1 informe de mecanica de solidos

ESTATICA:PRIMERA LEY DEL EQUILIBRIOC3-A

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I.- INTRODUCCIÓN

Desde tiempos antiguos siempre ha existido fenómenos a los cuales el hombre con el paso del tiempo fue dando soluciones, uno de esos problemas es la estática en la cual Newton (su primer descubridor) explico porque se daba estos comportamientos. Por eso en el siguiente informe daremos a entender sus aspectos y cómo se comporta en ciertas condiciones previamente realizadas en el laboratorio.

II.- OBJETIVOS

Comprobar la primera condición de equilibrio, para fuerzas coplanarias.

Verificar los resultados obtenidos experimentalmente y contrastarlos con los procedimientos teóricos dados en clase y establecer las diferencias de forma porcentual.

Determinar relaciones matemáticas entre las variables físicas que interviene en el experimento.


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IV.- FUNDAMENTO TEORICO

ESTATICA PRIMERA CONDICON DE EQUILIBRIO

FUERZA

Fuerza es conocida cuando nosotros lo relacionamos a la tracción de los músculos, empuje, tracción, etc. En la cual veremos fuerzas que son conocidas en la física como la tensión, fuerza de rozamiento, peso y normal.

W=mgDonde m será la masa del cuerpo y g el módulo de aceleración de gravedad.

Medición de la fuerza:Aquí estudiaremos un sistema de escala diseñado en el cual habrá una masa suspendida por dos cuerdas formando un Angulo las cuales estarán conectadas a un sensor de fuerza. Para poder lograr el equilibrio de fuerzas de traslación se debe cumplir la primera condición de equilibrio.

Diagrama de cuerpo libre (D.C.L.): Se aísla el cuerpo de todo sistema. El peso se representa por un vector

dirigido hacia el centro de la tierra (W). Si hay superficies de contacto, se

representa la reacción con un vector perpendicular a dicha superficie (N o R).

Si hubiese cables, se representa como tensión (T)

Si existe barras comprimidas se representa esta con un vector que siempre empuja al cuerpo (C).

Si existe rozamiento se representa con un vector tangente a la superficie en contacto.


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V.- MATERIALES y EQUIPOS DE TRABAJO


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5.1.- Interface power link 5.2.- Computadora

5.3.- Sensor de fuerza 5.4.- Pesas de 50g c/u

5.5.- Varillas 5.6.- Bases


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5.7.- Transportador

VI.- PROCEDIMIENTO

6.1.- Verificación del sensor de fuera (dinamómetro)

6.1.1.- Armado del experimento

6.1.2.- Ingresar al PASCO CapstoneTM ,

6.1.3.- Crear experimento y seguidamente reconocerá los sensores de fuerza previamente a la interface 850Universal Interface.

6.1.4.- Hacer clic en configuración y seleccionar signo a una frecuencia de 50 Hz

6.1.5.- Presionar el icono del sensor de fuerza 1

6.1.6.- Arrastrar el icono MEDIDOR DIGITAL, aparecerá una ventana.

6.1.7.- Determinar el peso de cada pesa y anotarlo en la tabla 1.

TABLA 1


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Cantidad de pesas

1 2 3 4 5

Masa 50 100 150 200 250Peso (N) = mg 0.48 0.97 1.45 1.97 2.39Lectura P ±P ± ± ± ± ±

6.1.8.- Imágenes obtenidas de programa PASCO CAPSTONE


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6.2.- Acción y reacción

6.2.1.-Para realizar esta parte del laboratorio CONFIGURACION, seleccionar la opción cambiar signo que tiene para el sensor de fuerza 1y la opción no cambiar si paragno el sensor de fuerza 2, ambos a 50 Hz.

6.2.2.-Después se arrastró el icono GRAFICO sobre el SENSOR DE FUERZA 1 después se vio aparecer la ventana de un gráfico de fuerza en función de tiempo. Luego se arrastró el icono GRAFICO 1 sobre el SENSOR DE FUERZA 2. Así quedo un gráfico con dos ejes Y coordenados de fuerza (para cada sensor) que comparten el eje X los cual representa al TIEMPO.

Para proseguir se deben jalar ambos extremos de los sensores y tomar los datos.

6.2.3.-Esquema de la experiencia acción y reacción


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6.3.- Paralelogramo de fuerzas concurrentes

6.3.1.- Ensamble las piezas como se muestra en la figura, de tal manera que obtenga F1= 0.8N y F2 =0.8 N, de las señales digitales de los dinamómetros.

