reporte 3 laboratorio de estática fi

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO F A C U L T A D DE I N G E N I E R I A LABORATORIO DE MECANICA ESTATICA Práctica 3 Poleas Grupo: 13 Brigada: 1 Profesor: Ing. Gregorio Pérez Miguel Alumnos: Alba Hernández Jorge Iván Pérez Ariza David Alejandro Torres Bautista Edgar Eduardo Zamora Chairez Jorge Alberto

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Page 1: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA

DE MEXICO

F A C U L T A D DE I N G E N I E R I A

LABORATORIO DE MECANICA

ESTATICA

Práctica 3

Poleas

Grupo: 13 Brigada: 1

Profesor: Ing. Gregorio Pérez Miguel

Alumnos:

Alba Hernández Jorge Iván

Pérez Ariza David Alejandro

Torres Bautista Edgar Eduardo

Zamora Chairez Jorge Alberto

Page 2: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

Fecha de realización: 27 – agosto -2012

Fecha de entrega: 04 – marzo – 2013

Page 3: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

OBJETIVO

Determinar la fuerza equilibrante en sistemas de poleas que soporten

cierta carga.

Estimar la ventaja mecánica y la relación de desplazamiento en

sistemas de poleas que soporten cierta carga.

INTRODUCCIÓN

Una polea, es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza.

Se trata de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde,

que, con el curso de una cuerda o cable que se hace pasar por el

canal ("garganta"), se usa como elemento de transmisión para cambiar

la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además,

formando conjuntos —aparejos o polipastos— sirve para reducir la

magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso.

Según definición de Hatón de la Goupillière, “la polea es el punto de

apoyo de una cuerda que moviéndose se arrolla sobre ella sin dar una

vuelta completa” actuando en uno de sus extremos la resistencia y en

otro la potencia.

POLEA SIMPLE FIJA

La manera más sencilla de utilizar una polea es colgar un peso en un

extremo de la cuerda, y tirar del otro extremo para levantar el peso.

Una polea simple fija no produce una ventaja mecánica: la fuerza que

debe aplicarse es la misma que se habría requerido para levantar el

objeto sin la polea. La polea, sin embargo, permite aplicar la fuerza en

una dirección más conveniente.

POLEA MOVIL

Una forma alternativa de utilizar la polea es fijarla a la carga un extremo

de la cuerda al soporte, y tirar del otro extremo para levantar a la polea

y la carga.

La polea simple móvil produce una ventaja mecánica: la fuerza

necesaria para levantar la carga es justamente la mitad de la fuerza

Page 4: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

que habría sido requerida para levantar la carga sin la polea. Por el

contrario, la longitud de la cuerda de la que debe tirarse es el doble de

la distancia que se desea hacer subir a la carga.

DESARROLLO

ACTIVIDADES PARTE 1

1. En el marco metálico construya la configuración que se muestra

en la figura No.1

Figura No.1

2. Con ayuda del dinamómetro previamente calibrado determine la

magnitud de la fuerza que habrá de aplicarse para que el peso W

se encuentre en equilibrio, registre el valor del peso y de la fuerza

en la tabla No.1 como primer evento.

Evento W[N] F [N]

1 2.445 2.5

2 5.379 5.4

Tabla No. 1

3. Incline el dinamómetro en el plano del arreglo y registre el valor

del peso y de la fuerza en la tabla No.1.2 como segundo evento.

Evento W[N] F [N]

1 2.445 2.5

2 5.379 5.4

Tabla No.1.2

Page 5: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

ACTIVIDADES PARTE 2

1. En el marco metálico construya la configuración que se muestra

en la figura No.2. Ésta será la posición inicial arbitraria del peso W

(Y1w) y del dinamómetro (Y1

F).

Figura No.2 Figura No.3

2. Anote como primer evento de la tabla No.2 el valor del peso W, la

fuerza F que habrá de aplicarse para que el peso se encuentre en

equilibrio y las posiciones iniciales del peso (Y1w) y la fuerza (Y1

F).

3. Mueva el arreglo hasta otra posición arbitraria, figura No. 3, y

registre en la tablaNo. 2 las nuevas posiciones del peso (Y2w) y la

fuerza (Y2F) del primer evento.

