LABORATORIO DE FISICA 2 EXPERIENCIA 1.doc

8/10/2019 LABORATORIO DE FISICA 2 EXPERIENCIA 1.doc

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Per, DECANA DE AMRICA)

FACULTAD DE ING. ELECTRONICA Y ELCTRICA

LABORATORIO DE FISICA II

Experiencia N1

CONSTANTES EL!STICAS

Profesora : Lic. Mael !esillo "#is$e

%ec&a de E'$eriencia : de se$*ie+re -

%ec&a de En*rea : / de se$*ie+re -

In*eran*es :

Mar*ine0 Morales Na*al1 2ic*oria

N#3e0 4#are0 Ronal

"#is$e Loa10a Ed5in

Colonio M#3o0 6#an

"#1$%II


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I. OBJETIVO : Observar las caractersticas y condiciones de un resorte en espiral.

Determinar la constante elstica del resorte en espiral.

II. MATERIALES/EQUIPOS: 2 Soporte Universal.

1 Regla graduada de 1m de longitud.

1 Regla metlica de 60cm. De longitud.

1 alan!a de precisi"n de # e$es.

1 %in!a.

1 Resorte en espiral de acero.

1 &uego de pesas ms porta pesas.

2 Su$etadores 'nue! o camp(. 1 )arilla cuadrada de metal.

III. FUNDAMENTO TERICO:*os s"lidos cristalinos en general tienen una caracterstica +undamental denominada

,-oe+iciente lstico/ ue aparece como consecuencia de la aplicaci"n de +uer!as

eterminas de tensi"n o compresi"n ue permiten al cuerpo de secci"n transversaluni+orme estirarse o comprimirse.

Se dice ue un cuerpo eperimenta una de+ormaci"n elstica cuando recupera su +ormainicial al cesar la +uer!a ue la produ$o. %ara poder comprobar este 3ec3o notableusaremos un resorte en espiral al cual aplicaremos masas sucesivas y de acuerdo a la

*ey de 4oo5eF= -kx

4allaremos su constante elstica ,5/ la cual se obtendr como la pendiente de la

gr+icaF vs x dondeFes la +uer!a aplicada yxes estiramiento del resorte en espiraldesde su posici"n de euilibrio.


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*as caracterstica elsticas de un material 3omog7neo e isotr"pico uedan completamente

de+inidas si se conocen las constantes elsticas 8"dulo de 9oung '( y el -oe+iciente de

%oisson ':(.

-uando se +leiona una varilla eperimenta un alargamiento por su parte convea y una

contracci"n por la c"ncava. l comportamiento de la varilla est determinado por el m"dulo

de 9oung del material de ue est 3ec3a de modo ue el valor de dic3o m"dulo puededeterminarse mediante eperimentos de +lei"n.

Utili!amos una regla metlica de secci"n transversal rectangular apoyada sobre dos

etremos. Si se aplica una +uer!a vertical 'F)en el punto medio de la regla la de+ormaci"n

elstica ue 7sta eperimenta es un descenso de dic3o punto llamado +lei"n 's( ue por la

*ey de 4oo5e es proporcional a la +uer!a aplicada.

s ; 5F

Siendo 5 la constante elstica ue depende de las dimensiones geom7tricas de la varilla y

del m"dulo de 9oung '( del material.

Siendo * es la longitud de la varilla.

a el anc3o de la varilla.

b la altura o espesor de la misma.

Si < se mide en =. 9 todas las longitudes en mm entonces el m"dulo de 9oung se

epresar en =>mm2

.


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IV. PROCEDIMIENTO:

MONTAJE 1:

8onte el euipo como muestra el dise?o eperimental.


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1. Utilice la balan!a para determinar los valores de las masas del resorte y delportapesas.

m'resorte( ; 0.006@ Ag

m'porta pesas(; 0.0@02 Ag

Cr U!. Q" # $r%&r'( ! )#*+ $,+$ %)#+r$ P+r "

R0,):S porue cuando se realice el eperimento ambas masas actuaran como unasola y posiblemente a+ecten alguno de nuestros resultados.

2. -uelgue al resorte de la varilla y anote la posici"n de su etremo in+erior.

