MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO

No.

PRACTICA

PAGINA

1

Determinación experimental de la constante de rigidez de resortes (K) para el análisis de fuerzas concurrentes.

2

2

Comprobar la primera ley de Newton mediante el uso de dinamómetros.

7

3

Análisis del principio de poleas en sistemas mecánicos.

11

4

Momento de una fuerza con respecto a un punto y a un eje

17

5

Segunda ley de Newton aplicada al movimiento

21

6

Movimiento uniforme y uniformemente acelerado

24

7

Estudio de cuerpos en caída libre

28

8

Movimiento curvilíneo

32

9

Leyes de la reflexión y refracción

36

CARRERA (S):

Ingeniería Bioquímica

NOMBRE DE LA ASIGNATURA

Física

NO. CRÉDITOS SATCA DE PRÁCTICA

3-2-5

NOMBRE(S) DE LA(S) UNIDAD(ES) DE APRENDIZAJE

Estática

TEMA(S)

Determinación experimental de la constante de rigidez de resortes (K) para el análisis de fuerzas concurrentes.

COMPETENCIA A DESARROLLAR

Comprender los fundamentos de la mecánica y la importancia de esta en el área de la física en la solución de problemas relacionados con la ingeniería

NO. DE PRACTICA

1

DURACION (HORAS)

2 .

ANTECEDENTES

Se dice que un cuerpo tiene propiedades elásticas cuando al dejar de actuar sobre él una fuerza deformante, recupera su forma y su tamaño originales. Las bandas y las pelotas de hule, los resortes y el caucho son ejemplos de cuerpos elásticos.

Robert Hooke, físico inglés, encontró para los cuerpos elásticos la relación entre las fuerzas deformantes y las deformaciones; esta relación se conoce como Ley de Hooke. Establece que si no se excede cierto límite del cuerpo (máxima fuerza que puede soportar sin sufrir una deformación permanente), una deformación elástica es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza aplicada al cuerpo.

Para el caso particular de un resorte, como el que se muestra en la figura 1, al que se le aplica una fuerza F, la elongación x que sufre es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza. La Ley de Hooke para el resorte se puede expresar con la siguiente ecuación:

F = kx                                                (1)

donde k es una constante de proporcionalidad que recibe el nombre de constante elástica del resorte o constante de rigidez del resorte y depende del material y la geometría del resorte. Esta constante indica cuánta fuerza se tiene que aplicar al resorte para que su longitud se incremente en la unidad

[pic 3]

Figura 1.- Resortes sin y con carga.

PREGUNTA GENERADORA

¿Qué significado físico tiene la constante fe de un resorte? y ¿De qué factores depende la constante k ?

ACTIVIDADES A DESARROLLAR

MATERIAL:

- Cinta Métrica

- Balanza

- Resortes metálicos de diferentes tamaños

- 3 diferentes pesos.

PROCEDIMIENTO:

Para encontrar la constante elástica del resorte, el experimento se debe desarrollar de la siguiente manera:

Se sujeta el resorte verticalmente por uno de sus extremos a un punto fijo y se mide la distancia (xo) que hay entre las espiras de los extremos. Después, en el extremo inferior del resorte se cuelga una masa conocida (m). Se mide la nueva longitud del resorte, se calcula la elongación que sufre y se registra. Se determina el peso de la masa conocida (en Newtons) y se registra.  Se repite el experimento varias veces, utilizando una cantidad de masa diferente cada vez.

Construya una tabla de datos utilizando los resultados experimentales y en base a ésta, se determina el valor de la constante elástica del resorte, el cual será el mismo que el de la pendiente de la recta que mejor se ajuste al conjunto de datos experimentales, tal pendiente puede obtenerse por medio del método gráfico o bien una regresión lineal.

Instale el equipo como se indica en la figura 2. Procure que el resorte esté bien sujetado en el Dispositivo de Sujeción y que esté colocado verticalmente. Asegure que el Marco Básico se encuentre en posición vertical.

[pic 4]

Figura 2.- Instalación del Equipo.

Utilizando el Indicador Móvil del Marco Básico y la cinta métrica, mida longitud inicial (xo) según se muestra en la figura 1 y  regístrela. Coloque dentro del Recipiente Cilíndrico dos de los balines y obtenga el peso del conjunto en Newtons (W = mg). Cuelgue en el gancho del resorte el cilindro con los balines y mida la nueva longitud del resorte. Registre el peso W obtenido y la longitud x, que se incrementó el resorte, respecto a su longitud inicial.

Introduzca otros dos balines dentro del Recipiente Cilíndrico y obtenga el peso W del cilindro con los balines en Newtons. Cuelgue de nuevo el cilindro con los balines en el extremo del resorte y mida la longitud que se incrementa el resorte a partir de su longitud inicial. Repita 3 veces más esta operación, agregando dos balines en cada una de ellas.

Registre los diferentes pesos y las correspondientes elongaciones del resorte (en m) y elabore una Tabla de Datos, como se muestra en la tabla 1.

Tabla 1.- Tabla de Datos.

Determine la constante k del resorte para cada uno de los pares de datos experimentales.

Sugerencia: haga una gráfica del peso W contra la elongación x del resorte. En la gráfica obtenida, trace la línea recta que pase más cerca de los puntos experimentales y obtenga su pendiente. La constante k es igual a la pendiente. Otra forma de obtener la relación entre el peso colgado y el alargamiento del resorte es a partir de una regresión lineal de los datos experimentales. En este caso, se obtiene una relación de la forma:

W = mx + b                                                (2)

donde m, la pendiente de la recta, que es igual a la constante k del resorte.

 EVIDENCIAS A GENERAR EN EL DESARROLLO DE LA PRACTICA

El estudiante realizara un reporte final, en donde describirá las observaciones de la práctica y los resultados, dando énfasis a la parte teórica que sustenta el tema del trabajo.

INSTRUMENTO DE EVALUACION (RUBRICA, LISTA DE COTEJO, ETC.)

La evaluación de esta práctica experimental se realizara de la siguiente forma: 50% asistencia al laboratorio y 50% el reporte concluido.

BIBLIOGRAFIA

• OHANIAN, Hans; MARKERT, Jhon, Física para ingeniería y ciencias. Volumen 1. Tercera edición.
• SERWAY, Raymond. FISICA tomo 1, Quinta edición. Ed. McGraw Hill.
• GETTYS, W. Edward. FISICA tomo 1, Ed. McGraw Hill.