4. Repita la actividad 1, 2 y 3 para otros dos pesos distintos hasta

completar la tabla No.2.

Evento W

[N]

F

[N]

Lecturas

(cm)

∆FY

Lecturas

(cm)

∆WY

VM=W

F

RD=∆FY

∆WY

%η=

VM/RD

1 2.445 1.3 Y1F=43.5 12.5 Y1

w=42.5 6 1.88 2.08 90.38

Y2F=31 Y2

w=52.5

2 5.379 2.8 Y1F=56 21.5 Y1

w=42.5 10 1.92 2.15 89.30

Y2F=34.5 Y2

w=52

3 7.235 3.75 Y1F=58 25 Y1

w=42 12.5 1.94 2.0 97

Y2F=33 Y2

w=53

PROMEDIOS VM=2.01 RD=2.07 %η=92.22

Tabla No. 2

Donde VM: ventaja mecánica RD: relación de desplazamiento

η: eficiencia mecánica = VM x 100

RD

Número de poleas móviles: __2__

Page 6: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

ACTIVIDADES PARTE 3

1. En el marco metálico construya la configuración mostrada en la

figura No. 4.

Figura No.4 Figura No.5

2. Anote como primer evento de la tabla No.3 el valor del peso, la

fuerza F que habrá deaplicarse para que el peso se encuentre en

equilibrio y las posiciones iniciales del peso(Y1w)y la fuerza (Y1

F).

3. Mueva el arreglo hasta otra posición arbitraria, figura No. 5, y

registre en la tabla No. 3 las nuevas posiciones del peso (Y2w) y la

fuerza (Y2F) del primer evento.

4. Repita la actividad 1,2 y 3 para otros dos pesos distintos hasta

completar la tabla No.3.

Evento W

[N]

F

[N]

Lecturas

(cm)

∆FY

Lecturas

(cm)

∆WY

VM=W

F

RD=∆FY

∆WY

%η=

VM/RD

1 2.445 .8 Y1F=63 21.5 Y1

w=22 5.5 3.05 3.90 78.2

Y2F=31.5 Y2

w=27.5

2 5.379 1.6 Y1F=32.5 24.5 Y1

w=27 6 3.36 4.08 82.3

Y2F=54 Y2

w=21

3 7.235 2 Y1F=35.5 24 Y1

w=26 5.5 3.61 4.36 82.79

Y2F=59.5 Y2

w=20.5

PROMEDIOS VM=3.34 RD=4.11 %η=81.09

Tabla No.3

Número de poleas móviles: ____2____

Page 7: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

ANALISIS DE RESULTADOS

1. Explique ampliamente que es una máquina.

Una máquina es un conjunto de elementos móviles y fijos cuyo

funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir, regular o transformar

energía o realizar un trabajo con un fin determinado.

2. Indique si pueden considerarse todos los arreglos de esta práctica

como máquinas.

Sí, pueden considerarse los arreglos hechos en esta práctica

como maquinas simples

3. Dibuje los diagramas de cuerpo libre de los distintos elementos

que intervienen en cada arreglo utilizado (pesa, poleas móviles,

polea fija, cable, etc.).

T

Wp

T F

Para la actividad 1 se consideran los

siguientes diagramas de cuerpo libre. T= tensión de la

polea.

Wp= el peso total

que es el peso de la

pesa más el peso del

soporte.

F= fuerza

PESA POLEA FIJA

Page 8: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

Wp

F T

Para la actividad 2 se consideran los

siguientes diagramas de cuerpo libre.

T= tensión de la

polea.

Wp= el peso total

que es el peso de la

pesa mas el del

soporte.

F= fuerza

PESA POLEA FIJA

Wp

T T

POLEA MOVIL QUE TIENE EL MISMO CLABLE

QUE PASA POR LA POLEA FIJA

Page 9: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

Wp

F T1

1

Para la actividad 3 se consideran los

siguientes diagramas de cuerpo libre.

Wp= el peso total

que es el peso de la

pesa mas el del

soporte.

F= fuerza

T1= tención del

cable que pasa por

la polea fija y la

polea móvil.

