Práctica 3 Poleas: Objetivos

 

PRÁCTICA 3 POLEAS Una polea es una máquina una máquina simple, simple, un  un dispositivo mecánico de tracción, que sirve para transmitir una fuerza. una fuerza. Consiste  Consiste en una rueda con un canal en su periferia, por el cual pasa una cuerda que gira sobre un eje central. Además, formando conjuntos (aparejos o polipastos) o polipastos)   sirve para reducir la la magnitud  magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso. un peso.   Según la 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» 1  actuando en uno de sus extremos la resistencia y en otro la potencia.

OBJETIVOS • Determinar la fuerza equilibrante en sistemas de poleas que soporten sopor ten cierta carga.   • Estimar la ventaja mecánica y la relación de desplazamiento en sistemas de

poleas que soporten cierta carga. EQUIPO EQUI PO A UTILIZA UTILIZAR R a) Marco metálico b) Flexómetro c) Juego de poleas d) Dinamómetro de 10 [N] e) 3 masas y soporte f) Hilos

 ACTIVIDADES  ACT IVIDADES PARTE PA RTE I 1. En el marco metálico construya la configuración que se muestra en el manual 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. TABLA NO.1

Evento

W (N)

F Vertical (N)

1

2.4 N

2.4 N

2

2.4 N

F Inclinada (N)

2.4 N

3. Incline el dinamómetro en el plano del arreglo y registre el valor del peso y de la fuerza en la tabla No. 1 como segundo s egundo evento. evento.

 

 

 ACTIVIDADES  ACT IVIDADES PARTE PA RTE II 1. En el marco metálico construya la configuración que se muestra en el manual (figura 2). Ésta será la posición inicial arbitraria del peso W (  ) y del dinamómetro



(

 ).

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 ( w ) y la fuerza (  )





TABLA NO.2

W EVENTO  [N]

w               

F [N]

[cm] [cm] [cm]

[cm]

[cm]

[cm]

  =     =     

%η 

1

2.4

1.2

40.5

0

31.7

17.5

8.8

17.5

2

1.99

100. 100.55

2

5.3

2.7

39.5

0

31.9

15.2

7.6

15.2

1.96

2

98

3

7.3 3.65 38.7

0

33.8

10

4.9

10

2

2

98.039

Donde

VM : ventaja mecánica RD : relación de desplazamientos

η : eficiencia mecánica =

   ×100 

Número de poleas móviles :

1_____

3. Mueva el arreglo hasta otra posición arbitraria, y registre en la Tabla No. 2 las

  nuevas posiciones del peso ( ) y la fuerza ( ) del primer evento.

4. Repita los puntos 1, 2 y 3 para otros dos pesos distintos hasta completar la Tabla No.2.

 A  ACTIVIDADES CTIVIDADES PARTE PA RTE III 1. En el marco metálico construya la configuración mostrada en el manual ( Figura No. 4).

2. Anote como primer evento de la Tabla No. 3 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 ( w ) y la fuerza (  ).





 

TABLA NO.3

W EVENTO  [N]

F [N]

w               

[cm] [cm] [cm] [cm] [cm] [cm]

      =     =   

%η 

1

2.4 0.65 21.2

0

18.5

10

2.7

10

3.7

3.7

100

2 3

5.3 1.32 20.8 7.3 1.8 20.4

0 0

18 17.7

10 10

2.8 2.7

10 10

4.01 4.05

3.57 3.7

112.3 109.4

Numero de poleas móviles:

2_______

3. Mueva el arreglo hasta otra posición arbitraria, Figura No. 5, y registre en la Tabla No. 3 las nuevas posiciones del peso (  ) y la fuerza (  ) del primer evento.





4. Repita los pasos 1, 2 y 3 para otros dos pesos distintos hasta completar la Tabla No.3.

 ACTIVIDADES  AC TIVIDADES PARTE PA RTE IV 1. Construya el arreglo que muestra la Figura No. 6, haciendo uso de la polea que ya tiene sujetado un hilo. 2. Con el dinamómetro previamente calibrado mida la fuerza P que se tiene que aplicar para mantener el sistema en equilibrio, y registre también los valores de los ángulos α, β; así como el peso de la masa utilizada para este arreglo . P = 1 [N]____

α=

56.7 °

β=

19.3°___

W=

2.4[N]____

CUESTIONARIO 1. Expliq Explique ue ampliamente que es una máquin a.

La máquina es un aparato que se encuentra formado por diferentes piezas móviles y fijas que aprovechan la energía que tiene para realizar un trabajo determinado. Las máquinas normalmente contienen: cont ienen: motor, estas a su vez también son máquinas y son las responsables de hacer funcionar a la maquinaría transformando su fuente de energía y en un trabajo requerido. Otro de los componentes son los mecanismos, estos son los elementos mecánicos con los que se forma el artefacto, y es el elemento fundamental para transformar la energía que sale del motor. Finalmente se encuentra el bastidor que es la estructura que sostiene al motor. 2. Indique si pueden considerarse todos los arreglos de esta práctica como máquinas.

