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5/24/2018 GUIA-LAB No 2 - Primera y Segunda Condicion de Equilibrio

Laboratorio N 2: Primera y Segunda Condicin de Equilibrio Pgina 1

Fsica General

PRIMERA Y SEGUNDA CONDICIN DE EQUILIBRIO

I. LOGROS Comprobar experimental, grfica y analticamente la Primera y Segunda

Condicin de Equilibrio.

Medir y representar grficamente fuerzas.II. PRINCIPIOS TERICOS

a)Equi li bri o Mecnico.- Un cuerpo se encuentra en equilibrio mecnico, cuandose halla en estado de reposo o realizando un movimiento rectilneo uniforme(MRU), con respecto a un observador fijo en tierra (sistema de referenciainercial). Luego, si un cuerpo est en reposo entonces se encuentra en equilibrioesttico, si se mueve con MRU estar en equilibrio cintico.

b)Primera Ley deNewton Ley de Inercia.-Todo cuerpo permanece en reposo(velocidad igual a cero) o con movimiento uniforme rectilneo (velocidadconstante), al menos que actu una fuerza que cambie su estado.

c)Primera Condicin de Equi li brio, Equilibrio de traslacin.- Para que uncuerpo se encuentre en equilibrio de traslacin, la resultante de las fuerzas queactan sobre l deben ser cero.Es decir:

(1)

(2)

LABORATORIO N 2



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S sobre un cuerpo, actan tres fuerzas y estas definen su equilibrio de traslacin,estas deben ser coplanares y sus lneas de accin deben ser concurrentes como semuestra en la Figura 1, cuyo diagrama de cuerpo libre (DCL) se aprecia en la

Figura 2.

Mtodo Analtico:1. Podemos aplicar las ecuaciones (2) para demostrar la primera condicin de

equilibrio. Aqu debemos descomponer cartesianamente los vectores defuerza.

En el caso general, cuando actuando ms de tres fuerzas concurrentespodemos aplicar el mtodo del polgono cerrado.

2. El Teorema de Lamy, para un cuerpo rgido en equilibrio sometido a laaccin de tres fuerzas concurrentes y coplanares.

(3)

Mtodo Grfico:Como la resultante del sistema de Fuerzas es Cero, graficando las Fuerzas sedebe formar un tringulo vectorial cerrado.Se recomienda este mtodo especialmente si dos de las fuerzas forman unngulo de 90. (Ver figura 3).

Figura 1.Fuerzas externas actuando

sobre un cuerpo

Figura 2.Diagrama de cuerpo libre



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d)Momento o Torque de una Fuerza.- Consideremos un cuerpo rgido (Figura 4)que puede girar alrededor de un eje que pasa por el punto O. Si aplicamos una

fuerza sobre el punto A situado a una distancia r con respecto a O, laexperiencia nos indica que el cuerpo tiene la posibilidad de girar. La cantidadque describe este hecho se denomina momentoo torquede una fuerza y esuna magnitud vectorial.

El momento o torque de la fuerza respecto al punto O se define como: (4)

En la Figura 4, d = es la distancia perpendicular del punto O a la lnea

de accin de la fuerza y se conoce como brazo de palanca de la fuerza .

e)Segunda Condicin de Equil ibr io.- Para que un cuerpo se encuentre enequilibrio rotacional es necesario que la suma de los momentos o torques,

producidos por todas las fuerzas que actan sobre l sea cero.

(5)

Figura 3.Triangulo vectorial cerrado

Figura 4.Fuerza externa actuando sobre un cuerpo rgido



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III. PARTE EXPERIMENTALa)Equipos y Materiales

- Dos (2) dinammetros (alcance: 5 N)- Tres (3) masas de 100 g cada una.- Un (1) hilo o cuerda de 20 cm de longitud- Un (1) balanza Ohaus 610 g (divisin de escala: 0.1 g)- Un (1) transportador circular 360 - Una (1) pizarra acrlica- Dos (2) plumones para pizarra acrlica (rojo y azul)- Una (1) regla graduada 1 m (divisin de escala: 1 mm)-

Una (1) barra metlica con agujeros.

b)ProcedimientoParte 1: Primera condicin de equilibrio

1. Se empleara un par de dinammetros circulares. Antes de la toma de datostomar en cuenta las siguientes consideraciones:

Ajuste a cero los dinammetros (ver la Figura 5).