PESA POLEA FIJA

T2

T1 T1

1ª POLEA MOVIL QUE TIENE EL

MISMO CLABLE QUE PASA POR LA

POLEA FIJA

2ª POLEA MOVIL CONECTADA A

LA 1ª POLEA MOVIL POR MEDIO

DE UN CABLE

T2 T2

Wp

Page 10: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

4. Con base en los resultados de la actividad 1, diga de qué forma influyen en

dichos resultados las siguientes variables:

a. La longitud e inclinación de los cables: En realidad en esta actividad

no influyen en nada, solo en la comodidad de poder mover

desde diferentes posiciones el cable para jalarlo, ya que la ventaja

mecánica ideal es la que consideramos en esta actividad ya que

supone que no hay fricción

b. El peso de la polea: En estas actividades se considera despreciable

el peso de las poleas.

c. La altura a la que se colocan el dinamómetro y la pesa con respecto a

la base del marco: solo obtenemos que la diferencia de alturas

debe ser la altura del elemento que este más arriba menos la

altura del elemento que este más abajo

5. En relación con la tabla No.2 considerando que. Analice los resultados

obtenidos en las dos últimas columnas y haga las observaciones

pertinentes ¿Qué tendencias se aprecian?

De acuerdo a los resultados obtenidos, la ventaja mecánica y la

relación de desplazamiento en la tabla número 2, es 2 tanto en una

como en otra, esto quiere decir que el peso que se levanta

teóricamente se reduce a la mitad o más bien que se requiere menos

fuerza aplicada para levantar el peso con la ayuda de la polea móvil.

6. En relación con la tabla No.3 Elabore conclusiones, previo análisis de

los resultados obtenidos en los dos últimas columnas.

En la tabla número 1 se requiere ejercer una fuerza igual al peso para

levantarlo, es decir, si quiero levantar 2 N necesito aplicar 2 N. En la

tabla número 2, se requiere de la mitad de la fuerza para levantar un

peso, es decir, para levantar 2N necesitamos aplicar 1N; entonces

podemos deducir que con 2 poleas móviles, previamente observadas

las tablas 1 y 2, la fuerza aplicada será reducida 4 veces a la necesaria,

para levantar 2N se necesitaran solamente 0.5N.

7.- Sabiendo que idealmente VM = RD = 2n determine el porcentaje de

diferencia con respecto a los valores promedio VM, RD y ŋ para cada

arreglo.

Para Tabla2

VM

Promedio

RD

Promedio

2n % ŋ Porcentaje de

diferencia

1.91 2.07 2 92.39 8%

Page 11: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

Para Tabla3

VM

Promedio

RD

Promedio

2n % ŋ Porcentaje de

diferencia

3.35 4.11 4 81.49 19%

8.- De qué manera influyen los siguientes factores en los valores de VM,

RD y ŋ, para cada uno de los últimos empleados.

a) La separación existente entre las poleas.

No afecta.

b) La longitud e inclinación de los cables.

Al mover de posición al dinamómetro con un ángulo θ cualquiera,

no se cambia la lectura.

c) El peso de las poleas.

Afecta en cierto modo, ya que se le agrega una fuerza al sistema.

d) El dinamómetro de las poleas.

No afecta

e) Si se considera que hay otros factores importantes anótelos.

10. Mencione diferentes usos que se hayan identificado para las poleas.

En una polea fija, el objetivo es cambiar la dirección de una

fuerza aplicada a un cuerpo.

Si el número de poleas aumenta, la fuerza que se emplea para levantar

un objeto se reduce, lo cual puede ser muy útil para mover un objeto

pesado.

Conclusiones y comentarios

Alba Hernández Jorge Iván

Conclusiones:

Mediante la experimentación observamos y trabajamos con poleas, las

cuales se definen también, como una maquina simple que convierte

Page 12: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

una sola fuerza de entrada, en una sola fuerza de salida. Por medio de

la experimentación pudimos comprobar este principio.

También que existen dos tipos de poleas las fijas y las móviles, para este

experimento trabajamos con poleas fijas, estas no disminuyen la fuerza y

la ventaja de este tipo de poleas es que la misma fuerza que se aplica a

la entrada es la misma de salida.

