Laboratorio Fisica Semana 3

 

 

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COMPONENTES DE UNA FUERZA 1. OBJETIVOS:   Descomponer fuerzas en un plano para comprobar las ecuaciones que se emplean para sus componentes de forma analítica.

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2. FUNDAMENTO TEÓRICO: En la estática es fundamental el estudio de fuerzas que actúan sobre un u n cuerpo, las cuales pueden estar o no en concurrencia. El análisis de las fuerzas, entre otros objetivos, se hace para determinar una fuerza que equilibre el sistema, la tensión o compresión a la cual se encuentra una parte o cada una de las piezas que lo componen. Para hacer este análisis, con frecuencia se requiere de d e sumar o restar más de dos fuerzas lo cual es sencillo si se hace una suma algebraica de fuerzas, y se puede realizar con el método de descomposición de fuerzas. La fuerza es definida como la acción que ejerce un cuerpo sobre otro y cambia o tiende a cambiar el estado de reposo o movimiento del mismo. La fuerza es una magnitud vectorial, es decir, que cuenta con magnitud, dirección y sentido. En esta práctica usaremos el método del paralelogramo para hacer la descomposición de una fuerza en sus componentes y se usará la ley de los cosenos para su comprobación teórica (fig. 1).

Fig. 1: 1: Componentes A y B del vector R

La ecuación para el módulo del vector resultante R que permite la aplicación se conoce como ley de los cosenos considerando el ángulo α  que  que hay entre las componentes A  y B  dado por:

 = √   +  + 2   

….. (5)

Observación:  Notar que se considera en el tercer termino suma (+) y no el signo de resta (-) porque se Observación: Notar esta considerando el ángulo que hay entre A  y B .  3. PALABRAS CLAVE Vectores, componentes de un vector, plano cartesiano, ley de cosenos, teorema de Pitágoras, razones trigonométricas, triángulo rectángulo., triangulo oblicuángulo. 4. ACTIVIDAD VIRTUAL VIRTUAL:: En el siguiente enlace de Apps de Física (de Walter Fendt / Mario Alberto Gómez García) realizaremos la actividad virtual propuesta: https://www.walter-fendt.de/html5/phes/forceresolution_es.htm  

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En esta aplicación observamos las componentes de un vector fuerza considerando los ángulos que hay respecto al vector y las magnitudes tanto del vector como de sus componentes. Se puede variar los parámetros de la magnitud del vector y el ángulo de cada uno de sus componentes respecto del vector. Los controles de los parámetros para esta aplicación son: El valor de la magnitud del vector fuerza en el control Ma Magnitu gnitu d de la fu erza (en erza (en N). El valor de la Medida de los ángulo s  con respecto al vector fuerza:

   

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  El ángulo 1 ( 1 (en azul ) medido hacia abajo en sentido horario en azul) El ángulo 2 ( 2 (en rojo ) medido hacia arriba en el sentido antihorario en rojo) o 

o

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  El botón Ca Calcular lculardiagrama para las com para ponentes una ponentes  una vez quecon se nuevos ingresanvalores. los valores de los parámetros. Borrar diagrama iniciar el cálculo   Se muestran las Magnitudes de las componentes al hacer click en el botón correspondiente y se muestran cada magnitud de la componente:

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  El valor de la componente 1 1 (  (en en azul azul)) medida en newtons.   El valor de la  (en o componente 2 ( 2 en rojo rojo)) medida en newtons. o

  Se muestra el paralelogramo formado por las componentes del vector fuerza y la diagonal que es el vector. ●

 Actitivi  Ac vidad dad   En el control Magnitud de la fuerza ingresar fuerza ingresar el valor 10 (en N) con el teclado y luego Enter. Este será el valor del vector R.

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  En el control Medida de estos los ángulos ingresar en ángulo 1 1:: 22° y en ángulo 2: 2: 43° con el teclado y luego Enter. La suma de valores será el ángulo α .

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  Hacer click click en el botón Calcular las componentes para empezar la simulación y esperar que la aplicación se detenga.   Anotar los datos de R, el ángulo α  y  y el módulo de las componentes en la tabla 1.

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Tabla 1: Componentes 1:  Componentes del vector fuerza. R (en N)

α (en °)  °) 

Componente 1: A  

Componente 2: B  

1 2 3

  Ahora hacer click en el botón Borrar diagrama para diagrama para iniciar nueva toma de datos con co n otros valores según se indica: Caso 2:   Magnitud de la fuerza: 15 N   Ángulo 1: 18°   Angulo 2: 35° Caso 3:   Magnitud de la fuerza: 18 N   Ángulo 1: 26°   Angulo 2: 55°   Recordar hacer click click en el botón Borrar diagrama para diagrama para una nueva toma de datos   Anotar todos los datos obtenidos en la tabla 1

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5. PROCESAMIENTO DE DATOS: Con los datos de la tabla 1, determinar el vector fuerza resultante experimental para cada caso, según la ecuación:

RExp de

 =    +  + 2    Anotar los cálculos en la tabla 2. Tabla 2: Cálculo 2:  Cálculo del vector RExp a partir de sus componentes Componente 1: A  

Componente 2: B  

1 2 3

3

RExp 

las componentes

 

 

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6. RESULTADOS A partir de los datos de la tabla 2 compara el valor teórico del vector fuerza experimental RExp calculado en la tabla 2:

R (de

la tabla 1) con el vector

Tabla 3: Comparación 3:  Comparación de los valores teórico y experimental. RExp 

R 

∆ R 

1 2 3

7. CUESTIONARIO 7.1. ¿Qué entiende por un vector? Describa brevemente 7.2. ¿Tus resultados obtenidos de la aplicación de las componentes de una fuerza coinciden con los calculados con las fórmulas? Explique brevemente 7.3. Enumere todas las características que determinan un vector fuerza. 8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:  Raymond A. Serway; Física Tomo I; Editorial McGraw –Hill. o Tipler Mosca; Física para la ciencia y la tecnología Vol. I ; Editorial Reverte. o Miguel Ángel Hidalgo Moreno; Laboratorio de Física ; Editorial PEARSON EDUCACIÓN. o Sears –Zemansky; Física universitaria; 12ª. Edición; Vol. 1; Editorial ADDISON-WESLEY  ADDISON-WESLEY  o https://www.walter-fendt.de/html5/phes/forceresolution_es.htm o

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