P+$&&2( 1 0.6#m

#. -oloue el portapesas en el etremo in+erior del resorte y anote la posici"n

correspondiente.P+$&&2( 3:0.@1Bm

B. -oloue una pesa peue?a 'm ; 0.010Ag( en la porta pesas y anote la posici"n

correspondiente.P+$&&2( 4:0.BCm

8arue con un aspa cul ser en adelante su posici"n de re+erencia.

R0,):Eomamos como posici"n de re+erencia el nFmero 2.

P+r " +($&!r) !&5) 0+$&&2(R0,): %orue ya se encuentra implementado el porta pesas con el ue traba$aremospara 3acer posible la adici"n de masas y as poder ser ms precisos y eactos en latoma de datos.

@. Gdicione pesas a la porta pesas cada ve! de mayores masas. n la Eabla 1 anote losvalores de las posiciones H1correspondientes 'incluida la posici"n de re+erencia(.

6. Retire una a una las pesas de la porta pesas. Gnote las posiciones H2correspondientes y complete la Eabla 1.

R"r! ":

Donde H1 es la longitud cuando aumenta el peso.

H2 es la longitud cuando disminuye el peso.

TABLA 1M)$) !# 0+r,) 0$)$ = 67.3 *

m'5g( H1' m( H2'm( H'm( m(

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1 0.01 0.00C 0.010 0.00C@ 0.0CI 10.2CB3 0.02 0.01 0.01@ 0.016 0.1C@6 12.22@4 0.0B 0.0#0 0.0# 0.0# 0.#C12 1#.0B8 0.06 0.0BB 0.0BB 0.0BB 0.@I6I 1#.##16 0.11 0.0 0.0C 0.0I 1.0@I 1#.C2

9 0.16 0.111 0.11# 0.112 1.@6BI 1#.C1 0.26 0.1I 0.1I 0.1I 2.@B21 1B.126;1 =

13.?9?3

Jra+iue la magnitud de la +uer!a F versus la elongaci"n media H.


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Gplicando el m7todo de mnimos cuadrados encuentre la curva de me$or a$uste.

( x&= x @&=F x&.@& x&3


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1 0.00C@ 0.0CI 0.C2C110K# 0.0C02@10K#

3 0.016 0.1C@6 #.1##10K# 0.02@610K#

4 0.0#00 0.#C12 11.B10K# 0.0C10K#

8 0.0BB 0.@I6I [email protected] 10K# 1.C#610K#

6 0.0I 1.0@I I#.CC 10K# 6.0IB 10K#

9 0.112 1.@6BI [email protected] 10K#

12.@B10K#

0.1I0 2.@B21 [email protected] 10K# #2.B10K#

=7.89? =9.891 =7.6?3 =7.76837

= x

= =

m ; ; 1B.#2

A mnimos cuadrados;1B.#2 =>m

A gra+ica es 1B.1# =>m

I(,r0r, $&)(, #) "r%) " (+(,r2.

*a distribuci"n de puntos es de tendencia lineal es por ello ue se reali!" el a$uste de la

recta por el m7todo de regresi"n lineal por mnimos cuadrados.

De los datos de la tabla 1 A1;1B.#2 'mnimos cuadrados(De los gra+ica < versus A2;1B.1# 'pendiente(

MONTAJE 3:8onte el euipo como muestra el dise?o eperimental.

1. 8ida las dimensiones geom7tricas de la regla metlica

*ongitud '*( 62.@10K#mGnc3o 'a( 2B.2610K#m

spesor 'b( 0.C10K#m

2. -oloue la regla metlica en posici"n 3ori!ontal apoyndola de modo ue las

marcas grabadas cerca de los etremos de esta descansen sobre las cuc3illas.

#. Determinar la posici"n inicial del centro de la varilla con respecto a la escalavertical graduada.


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%osici"n Lnicial 0.@6m

B. )aya cargando gradualmente la varilla por su centro y midiendo las +leionescorrespondientes 'sM( anote los resultados en la Eabla 2.

@. Una ve! ue considere 3aber obtenido una de+ormaci"n su+iciente descargando

gradualmente la varilla midiendo y anotando las +leiones correspondientes 'sMM(.