 

Sí, puesto que una polea es una máquina simple, un dispositivo mecánico de tracción, que sirve para transmitir una fuerza. Consiste en una rueda con un canal en su periferia, por el cual pasa una cuerda que gira sobre un eje central. 3. Dibuje los diagramas de cuerpo libre de los distintos elementos que intervienen int ervienen en cada a arreglo rreglo u til tiliza izado do (pesa, poleas móviles, móvi les, polea fija, cables, etc.).  ACTIVIDAD  ACTIVIDA D PARTE I

ACTIVIDA ACTIVIDAD D PARTE II

R

R

W

F

F

F

F

 ACTIVIDAD  ACTIVIDA D PARTE III

R F

F F

F

F

F

F W

F

W

 

4. Con base en los resultados de las actividades parte I, diga de qu  forma influ yen e en n dicho s resultados las siguientes varia variables: bles: a) La longitu d e inclin ación de los cables. La longitud e inclinación de los cables no influyen en nada, solo en la comodidad de poder mover desde diferentes posiciones el cable para jalarlo, para este caso consideramos la ventaja mecánica ideal, pues se supone no hay fricción.  fricción.  b) El peso de d e la polea Para esta actividad el peso de la polea se considera despreciable, ya que se encuentra fija y no altera las mediciones. c) La altura a la que se colocan coloc an el dinam metro y la pesa con respecto a la base del marco. marc o. Si no tomamos las medidas con la más alta precisión, el porcentaje de error aumentará y al no estar ni e dinamométrico ni la pesa fijos en una base sino que están flotando, hacen más complicada dicha precisión. Tabla No.2

5.En relación on  la  ccon

  =  |   |

    consid era erando ndo qu e   =     y que

 An ali ce lo s res ulta ul tado do s ob ten ido id o s en las do s úl timas ti mas colu co lu mn mnas as y h aga las observaciones pertinentes ¿Qu  tendencias se aprecian? Se aprecia que al agregar una polea móvil la ventaja mecánica aumenta al doble; es decir que el esfuerzo necesario para mover un peso a una misma altura tiene que ser la mitad del esfuerzo que utilizaremos sin la ayuda de una polea móvil. En la práctica es valor nos quedó muy cercano, ya que también influye el peso de las poleas, que, aunque podría ser despreciable puede llegar a afectar. 6. En relación con la Tabla No.3 ela  elabore bore conclu siones, previo análisis de los resultados obtenidos en las dos últimas colu mnas A pesar de que tratamos de hacer las mediciones de alturas y pesos lo más exacto posible, hubo pequeñas fallas, así mismo mis mo concluimos que de alguna manera el peso que habíamos tomado como despreciable de las poleas, a fin de cuentas, si afectó, mínimamente, pero si fue uno de los factores de error. La eficiencia mecánica arrojó resultados que no nos esperábamos (arriba de 100) pero al final concluimos que se debió a lo ya dicho anteriormente. Y en general los resultados fueron coherentes según lo establecido en la práctica.

 

7.Sabiendo que idealmente ̅  =̅  =     determine el porcentaje de diferencia con respecto a los valores pro me medio dio̅   , ̅    para cada arreglo. TABLA 2

VM Promedio

RD Promedio

2  

%ŋ 

Porcentaj Porcentajee de diferencia

1.99

2

2

99.5

0.5 %

TABLA 3

VM Promedio

RD Promedio

2  

%ŋ 

Porcentaj Porcentajee de diferencia

3.92

3.66

4

107

7%

8. De qu  manera influyen los siguientes factores en los valores de VM, RD y empleados. ados. ŋ, para cada uno de los últimos emple a) La separación existente entre las po poleas leas La separación entre las poleas influye ya que no debe existir contacto entre ellas, ya que al rozar una con otra modifica los resultados, al igual que si están muy separadas porque generarían una componente horizontal. b) La longitud e inclinación de los cables. La longitud e inclinación afectan ya que se busca tener solamente componentes en el eje “y” (verticales), y la posición de los cables deben ser

idealmente paralelas una de otra, ya que al existir una inclinación diferente se estaría generando una componente en el eje horizontal modificando los resultados. c) El peso de las p oleas. El peso de las poleas utilizadas es despreciable en comparación a las masas empleadas en los experimentos, por tal motivo se considera que no afecta en el sistema. Aunque si representa un ligero aumento en el peso utilizado en el sistema, este es mínimo, por lo cual se desprecia. d) El diámetro de d e las poleas. La posición en la que se toman las medidas igual es importante, ya que la fuerza debe medirse en una orientación totalmente vertical para no alterar sus mediciones. e) Si se con sidera que hay otros facto res impo importantes, rtantes, anótelo anótelos. s.

