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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA PESQUERA Y ALIMENTOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA PESQUERA

 INTEGRANTES:  Chury Loayza Rosel Ángel  Galindo Valle, José Denis  Pérez Apaza, Alexis  Tirado Bances, Cinthia Janeth  Zúñiga Rodríguez, César Junior  CURSO: Laboratorio de física 2  PROFESOR: Pablo Ciro Alarcón Velazco

2021

INTRODUCCION

En la presente practica abordamos el tema de energía potencial elástica la cual definimos como aquella que adquieren los cuerpos sometidos la acción de fuerzas elásticas o recuperadoras. Para obtener el valor de la energía potencial elástica llevamos a cabo un sistema de bloque unido al resorte. Teniendo como objetivo observar las características y condiciones de un resorte en un espiral, para determinar su constante elástica. En este sistema podemos razonar de la siguiente manera. Vamos a comprimir o estirar un resorte desde su posición de equilibrio (X1=0) a una posición (X2=X). Para estirara el resorte hemos de ejercer una fuerza igual en magnitud, pero de sentido contrario a la ley de Hooke. F = k .x La fuerza ejercida es variable siendo prácticamente nula al principio y aumentando a medida que aumenta el x De esta manera llevamos a cabo el estudio de la energía potencial elástica

OBJETIVO USO DE SIMULADORES PHET

 Observar las características y condiciones de un resorte en espiral.  Determinar la constante elástica del resorte en espiral.  Determinar el Trabajo y la Energía Potencial Elástica del Resorte.

PROCEDIMIENTO

MONTAJE Y USO DEL SIMULADOR PHET Monte el equipo, como muestra el diseño experimental PHET. Coloque una pesa pequeña [ m=.. . .. . kg] en la base del resorte y anote la posición correspondiente. Posición: ……………. Adicione masas en la base del resorte cada vez de mayor peso. En la Tabla 1 anote los valores de las posiciones x correspondiente (incluida la posición de referencia). Grafique la magnitud de la fuerza F versus la elongación medida de x Aplicando el método de mínimos cuadrados encuentre la curva de mejor ajuste. Interprete físicamente la curva que encontró.  m = 90 gramos

 m = 110 gramos

 m = 130 gramos

 m = 150 gramos

 m = 170 gramos

 m = 190 gramos

 m = 210 gramos

X 2−¿ X F 2−¿ F ¿ ¿

k=

1

1

F = mg

NUMERO 1 2 3 4 5 6 7 SUMA 

g = 10 m/s2

M(kg) 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21 1.05

F=m.g F=0.09 x 10 F= 0.91



K=f2-f1 / x2-x1 K= 1.1- 0.9 / 0.22 - 0.18 k= 5



F=m.g F=0.11 x 10 F= 1.1



K=f3-f2 / x3-x2 K= 1.3 - 1.1 / 0.26 - 0.22 K= 5



F=m.g

X(m) 0.18 0.22 0.26 0.30 0.34 0.38 0.42 2.1

F(N) 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 10.5

K(N/m) 5 5 5 5 5 5 5 35

F=0.13 x 10 F=1.3 

K=f4-f3 / x4-x3 K=1.5 - 1.3 / 0.30 – 0.26 k= 5



F=m.g F=0.15 x 10 F= 1.5



K=f5-f4 / x5-x4 K=1.7 - 1.5 / 0.34 - 0.30 k= 5



F=m.g F=0.17 x 10 F=1.7



K=f6-f5 / x6-x5 K=1.9 - 1.7 / 0.38 - 0.34 k= 5



F=m.g F=0.19 x 10 F= 1.9



K=f7-f6 / x7-x6 K=2.1 - 1.9 / 0.42 - 0.38 K= 5



F=m.g F=0.21 x 10 F= 2.1



K=f7-f6 / x7-x6 K=2.1 - 1.9 / 0.42 - 0.38 k= 5

EVALUACIÓN 1. Con los datos de la tabla 1, determinar la constante elástica en forma analítica M(Kg)

X(m)

K = ( N/m)

0.09

0.18

5

0.11

0.22

5

0.13

0.26

5

0.15

0.30

5

0.17

0.34

5

0.19

0.38

5

0.21

0.42

5

k=

5+ 5 + 5 + 5 + 5 + 5 + 5 7

k =5 N /m

3.- Usando los datos de la tabla 1 calcular la constante elástica por el método de mínimos cuadrados

n 1 2 3

X 0.18 0.22 0.26

Y 0.9 1.1 1.3

XY 0,162 0,242 0,338

X2 0,0324 0,0484 0,0676

4 5 6 7 SUMA

m=

0.30 0.34 0.38 0.42 ΣX=2.1

1.5 1.7 1.9 2.1 ΣY=10.5

0,45 0,578 0,722 0,882 ΣXY=3,374

0,09 0,1156 0,1444 0,1764 Σx2=0,6748

n .∑ ( X .Y ) −∑ X .∑Y n . ∑ x2 −¿ ∑ x∨²

M=

7(3,374)−( 2,1)(10,5 ) 7(0,6748)−( 2,1 )2

M=

1,568 0,3136

M =5

2

b=

∑ Y . ∑ x −∑ X . ∑(x . y ) 2 n . ∑ x −¿ ∑ x∨²

B=

(0,6748 )(10,5 )−(2,1)( 3,374 ) 2 7 (0,6748)−( 0,6748)