6. -on los resultados obtenidos calcule el valor promedio de los pares de sM y sMM para

cada carga. Gnote en la Eabla 2

TABLA 3N C)r*)

SG SGG S

1 0.10 0.0B6I 0.B6 0.B6@

3 0.12 0.0B0 0.B6C 0.B6C@

4 0.1 0.0B2 0.B0 0.B10

8 0.22 0.0B@ 0.B# 0.BB0

6 0.2 0.0B 0.B@ 0.B60

9 0.#2 0.0BI 0.B 0.B@

0.# 0.BI0 0.BI0 0.BI00

V. EVALUACIN:

1. -on los datos de la tabla 1 determinar la constante elstica en +ormaanaltica.

M)$) !# 0+r,) 0$)$ = 67.3 *

m'5g( H1' m( H2'm( H'm( m(

1 0.01 0.00C 0.010 0.00C@ 0.0CI 10.2CB

3 0.02 0.01 0.01@ 0.016 0.1C@6 12.22@

4 0.0B 0.0#0 0.0# 0.0# 0.#C12 1#.0B

8 0.06 0.0BB 0.0BB 0.0BB 0.@I6I 1#.##1

6 0.11 0.0 0.0C 0.0I 1.0@I 1#.C2

9 0.16 0.111 0.11# 0.112 1.@6BI 1#.C1


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0.26 0.1I 0.1I 0.1I 2.@B21 1B.126

*a constante elstica es ;1 = 13.?9?3

2. Jra+icar en papel milimetrado


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'%orcenta$e de error por de+ecto(

@. Determinar el Aepara resortes colocados en serie y paralelo respecto a

una masa.

S&$,)$ ! R$+r,$ " A,H)( ( Sr&.-onsidere el sistema de resortes mostrado en la


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6. Gnalice la ra!"n eistente de la di+erencia de la constante elstica de

dos di+erentes resortes en espiral.*a principal di+erencia es por el material del ue estn 3ec3os y de la distancia yresistencia entre las espirales. %or e$emplo un resorte como de los ue tienen los

bolgra+os de clic se estira ms en un dinam"metro aunue est7n soportando el

mismo peso.

. Gnali!ar y veri+icar la di+erencia eistente entre un muelle tipo espiral y

un muelle tipo laminar o de banda.

R$+r, ( $0&r)#$ un resorte de torsi"n ue reuiere muy poco espacio aialest +ormado por una lmina de acero de secci"n rectangular enrollada en +orma deespiral. se utili!a para producir movimiento en mecanismos de relo$era cerraduras

persianas metros enrollables $uguetes mecnicos etc.


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T&0+ ! r$+r,Resorte en espiral con lmina de secci"n rectangular

Resorte de tracci"n de +uer!a constante

Resorte de tracci"n de +uer!a constante de dos e$es con pares opuestos

Resorte de tracci"n de +uer!a constante de dos e$es con pares de igual sentido

R$+r, ! #'&()$ste tipo de resorte se conoce con el nombre de ballesta. st +ormado por una seriede lminas de acero de secci"n rectangular de di+erente longitud las cuales traba$an

a +lei"n la lmina de mayor longitud se denomina lmina maestra. las lminas

ue +orman la ballesta pueden ser planas o curvadas en +orma parab"lica y estnunidas entre s.

%or el centro a trav7s de un tornillo o por medio de una abra!adera su$eta por

tornillos.*as ballestas se utili!an como resortes de suspensi"n en los ve3culos reali!ando la

uni"n entre el c3asis y los e$es de las ruedas. Su +inalidad es amortiguar los c3oues

debidos a las irregularidades de las carreteras.

T&0+ ! r$+r,

Resorte de lminas sin o$os

Resorte de lminas con o$os

Resorte de lminas con o$os y resorte auiliar superiorResorte de lminas con o$os y resorte auiliar in+erior

Resorte parab"lico monolaminar con o$os

Resorte parab"lico sin o$os

Resorte parab"lico con o$osResorte parab"lico con o$os y resorte auiliar superior

Resorte parab"lico con o$os y resorte auiliar in+erior

I. P%or u7 el es+uer!o a la tracci"n es positiva y el es+uer!o a la

compresi"n es negativoQEenemos ue tener en cuenta primero ue el es+uer!o es la +uer!a ue actFa sobre uncuerpo y ue tiende a estirarla 'tracci"n( aplastarla 'compresi"n( doblarla '+lei"n(

cortarla 'corte( o retorcerla 'torsi"n(.

ntonces podemos anali!ar el es+uer!o '+( mediante la ley de 4oo5e para un muelle

o resorte donde


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ntonces para una tracci"n 'estiramiento( nuestro ser positivo por el cual nuestro

es+uer!o ser tambi7n positivo. n cambio para una compresi"n nuestro valor de tomarun valor negativo por el cual nuestro es+uer!o ser negativo.