Para tener una lectura correcta; el ngulo que conforma la aguja indicadoracon la cuerda debe medir 90 (ver la Figura 6).

Figura 5.Ajuste en cero Figura 6.Angulo de 90 entre la aguja y

el hilo.



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2. Instale el sistema experimental mostrado en la Figura 7. Para el caso I,agregue tres masas en el punto de unin de las cuerdas (punto O).

3. Determine el valor de la masa mcon la balanza, calcule el peso (F3) usandola formulaF = mg (g = 9.8 m/s2) y anote estos datos en la Tabla N1.

4. Mida con el Dinammetro las tensiones de las cuerdas (F1y F2) y antelosen la Tabla N1.

5. Usando el transportador mida los ngulos , y ; anote los valores en laTabla N 1.

6. Para el caso II y el caso III, vare los valores de la masa m. Para el casoII utilice dos masas y para el caso III use slo una masa.Repita los pasosdesde 3 hasta 5.

Parte 2: Segunda condicin de equilibrio

7. Instale el equipo como se muestra en la Figura 9, de manera que seencuentre en equilibrio.

Figura 7.Sistema experimental Figura 8.Fuerzas y ngulos

asociados a las fuerzas.



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8. Con la ayuda del transportador mida los ngulos que forma la barra metlicacon las fuerzas de tensin (F1 y F2), el peso de la barra metlica (F4) y el

peso de la masa suspendida (F3); es decir, los ngulos , , . Como seindica en la Figura 10 y antelos en la Tabla N3.

9. Determine el valor de la masa suspendida my la masa de la barra mbarraconla balanza; adems, calcule el peso F3 y F4usando la formula F = mg.Anote los resultados en la Tabla N3.

10.Mida con el dinammetro los valores de las tensiones de las cuerdas (F1yF2) y anote estos datos en la Tabla N3.

11.Para el caso II y el caso III, vare los valores de la masa m y/o la posicinde los dinammetros. Repita los pasos desde 8 hasta 10.

IV. ACTIVIDADES

PARTE 1: Primera condicin de equilibrio

Para los casos I, II y III

1. Compruebe analticamente la Primera condicin de equilibrio usando elmtodo de descomposicin cartesiana y registre sus resultados en la TablaN 2.

2. A partir de los datos de la tabla 1 compruebe analticamente el Teorema deLamy (ecuacin 3).

Figura 9.Sistema experimental Figura 10.Ubicacin de fuerzas y

punto de giro.



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3. Compruebe grficamente la Primera condicin de equilibro en un papelmilimetrado, usando el tringulo vectorial cerrado (Figura 3); considerandoel mdulo, direccin y sentido de las fuerzas.

PARTE 2: Segunda condicin de equilibrio

Para los casos I, II y III

1. Teniendo en cuenta el montaje experimental de la Figura 10, en un papelmilimetrado realice el diagrama de cuerpo libre de la barra sealando susrespectivas fuerzas y ngulos asociados (Usar los datos de la Tabla N 3).

2. Trazar los ejes coordenados tomando la barra como el eje x y el puntoA como el origen de coordenadas (ver Figura 10) y descomponga

vectorialmente las fuerzas y las posiciones y registre estos datos en laTabla N 4.

3. Calcular los momentos de cada una de las fuerzas respecto al punto de giroA. Anote los resultados en la Tabla N 4.

4. Haciendo uso de la ecuacin (5), compruebe la Segunda condicin deequilibrio. Registrar en la Tabla N 4para cada caso.

V. RESULTADOS

Tabla N 1:Fuerzas y ngulos

CASOS

Masa(kg)

Fuerza (N) ngulos ()

m F1 F2 F3 Caso ICaso IICaso III



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Tabla N 2: Primera condicin de Equilibrio

Tabla N 3. Datos experimentales de la Segunda Condicin de Equilibrio

Casos Masa ( g) Fuerza (N) Distancia (m) ngulo ()m mbarra F1 F2 F3 Fbarra AB AD

IIIIII

Tabla N 4. Segunda condicin de equilibrio

I II III

Autor:Bach. Fis. Nhell Heder Cerna Velazco.

CASOS

Caso I

Caso II

Caso III