Comentarios: que hay variaciones en la toma de datos ya que

intervienen varios factores como el estado del equipo, cuando se tensa

el dinamómetro puede variar un poco la fuerza ya que es cansado

mantener una misma posición por determinado tiempo.

Torres Bautista Edgar Eduardo

Conclusión

Realizamos en el laboratorio un sistema de poleas llamado maquina

simpleen el que no produce una ventaja mecánica: la fuerza que debe

aplicarse es la misma que se habría requerido para levantar el objeto sin

la polea.

Una máquina facilita el trabajo del hombre para poder cargar cierto

peso con menos esfuerzo o bien en este caso redireccionar un fuerza a

una forma más conveniente.

Comentarios

Fue una práctica interesante donde construimos nuestro sistema de

fuerzas, considero que no fue una práctica muy difícil de elaborar pero

si en tomar las medidas ya que no estuvieron nuestros resultados muy

acercados a nuestra eficiencia del sistema.

Zamora Chairez Jorge Alberto

Conclusión

Si se quiere mover un peso muy grande, al momento de hacerlo

mediante poleas se reduce la fuerza que se aplica. Cuando se hace

con poleas móviles se reduce incluso aún más y mientras más número

de poleas móviles haya, más se reducirá la fuerza para mover dicho

Page 13: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

peso. Las poleas son muy útiles para mover pesos sin hacer tanto

esfuerzo.

Comentarios

Fue una práctica interesante y me agradó que comprobara que se

puede reducir más la fuerza mediante poleas móviles. Lo que no me

gustó de la práctica fue que en ocasiones se dificultaba tomar las

medidas y creo que por eso nos resultó un porcentaje algo alejado del

100%

Pérez Ariza David Alejandro

Conclusión

Las poleas móviles son muy efectivas para realizar distintos trabajos de

carga como grúas o elevadores y hacen que el esfuerzo sea menor,

haciendo que la ventaja mecánica sea mayor. También se puede

concluir que experimentalmente hay un cierto margen de error debido

a que los dinamómetros u otros objetos no estén bien calibrados o

simplemente al error del ojo humano a la hora de tomar la medición.

Comentarios

Me gusto esta práctica, además de que se podía ver la ventaja

mecánica, pudimos deducir varias aplicaciones y que tanto nos

pueden servir las poleas móviles para el uso cotidiano.

Page 14: Reporte 3 Laboratorio de Estática FI

CONCLUSIÓNES GENERALES

El uso de la polea permite al hombre reducir o simplificar algunos

trabajos que sin ella serían muy laboriosos.

Dependiendo del número de poleas, la fuerza que se emplea para

levantar un objeto se reduce, expresándose de la forma= 1/2n donde n

es igual al número de poleas utilizadas, sin embargo la gran desventaja

que presentan, es que al usar un mayor número de poleas, la longitud

del cable que se está usando para levantar el objeto deberá ser cada

vez más grande, implicando que para levantar el objeto a una gran

altura se necesitará una gran cantidad de cable.

Con base en nuestros resultados podemos decir que se cumplió casi

óptimamente los resultados de fuerza utilizada para levantar ciertas

cargas (1/2n).

Los objetivos lograron cumplirse pues comprobamos de manera

experimental la fuerza equilibrante en cada sistema de poleas, y, al

compararlas con el resultado teórico llegamos a un resultado casi

idéntico, en relación con la ventaja mecánica y el desplazamiento, se

pudo observar que mientras la ventaja mecánica aumenta la relación

de desplazamiento es menor, lo que indica que cada vez se reduce la

fuerza para levantar un objeto, pero que se desplaza cada vez menos.

Comentarios

Una interesante práctica, aunque al principio se nos proporcionaron

poleas un poco frágiles, después nos dieron otras poleas en buenas

condiciones.

Yo tuve la suerte de que en mi clase de teoría me explicaran un poco

sobre el tema de poleas, pero me sorprendió el hecho de que hay

profesores a los que hablar sobre este tema es despreciable.

Si esto pasa ¿Qué no sería más difícil entender a la práctica que

hacemos en el laboratorio?