B=0 Y =mx + b Y =5

4.- Hallar el Error porcentual (E%), considerando como valor teórico el valor de la constante elástica hallada por el método de mínimos cuadrados

Kteor 5

E %=

Kteorico – Kexperimental Kteorico

Kexperime 1.5

E %=

5−1.5 x 100 % 5

E %=70 %

5.- Determinar el Keq para resortes colocados en serie y paralelo respecto a una masa.

Si los muelles están en paralelo, la constante de la asociación es la suma de las constantes: k =k 1 + k 2

Si los muelles están en serie, la inversa de la constante es la suma de las inversas: 1 1 1 = + k k1 k2

PARA RESORTES COLOCADOS EN SERIE ∑ F=0 F R= F eq F R=k 1 x 1= k 2 x 2 F F x 1 = R ; x 2= R k1 k2 FR x eq= x 1 + x 2 , tambien : x eq = k eq De estamanera : 1 1 1 = + k k1 k2

PARA RESORTES COLOCADOS EN PARALELO F R 1 + F R 2= F eq Deformación es la misma: x 1= x 2= x eq Sustituyendo : k 1 x1 + k 2 x 2=k eq xeq k 1 +k 2=k eq

6.- Analice la razón existente de la diferencia de la constante elástica de dos diferentes resortes en espiral

La constante elástica es característica de la rigidez de un determinado material

Si tenemos dos resortes en espiral de diferentes materiales, pero de igual longitud, tendremos diferentes constantes elásticas porque sus características de resistencia son distintas y por ende tendrán constante elásticas diferentes Cada resorte tiene un límite de elasticidad y al agregarle demasiado peso y este pasar el límite permitido pierde su longitud inicial. El límite de elasticidad dependerá de la rigidez que presente el resorte.

7.- Analizar y verificar la diferencia existente entre un muelle tipo espiral y un muelle tipo laminar o de banda.

RESORTE EN ESPIRAL

RESORTE TIPO LAMINAR

Es un resorte de torsión que requiere muy poco axial. Está formado por una lámina de acero de sección rectangular enrollada en forma espiral. Se utiliza para producir movimiento en mecanismos de relojería, cerraduras, persianas, metros enrollables, juguetes mecánicos, etc. Consisten en un espiral o fleje con curvatura de forma que cada espiral del fleje se apriete fuertemente sobre la anterior. Cuando se extiende (deflexión), el esfuerzo inherente resiste la fuerza de carga, al igual que en el resorte de tracción común, pero con una constante casi constante (cero

Este tipo de resorte se conoce con el nombre de ballesta. Está formado por una serie de láminas de acero de sección rectangular de diferente longitud, unidas entre sí por el centro a través de un tornillo o por medio de una abrazadera sujeta por tornillos. Las ballestas se utilizan como resortes de suspensión en los vehículos, realizando la unión entre el chasis y los ejes de las ruedas. Su finalidad es amortiguar los choques las cuales trabajan una flexión : la lámina de mayor longitud se denomina lamina maestra

La diferencia principal entre las suspensiones por ballestas y las de los demás tipos consiste en que las primeras pueden reunir, además de una función meramente elástica, otras de guiado de las ruedas con relación al bastidor o a la carrocería y de amortiguamiento de la oscilación es de la masa suspendida. Entendida como órgano elástico, la ballesta es un muelle de acero que trabaja por flexión y puede suponerse que deriva de una viga de resistencia uniforme. 8.- ¿Por qué el esfuerzo a la tracción es positivo y el esfuerzo a la compresión es negativo?

Tenemos que tener en cuenta primero que el esfuerzo es la fuerza que actúa sobre un cuerpo y que tiende a estirarla (tracción), aplastarla (compresión), doblarla (flexión), cortarla (corte) o retorcerla (torsión). Entonces podemos analizar el esfuerzo(f) mediante la ley de Hooke para un muelle o resorte, donde F=K.x X=ELEONGACION DEL MUELLE O RESORTE

Supongamos que comprimos un resorte con una longitud x. El módulo de la fuerza que se ejerce sobre el resorte, es kx, dirigido horizontalmente hacia los extremos donde se aplica la fuerza, la fuerza recuperadora elástica kx, tiene sentido contrario a la deformación que ha sufrido el resorte, y para iniciar esta característica se antepone el signo negativo