6.3.2.- Estableciendo una escala a las fuerzas, dibuje un paralelogramo midiendo el valor de la diagonal (FR).Anote los valores medidos en la tabla

6.3.3.- TABLA 2

F1 (N) 0.85 1,3 1,42F2 (N) 0,83 1,30 0,72FR (N) 0,91 1,57 1,43P (N) 0,97 1,45 1,451(o) 56 54.5 332(o) 56 54.5 61% error 6.19 6.67 2.06

6.3.4.- Ensamble las piezas tal como se observa en la figura, de tal manera 1= 2 =15o.


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6.3.5.- Estableciendo una escala a las fueras, dibuje un paralelogramo midiendo el calor de la diagonal. Anote los valores medidos en la tabla.

6.3.6.- TABLA 3

1(o) 15o 25 o 45 o

2(o) 15 o 25 o 45 o

F1 (N) 0.28 0.28 0.31F2 (N) 0.20 0.26 0.32FR (N) 0.46 0.5 0.46P (N) 0.48 0.48 0.48% error 4.16 4.16 4.2

VII.- CUESTIONARIO

7.1.- Con Respecto al proceso de verificación del sensor de fuerza responda:

7.1.1.-Defina el concepto de Fuerza e indique 5 unidades para esta magnitud

La Fuerza es la acción que permite mover un objeto que se encontraba quieto, o cambiar su dirección y aceleración, si ya se hallaba en movimiento. En la naturaleza existen distintos tipos de fuerzas como la de empuje que se produce empujando un objeto de un lugar a otro; la fuerza magnética que se hace con acción de los imanes y la fuerza de la gravedad que hace que las cosas caigan al suelo.

Sistema Internacional de Unidades (SI): newton (N)Sistema Técnico de Unidades: kilogramo-fuerza (kgf) o kilopondio (kp)Sistema Cegesimal de Unidades: dina (dyn)Sistema anglosajón de unidades: Poundal, Libra fuerza (lbf), KIP (= 1000 lbf)


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7.1.2.- Represente vectores en tres situaciones aplicadas a su especialidad

Los vectores se aplican por ejemplo si haces diseñar un techo de armadura, La base de una columna. Necesitas la descomposición para conocer el momento Falta mencionar cálculo antisísmico y una variedad de aplicaciones. Sin descomposición de vectores no hay estática y sin ella no hay ingeniería civil.

Los vectores se utilizan en el cálculo numérico, En la resolución de sistemas de ecuaciones lineales, De las ecuaciones diferenciales y de las derivadas parciales. Además de su utilidad para el estudio de sistemas de ecuaciones Lineales, las matrices aparecen de forma natural en geometría, estadística, Economía, informática, física, etc.

Los vectores sirven parare resolver problemas de estática (de composición de fuerzas, por ejemplo las fuerzas que actúan sobre un puente o un edificio o las fuerzas que actúan sobre los piñones de una rueda dentada, etc.


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7.1.3.- Mencione 5 magnitudes físicas vectoriales relacionadas a su especialidad

El desplazamiento, la velocidad, la aceleración, la fuerza y el campo eléctrico.

7.2.- Con respecto al proceso de acción y reacción responda:

7.2.1.- ¿Cuáles son los máximos y mínimos valores obtenidos? Calcule el porcentaje de error de los valores obtenidos

En la tabla 2 el valor máximo es 1.51 N con un porcentaje de error 4.13% y el valor mínimo es 0.93 N con un porcentaje de error de 4.33%.En la tabla 3 el valor máximo es 0.48 N con un porcentaje de error 0% y el valor mínimo es 0.44 N con un porcentaje de error de 5.33%.

E (% )=|V Bibliografico−V Experimental

V Bibliografico|

7.2.2.- Realice 5 representaciones del Principio de Acción y reacción


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7.2.3.- ¿Cuál Ley de Newton se relaciona la experiencia? Justifique su respuesta.

La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo “A” ejerce una acción sobre otro cuerpo “B”, éste realiza sobre “A” otra acción igual y de sentido contrario.Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a nosotros.Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tengan el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre sí, puesto que actúan sobre cuerpos distintos.

7.3.- Con respecto al proceso paralelogramo de fuerzas concurrentes.

7.3.1.- Compara la fuerza resultante con la fuerza originada por las pesas P. ¿Qué puede concluir? Efectué los cálculos necesarios.

Los valores deberían ser iguales pero por ciertos factores internos y externos presentan un porcentaje de error convirtiéndolos en valores muy aproximados.

