Leyes de Newton y la ley del paralelogramo

Introducción

La mecánica es una parte de la física que estudia el movimiento de los cuerpos, tiene por principios las leyes de Newton y la ley del paralelogramo. Así mismo, por principio de una ciencia se entiende como aquel fundamento o base a partir del cual se deduce los conocimientos, los cuales son indemostrables y por lo tanto, se asumen como verdaderos.

La estática determina las condiciones bajo las cuales un cuerpo actuado por diversas fuerzas permanece en equilibrio, es decir, en reposo. Algunos de sus principios fueron formulados hace ya siglos por los egipcios y babilónicos, quienes se concentraban en problemas de construcción de pirámides y templos. Así, a lo largo del tiempo, y con forme cambiaran las necesidades de los humanos en esos determinados puntos de la historia; se irían desarrollando más principios que darían la base de lo que hoy se conoce como la estática, principios que serían la base de la mecánica.

Uno de estos principios, es el de equilibrio de una partícula (por el momento, ya que más adelante, con más herramientas en la mano, se podrá analizar lo referente a un cuerpo rígido), y ocurre cuando la resultante de un sistema de fuerzas concurrentes que actúan sobre una partícula es cero, así mismo, considerando en el plano las componentes de las fuerzas, se obtienen ecuaciones que afirman que la suma algebraica de las componentes x, así como las de y, de todas las fuerzas que actúan sobre la partícula, debe ser cero.

El siguiente principio es el de adición de sistemas de fuerzas en equilibrio, en el cual es posible sumar dos o más vectores, que al ser fuerzas concurrentes y aplicadas a un cuerpo que está en equilibrio, la resultante de la suma de estas fuerzas es cero.

Y por último, el principio de Stevin describe el comportamiento de un cuerpo en un plano inclinado liso y así mismo, emplea la ley del paralelogramo para la adición de fuerzas y dice así: la resultante de dos fuerzas que concurren en un punto se encuentra en la diagonal del paralelogramo construido por dichas fuerzas y pasa por dicho punto.

Con estos conocimientos teóricos, ya establecidos y en consecuencia, ya previamente vistos, analizado y comprendido de manera teórica, podrá llevarse a cabo la siguiente práctica, que consiste en verificar si lo que se sabe en aspecto teórico, resulta ser real ya no en una hoja de papel, sino de manera experimental tal que sea posible tocar y ver lo que se lleva a cabo y así lograr un mejor aprendizaje de estos conocimientos básicos de la “mecánica clásica”.

Objetivos.

Realizar la verificación experimental de los siguientes principios:

El principio de equilibrio

El principio de adición de sistemas de fuerzas en equilibrio

El principio de Stevin (o ley del paralelogramo)

Equipo a utilizar.

Mesa de fuerzas con accesorios

Dinamómetro simple de 10 N

Nivel de mano

Desarrollo.

Actividad parte 1.

Nivele la mesa de fuerzas en el área de trabajo con un menor número de irregularidades.

En los extremos de 4 hilos que pasen por poleas coloque masas cuya magnitud sea de 200g, de tal manera que la argolla en la cual se unen esté en equilibrio (es decir, que la argolla no toque el perno central)

Fuerza Magnitud [N] Posición angular [ O ]

F1 1.962 00

F2 1.962 900

F3 1.962 1800

F4 1.962 2700

Actividad parte 2.

Sobre la mesa de fuerzas fije un apoles en referencia de cero grados y coloque otras dos en una posición arbitraria de tal manera que se logre el equilibrio de la argolla, formando así un sistema concurrente constituido por tres fuerzas.

Fuerza Magnitud [N] Posición angular [ O ]

F1 1.962 00

F2 1.962 1200

F3 1.962 2400

Una vez determinado el equilibrio determine la magnitud y dirección de la fuerza equilibrante dada por las fuerzas F2 y F3

|Feq| = 1962 [N] Posición angular = 120 [ O ]

Manteniendo la polea en la referencia de cero grados descomponga, experimentalmente, la fuerza equilibrante en dos componentes ortogonales.

Fuerza Magnitud [N] Posición angular [ O ]

F1 2.0115 00

F2 1.962 900

F3 2.943 2240

Actividad parte 3.

Sobre la mesa de fuerzas coloque un sistema de tres fuerzas actuando sobre la argolla, determine la fuerza equilibrante empleando el dinamómetro previamente calibrado.

Fuerza Magnitud [N] Posición angular [ O ]

F1 2.1582 00

F2 1.962 900

F3 2.5506 1840

Feq 2.3544 2700

Cuestionario.

¿Por qué la magnitud de la tensión en cada hilo es igual a la del peso de la masa que se encuentra suspendida en él?

Debido a la tercera ley de Newton (acción y reacción) La acción de cada hilo sobre su respectivo peso es contraria en sentido pero de igual magnitud y dirección. Sino el cuerpo caería. Sobre dicho cuerpo actúa su propio peso (P), que lo atrae hacia la Tierra. Sin embargo el cuerpo no cae, sino que permanece en reposo porque la cuerda tensa lo hala con la misma fuerza (T) hacia arriba. A esta fuerza se le llama tensión.

El resultado de la acción de las dos fuerzas del mismo valor, una hacia arriba y otra hacia abajo, hace que el cuerpo permanezca en reposo, es decir, su aceleración es igual a cero. A este par de fuerzas se les llama fuerzas equilibradas.

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