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GUIA DE LABORATORIO 2

VECTORES Y FUERZAS

OBJETIVO: Al término de este laboratorio, el alumno deberá ser capaz de:

1. Medir el módulo de un vector fuerza usando dinamómetros. 2. Verificar que los vectores fuerza cumplen la definición de la adición de vectores.

3. Establecer experimentalmente la relación entre el valor de la fuerza que ejerce una

superficie sobre un cuerpo y el peso de éste. I INTRODUCCION TEORICA. Establecimos ya que una cantidad física era una variable en un fenómeno, una propiedad de un material o la característica de un cuerpo, factible de medir. De aquí la importancia de la medición, no obstante esto, existen dos tipos de cantidades físicas. A modo de ejemplo, digamos que frente a la pregunta: ¿Cuál es la temperatura en este momento y en este lugar? Decir que es de 10 ºC, responde plenamente a la interrogante es decir, con un número y una unidad la temperatura queda determinada, más aún, si decimos que 10 horas más tarde la temperatura aumentará en 15 ºC, estaremos afirmando que al llegar ese momento la temperatura alcanzará un valor de 25 ºC sin lugar a dudas. Lo que resulta simple al referirnos a la temperatura se repite con conceptos como los de: masa, tiempo, energía, longitud, volumen, etc., estas cantidades se conocen como escalares. Si, por otra parte, detenemos un taxi en una calle diciéndole al chofer que nos lleve a 30 cuadras de allí, a pesar de indicarle un número y una unidad esta información será incompleta para el conductor quien preguntará ¿hacia adonde? Solo si le indicamos por la Alameda hacia el oriente por ejemplo, él sabrá hacia donde dirigirse, es decir, hemos agregado al módulo, la dirección y el sentido. Y no solo esto sino que al sumar estas cantidades deberemos hacerlo de manera diferente a como lo hacemos con los número o con los escalares, por ejemplo: si una persona en una esquina experimenta dos desplazamientos consecutivos, el primero de 3 cuadras y luego de otras 4 cuadras, y nos preguntamos ¿a cuantas cuadras quedará del punto de partida? La respuesta correcta en este caso es más de una puesto que la información es incompleta y solo será 7 cuadras si la persona ha caminado en línea recta y un solo sentido. Cantidades como ésta, el desplazamiento, se conocen como vectoriales y otros ejemplos son: las velocidades, fuerzas, aceleraciones, torques, etc. Este último tipo de cantidades físicas tienen un tratamiento diferente, en su representación y su operatoria. REPRESENTACIÓN DE UNA SUMA Y UNA DIFERENCIA ENTRE VECTORES.

Así como los vectores se pueden sumar también se pueden descomponer, es decir, se pueden determinar dos o más cuya suma resulte el vector dado. Dado que las fuerzas son vectores, experimentaremos con fuerzas para verificar estas operaciones.

α α

P sen α

P cos α

W

θ θ

Una aplicación importante de la descomposición de fuerzas ocurre en el plano inclinado en que el peso, que es una fuerza, que teniendo dirección vertical y sentido hacia el centro de la Tierra aproximadamente, puede descomponerse en otras dos; una paralela al plano inclinado y otra perpendicular a él, como se ilustra: Así podemos observar que la superficie del plano inclinado resiste solo una parte del peso del cuerpo, al mismo tiempo que la otra componente tiende a acelerarlo a lo largo del plano. PRINCIPIOS DE NEWTON. INERCIA “Un cuerpo permanecerá en reposo o moviéndose con velocidad constante a menos que actúe sobre él una fuerza”. MASA “La aceleración adquirida por un cuerpo sobre el que actúa una fuerza externa no equilibrada, es directamente proporcional a la fuerza que actúa sobre él”. ACCION Y REACCION “Si un cuerpo ejerce sobre otro una fuerza o acción, recibirá de éste otra fuerza de igual valor y dirección pero en sentido contrario, llamada reacción”. II MATERIALES Y MONTAJE

1. Tablero de experimentación de fuerzas coplanares. 2. Balanza de resorte (dinamómetro) 3. Plano inclinado. 4. Masa rodante 5. Polea 6. Colgador de masas.

III DESARROLLO EXPERIMENTAL

1. Suspenda la masa rodante de la balanza de resorte y anote su masa (M) y su peso (W).

2. Monte el equipo como se muestra en la figura y mida el ángulo θ

3. Calcule la fuerza que debe ejercer el plano inclinado y la cuerda sobre la masa rodante.

4. Determine las componentes del peso ( Wx , Wy ).

5. Ajuste el ángulo de inclinación del plano inclinado a cada uno de los valores mostrados en la

tabla siguiente. Para cada valor θ anote el valor experimental de la tensión en la cuerda para

que el cuerpo esté en reposo. Para resultados precisos, la cuerda debe estar paralela a la

superficie del plano inclinado.

6. Para cada ángulo de inclinación, calcule Wx, el porcentaje de diferencia entre Wx y el valor

medido de Fx

Fx

Fy

7. ¿El modelo vectorial de las fuerzas, predice en forma precisa los resultados que Ud., midió?

8. Para medir la fuerza producida por la masa rodante

sobre el plano inclinado, monte el equipo como

muestra la figura 2 y varíe la inclinación del plano

hasta que la masa rodante esté en equilibrio.

Fig. 2

9. Anote la masa Mm y el peso Wm de la masa colgante y el ángulo del plano.

10. Calcule el valor de la tensión de la cuerda. ¿Es Fx = Wm?

11. Monte la balanza de resorte y la polea como muestra la figura 3. Ajuste la polea y la

balanza de resorte hasta que la cuerda tire del brazo de la masa rodante a un ángulo de 90º

respecto de la superficie del plano inclinado.

Tire la balanza de resorte hacia arriba hasta que la fuerza justo comience a despegar la

masa rodante del plano inclinado.

12. Lea el valor de Fy.

13. Calcule Wy.

14. ¿Predice el modelo vectorial de las fuerzas en forma precisa la fuerza ejercida por la masa

rodante sobre el plano inclinado?

15. ¿Qué concluye al finalizar el experimento? ¿Para

que sirve el plano inclinado?

Fig. 3

Angulo de inclinación

Fx medido

Wx = W sen θ

calculado

⏐ Fx – Wx⏐ * 100%

15º 30º 45º 60º 75º

θW

M m