C. Gnalice las +uer!as de co3esi"n y +uer!as de ad3erencia. De e$emplos.8uy esuemticamente las de co3esi"n son +uer!as intramoleculares dentro del mismo

cuerpo y las de ad3esi"n se producen entre mol7culas super+iciales de distintas sustancias

ue estn en contacto.

8s en detalle las +uer!as de co3esi"n corresponde a un grupo de +uer!as intermoleculares

de atracci"n tambi7n denominadas de )an der aals ue son las responsables de losestados de agregaci"n luido y s"lido de las sustancias no i"nicas o metlicas. %ero

adems de 7stas tambi7n intervienen +uer!as de contacto 'der$aguanKmullerKtoporov 3ert!(

+uer!as capilares +uer!as de amortiguamiento 3ist7rico y viscoso +uer!a elstica de lamicroviga.

Una de las consecuencias de las +uer!as de co3esi"n es la tensi"n super+icial ue se

produce en los luidos como consecuencia de la asim7trica distribuci"n molecular en lasuper+icie de estos ya ue esas mol7culas las de la super+icie son atradas s"lo 3acia aba$o

y 3acia los lados pero no 3acia arriba.

%or su parte las +uer!as de ad3esi"n se deben principalmente a la bipolaridad de algunos

luidos lo ue provoca las interacciones entre cargas positivas por e$emplo de las

mol7culas de agua y la negativa de los tomos de ogeno del vidrio con el resultado dele+ecto capilaridad ue permite una peue?a ascensi"n de ciertos luidos en contra de la

+uer!a de la gravedad.

l $uego de ambas +uer!as co3esi"n y ad3erencia es la ue produce los meniscos en la

super+icie de los +luidos en las !onas de contacto con sus recipientes. -uando la +uer!as de

ad3erencias son mayores ue las de co3esi"n el menisco es c"ncavo 'agua y vidrio(.

-uando vencen las +uer!as de co3esi"n el menisco es conveo 'mercurio y vidrio(.


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Otro e$emplo seria tomando en cuenta un sistema de muelle o resorte con una determinada

masa o una +uer!a en el proceso de tracci"n el cuerpo en este caso el muelle tiende aretornar a su estado de euilibrio e igualmente cuando es en el proceso de compresi"n.

10.Determine para la regla metlica el valor del m"dulo de 9oung '( en

Ag>m2.

ueno tomando en cuenta los valores de +'5g( y los valores de s ( para asi poder

determinar el valor de 5 mediante la interpolacion de todos los valores 3allados y mediantela +"rmula s;5.+.

ntonces obtenemos un 5;0.0# mm>5g.

G3ora el m"dulo de 9oung'e( despe$ando la +ormula dada es igual a

ntonces a3ora reempla!amos todos los valores obtenidos en la eperiencia

Del cual obtenemos e;1.B10105g>mm2

R0,).%ero como nos piden en m2

ntonces el m"dulo de 9oungKKKK e;1.B10165g>m2

11.P-unto vale la energa elstica acumulada en esta barra en la mima

de+ormaci"nQ

-omo sabemos la energa potencial elstica est determinada por lo siguiente..

+;'1>2(5.2

%ero ya tenemos el valor de 5 en mm2y cuando se d7 la 8a. De+ormaci"n el tomara el

valor de 1@ mmT

%or lo tanto la elstica; #.#@


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VI. CONCLUSIONES:

n los clculos se not" ue a medida ue adicionbamos las masas en el portapesas las

elongaciones tambi7n se incrementaban con ello podamos notar la relaci"n entre la < y la

.

=os +ue posible determinar el m"dulo de 9oung conociendo sus dimensiones

VII. SUKERENCIAS /RECOMENDACIONES

Gntes de reali!ar el eperimento se debe observar lo siguienteue el resorte a usar no este de+ormado

-alibrar la balan!a y tratar de ue el error de parala$e sea menor posible

VIII. BIBLIOKRAFIA

R. SABRERA A. FISICA II TEORIA PROBLEMASLANDAU LIFSIT FISICA KENERALTEORIAMANUAL DE FISICA II UNMSM FCF

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