MESA DE FUERZAS

MESA DE FUERZAS

E. F. Burbano, S.G. Caicedo, W.N. Rivera, A. Rodríguez y M. A. Tacha

Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá - Octubre del 2018

Resumen

Se buscó encontrar el vector resultante de dos fuerzas aplicadas cuando el sistema estaba en equilibrio, esto se realizó mediante la aplicación de dos métodos: Gráfico y experimental, que se compararon con el método analitico, con el fin de determinar el más exacto. Se obtuvo como resultado, que el más adecuado para este experimento, fue el método gráfico.

INTRODUCCIÓN

La mesa de fuerzas es un instrumento que permite demostrar de forma experimental el comportamiento de magnitudes por medio de vectores a partir del concepto de equilibrio. Además, permite el estudio de la composición y descomposición de los vectores, todo esto, fundamentado en la primera ley de Newton. Así pues, el objetivo de la práctica consistió en hallar la fuerza resultante de dos vectores por descomposición y graficación.

MARCO TEÓRICO

Para realizar la práctica N°5 : mesa de fuerzas, es necesario conocer y comprender los siguientes conceptos .

Primera ley de newton : conocida también como la ley de la inercia, establece que en ausencia de fuerzas externas, y cuando se ve desde un marco de referencia inercial (es decir un marco de referencia donde el objeto tiene una aceleración igual a cero ), un objeto se mantiene en reposo y un objeto continúa en movimiento con una velocidad constante ( esto es , con una rapidez constante en una línea recta). A su vez la tendencia de un objeto a resistir cualquier intento de cambiar su velocidad se llama inercia.[1]

En física frecuentemente se trabaja con cantidades físicas que tienen propiedades tanto numéricas como direccionales, las cuales reciben el nombre de cantidades vectoriales o vectores.[1]Estas se  representan de la siguiente manera,además la magnitud del vector A siempre tiene unidades físicas positivas.Son ejemplos de cantidades vectoriales ,la velocidad, la aceleración y la fuerza.[2][pic 1][pic 2]

Suma de vectores: como ya se mencionó anteriormente  las magnitudes vectoriales poseen módulo y dirección, y se suman como los desplazamientos. Para realizar dicha suma de vectores  es conveniente utilizar un método gráfico como el método del paralelogramo, en donde se dibujan ambos vectores en el mismo punto de origen con sus magnitudes representadas mediante una escala de longitud conveniente, después se completa el paralelogramo dibujando dos segmentos paralelos a los vectores iniciales y luego se traza el vector resultante como la diagonal del paralelogramo.

[pic 3]

Otro forma es el método del triángulo en donde se dibuja uno de los vectore, A, a sumar y el otro,B, se dibuja de tal forma que su origen coincida con la punta del otro vector. El vector resultante es el vector que se dibuja desde el origen del primer vector A hasta la punta del segundo vector B.[2]

[pic 4]

La magnitud del vector resultante, en ambos casos, se obtiene al sumar las magnitudes de los vectores  iniciales.

Metodo analitico: el método gráfico no se recomienda en problemas tridimensionales, por lo tanto se recurre a otro método conocido como analitico, en dondese utiliza las proyecciones de de los vectores de los ejes de coordenadas llamadas componentes

[pic 5]

 De tal forma que los componentes del vector  son :[1]. Una vez se han obtenido los componentes se suman por separado de tal forma que vector resultante R de la suma de los vectores Ā  y B  es  [pic 6][pic 7]

; [1][pic 8][pic 9]

y la magnitud de R y el ángulo que forma con el eje x se obtiene a partir de

;  [1] [pic 10][pic 11]

Fuerzas concurrentes :  son aquellas que están aplicadas a un mismo punto, o cuando las líneas de acción de un sistema de fuerzas pasa por un mismo punto [3]

PROCEDIMIENTO

El proceso realizado en la presente práctica consistió en el uso de una mesa de fuerzas , instrumento que posee graduación angular lo que permite medir el ángulo de ubicación de las tres poleas empleadas, para las que su cuerda se sujeta a un anillo posicionado en un tornillo central, además estas cuerdas sostendrán diferentes masas mediante portapesas, las poleas 1 y 2 mantendrán una masa constante mientras que la masa de la tercera polea variará buscando encontrar el equilibrio del sistema que se alcanza cuando el anillo se encuentra situado en la circunferencia central marcada en la mesa.

Este procedimiento se hizo de dos maneras distintas, en primera instancia, se colocó la primera polea en un ángulo entre 0 y 90°, la segunda polea entre 90 a 180° y la polea de la fuerza equilibrante entre 180 a 270°. En el segundo proceso la primera polea se posicionó en 0°, la segunda en 90° y la polea de la fuerza equilibrante en 230°.

Figura N°1: Montaje mesa de fuerzas, foto tomada en la práctica realizada el 25 de septiembre del 2018.[pic 12][pic 13]

RESULTADOS

Tabla N°1: Datos método experimental

Tabla N°2: Datos método gráfico

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