 

-errores en el equipo de medición (mal calibrado el dinamómetro). -errores al medir (mala técnica para tomar las mediciones). 9. Me Menci ncione one diferentes dif erentes usos qu e se hayan identi ficado p ara la lass pol eas.

Las poleas fijas solamente sirven para cambiar la dirección de la fuerza, ya que no modifican esta, por otra parte, las poleas móviles sirven tanto para cambiar la dirección y reducir la fuerza necesaria para equilibrar una masa. 10. Considerando el valor del ángulo β  y del peso de la masa de las  Ac ti vi dad es Par Parte te IV, determ det ermin in e analíti anal íticc amen amente te lla a magni mag ni tud tu d y d ir irec ecci ció ó n α de la fuerza P que permita que el sistema este en equilibrio. Compare sus resultados. ¿Qué concluye?

β 

∑  =   ( () )  . .  ( ( .. ° °)) =   ∑  =    ( ()) + . . ( (  . .°) °) = . .    TP cos (α) =0.54931 TP sen(α) =0.8314

α 

 =   .        (.)()    = (  (. .)))

2.4 N

TP = 1

 =   .    = .°  % =  = .−.  = . . %   .      Con el resultado que acabamos de obtener de manera analítica podemos concluir que nuestras mediciones experimentales experimentales tuvieron un error de solo 0.8% por lo cual podemos considerar que esta actividad estuvo muy bien lograda. 11.. E 11 Elabore labore conclu siones y comentarios.

 

CONCLUSIONES Con la práctica realizada se comprobó que en un sistema de poleas en el cual se somete una carga existe una fuerza equilibrante capaz de poner en equilibrio el sistema de fuerzas, de esta manera se logró cumplir con el primer objetivo que consiste en determinar tal fuerza de manera experimental. De igual manera se analizó el concepto de ventaja mecánica, así como su relación con el desplazamiento resultante en un sistema de poleas, ya que están directamente relacionados, debido a que en la experimentación se comprobó que al añadir una polea móvil en un sistema, la ventaja mecánica aumenta aproximadamente al doble, lo que significa que para obtener un mismo desplazamiento se deberá aplicar una fuerza menor (aproximadamente de la mitad de magnitud original antes de añadir la polea móvil). Cosa que no sucede en un sistema con poleas fijas, ya que las poleas fijas no producen ninguna ventaja mecánica, solo ayudan a direccionar las fuerzas que actúan en el sistema. Los resultados obtenidos mediante la experimentación fueron muy cercanos a los establecidos en la teoría, por lo tanto, considero que se lograron cumplir los objetivos sin mayor proble problema. ma. Guzmán Mond Mond ragón Jesús J esús R. Gracias a esta práctica aprendí a identificar este tipo de máquinas simples que son las poleas, así como determina determinarr sus fuerzas equilib equilibrantes rantes a través de usar poleas y fijas y móviles. Considero que durante la realización de mediciones y registro de datos hubo ciertos errores, que, aunque fueron mínimos, si afectaron los resultados finales. También se pudo observar que mientras más poleas esté ayudando a soportar la carga, más hay que jalar. Así mismo concordamos en que todas las cuerdas deben ser paralelas para que se cumpla que cuando agregas otra polea el peso se divida y/o reparta según marque el dinamómetro donde evidentemente el diámetro deequitativamente dichas poleas no influye. Considero que en general los resultados obtenidos fueron muy cercanos a los esperados, por lo tanto, la práctica en conjunto fue exitosa y se cumplieron los objetivos establecidos en un principio. Moreno Ce Cedano dano Ruth Getzema Getzemaní. ní.

Durante esta práctica práctic a pudimos comprobar de manera experimental, experimental , lo que en clases de teoría ya habíamos obtenido como resultados de manera analítica. Comprobamos al aplicar, sistemapero de poleas se lelaagregan se reduce la fuerzaque quecuando debemos se aumenta distanciamas quepoleas debemos

 

recorrer, esto se debe a que el trabajo de debe mantener siempre igual, al disminuir la fuerza aplicada para mantener en equilibrio la la pesa, se aumenta la distancia y el trabajo es el mismo. En esta practica los resultados obtenidos fueron muy cercanos a los ideales, considero que las variaciones se deben a errores a la hora de medir las fuerzas, mala calibración del dinamómetro, o a que en una muy pequeña medida el peso de las poleas. Considero que esta fue una practica muy exitosa, ya que los objetivos se cumplieron y nos acercamos mucho a los resultados ideal ideales. es. Guilibaldo Guilib aldo Garcia Garcia.