FR=F1 cosα 1+F2 cosα 2

7.3.2.- Explique ¿Por qué los vectores son concurrentes en esta experiencia?


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Ya que tenían que estar en un prefecto estado de equilibrio simétrico. Donde las magnitudes y las direcciones deberían de ser exactamente idénticos.

7.3.3.- ¿Qué significa equilibrio? Y qué tipo de equilibrio es el que se tiene en la experiencia.

El equilibrio es el estado de un sistema en el que coexisten simultáneamente dos o más componentes que se contrarrestan recíprocamente, anulándose. Puede presentarse en un cuerpo estático, no sujeto a ningún tipo de modificación, sea de traslación o de rotación; o en un cuerpo en movimiento. Este último puede originar tres tipos de equilibrio:

Equilibrio estable: aquel a que vuelve por sí mismo un cuerpo que ha sido apartado de

su posición. Un péndulo ilustraría perfectamente el equilibrio estable.

Equilibrio indiferente: aquel independiente de la posición del cuerpo. Por ejemplo: una

rueda sobre su eje.

Equilibrio inestable: aquel en que el cuerpo no recupera la posición inicial, sino que

pasa a una posición de equilibrio más estable. Pensemos en un bastón que estaba

parado sobre su pie y que cae al piso.

7.3.4.- Significa entonces que un cuerpo en equilibrio esta necesariamente en reposo. ¿Por qué?

Es un estado de movimiento rectilíneo uniforme en el cual la velocidad es igual a 0. El reposo sólo existe dentro de un punto de referencia, es decir que el objeto puede moverse, pero si no hay variación de distancia con respecto al punto de referencia que se toma, sigue en reposo. Por ejemplo, un tren lleno de pasajeros parte de la estación, las personas de adentro se mueven con respecto a la estación, pero no con respecto a una valija, que está en el otro extremo del vagón, las personas se mueven con respecto a la estación, pero están en reposo con respecto a la valija.

8.- PROBLEMAS:

PROBLEMA 01. Exprese cada una de las tres fuerzas que actúan sobre el soporte en forma vectorial cartesiana con respecto a los ejes X e Y. Determine la magnitud y la direcciónθ de F1 de manera que la fuerza resultante está dirigida a lo largo del eje X ´

positivo y tenga una magnitud de FR= 600 N.


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SOLUCION:

PROBLEMA 02. La viga esta sometida a las dos fuerzas mostradas. Determine la magnitud y los angulos coordenados de direccion de la fuerza resultante.

SOLUCION:

cos (60 )= X i250

=125 i

cos (135 )= Y j250

=−176,78 j F2=( 125 i−176,78 j+125 k ) lb

cos (60 )= Z k250

=125 k


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F1 k=−630 x (2425 ) k=−604,8 k F1=(0 i+173,65 j−604,8 k ) lb

F1 j=630 cos¿Fr=(125 i−3,13 j−479,8 k )lb|Fr|=√(125)2+(3,13)2+(479,8)2|Fr|=495,82N

cos α=125 i250

=75,40o

cos β=−3,13 j250

=90,36o

cos γ=−479,8 k250

=165,39o

VIII.- OBSERVACIONES:

Antes de empezar a las lecturas, se configura los sensores de fuerza a cero (0), sin peso, solo los sensores.

Experimentalmente no hubo un margen de error alto. Los cuales variaron desde 0 – 9 %.

Al realizar las mediciones se tiene que tener cuidado moviendo las pesas, trabajar con mucha paciencia.

No se debe aplicar fuerza al sostener el sensor (no ejercer tensión), eso evitara errores.

IX.- CONCLUSIONES

Se llegó a comprobar, ya una masa colocada en el sensor de fuerza y la fuerza que ejerce la tierra sobre el objeto por la atracción de la gravedad, eso se le denomina peso. Que tiene dirección y modulo.

Se demostró que el cuerpo va a estar en equilibrio cuando las dos fuerzas de los sensores estén equilibradas, nos dara dos angulos iguales.

Después de haber estudiado y analizado diferentes ejemplos reales de equilibrio, podemos llegar a la conclusión de que en todo cuerpo y en todo momento y a cada momento están interactuando diferentes tipos de fuerza, las cuales ayudan a los cuerpos a realizar determinados movimientos o, a mantenerse en estado de equilibrio

Se pudo verificar los resultados obtenidos experimentalmente y contrastarlos con los procedimientos teóricos dados en clase y establecer las diferencias

X.- BIBLIOGRAFIA

Tecsup. (2015). Guía de Laboratorio de Ondas y Calor 2015-1. Perú.


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