

O sea que la constante K que aparece en la Ley de Hooke depende tanto de la naturaleza del material de estudio, como de las condiciones geométricas del mismo.

La ecuación (4) nos permite determinar experimentalmente el módulo de Young de una determinado material, en particular de un alambre al cual le sometemos al efecto de valores conocidos de fuerzas longitudinales y se miden las deformaciones del alambre bajo estas fuerzas.

Representando en el eje de las Y la deformación (alargamiento) del alambre y en el eje de las x la fuerza aplicada obtendremos una línea recta, cuya pendiente coincide con la constante K y por la expresión (5) determinamos su módulo de Young.

4.- APARATOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS

4.1.- SOPORTE UNIVERSAL PARA LABORATORIO

El soporte universal es una herramienta que se utiliza en laboratorio para realizar montajes con los materiales presentes en el laboratorio y obtener sistemas de medición o de diversas funciones, como por ejemplo: un fusiómetro, un equipo de destilación.

4.2.- MASAS

Es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una magnitud escalar.

4.3.- RESORTES METÁLICOS.

Se conoce como resorte

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