9.Analice las fuerzas de cohesión y fuerzas de adherencia. Dé ejemplos La cohesión es distinta de la adhesión, la cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos En los gases, la fuerza de cohesión puede observarse en licuefacción que tiene lugar al comprimir una serie de moléculas y producirse fuerzas de atracción suficientemente altas para proporcionar una estructura liquida En los líquidos, la cohesión se refleja en la tensión superficial, causada por una fuerza no equilibrada hacia el interior del líquido que actúa sobre las moléculas superficiales y también en la transformación de un líquido en solido cuando se comprimen las moléculas En los sólidos, la cohesión depende de cómo están distribuidos los átomos, las moléculas y los iones. lo que a su vez depende del estado de equilibrio (o desequilibrio) de las partículas atómicas. Muchos compuestos orgánicos, por ejemplo: forman cristales moleculares, en los que los átomos están carbonatados dentro de las moléculas, pero unidos se encuentran poco unidas entre si

*Ejemplos de materiales con cohesión  EL AGUA: cuando dos gotas de agua coinciden en su recorrido y hacen contacto, se unen para formar una sola gota, gracias a la cohesión.  LOS METALES: cuando se someten a una fundición, las barras rígidas de hierro se van derritiendo, y sus partículas se van dispersando como líquido. La temperatura ha vencido su cohesión.  LAS ROCAS: se necesita una fuerza enorme para romper una roca. Incluso podemos recurrir a maquinaria pesada para lograrlo, porque es difícil vencer su cohesión.  EL VIDRIO: la cohesión del vidrio puede apreciarse cuando se encuentra a altas temperaturas, en su forma líquida. Al unir dos masas de este, con una coloración roja amarillenta por el calor, estas se combinan al instante.  EL HIELO: se trata de agua llevada a temperaturas inferiores a los 0°C. Es notable el aumento de su cohesión. De haber sido un líquido a temperatura ambiente, el agua se ha endurecido y ordenado en su estructura molecular.  LOS PEGAMENTOS: estos son sustancias que producen un efecto de cohesión al distribuirse entre dos superficies adecuadas. Por ejemplo, dos placas de cartón. Estas se van a mantener unidas gracias a la naturaleza química del pegamento.

*Ejemplos de adhesión 

Dos placas de mica o cristal que tienen una gota de agua entre ellas se pegan a tal punto que sólo se pueden separar si se deslizan hasta que una sobresalga para desprenderla con fuerza.



El cian acrilato es un pegamento muy efectivo cuando se utiliza para pegar porcelana o cerámica. Simplemente, se añaden unas gotitas de agua para que el pegamento se active y tome poder adherente.



La cinta adhesiva se coloca en una posición intermedia para unir dos superficies, ya sea de cartón, papel o algún material para el que sea suficientemente resistente.



El sarro es la acumulación del carbonato de calcio (CaCO3) que proviene del agua de uso. Se le llama también dureza, y tiende a adherirse a las superficies internas y externas de las tuberías y regaderas.



La goma de mascar, cuando se encuentra húmeda por la saliva del consumidor, tiende a adherirse al cabello y a las superficies plásticas, resultando en un material difícil de retirar.



Un líquido es capaz de mojar los materiales cuando su adherencia es mayor que la cohesión de las partículas del material en cuestión. Por ejemplo, el agua puede mojar telas, y el mercurio puede mojar el cobre; el aceite puede mojar el papel.



El pegamento blanco aplicado sobre paletas de madera pequeñas es capaz de mantenerlas unidas, para crear manualidades con estructuras estables.



El cemento se distribuye sobre los bloques o tabiques de un edificio y, al secarse, produce una construcción sólida y que no se va a desprender.



El velcro es un material que consta de dos piezas, una aterciopelada y otra rugosa. Cuando ambas superficies se unen, es difícil de separarlas accidentalmente. Se utiliza para reemplazar las cintas en los zapatos, como otra forma de cerrarlos.



El silicón se presenta generalmente en barras, y estas se someten a calentamiento para derretirse. El líquido caliente que resulta se coloca en pequeñas porciones entre dos superficies de material para unirlos.

10. ¿Cuánto vale la energía elástica acumulada en esta barra en la máxima deformación? La energía potencial elástica está determinada por 1 2 Ep= kx 2 Para que la energía potencial elástica sea máxima, la deformación tiene que ser máxima: Por lo tanto 2 1 Ep= (5)( 0.42) 2 Ep=0.441 J



CONCLUSIONES

-

No todos los resortes se estiran lo mismo, esto se debe a que cada resorte tiene una constante de elasticidad diferente. Determinamos la deformación elástica, además descubrimos que se rige por la ley de Hooke Notamos que hubo un error relativo muy debido a errores en el desarrollo de las experiencias tales como errores en el resorte, etc. Se observó propiedades elásticas de los objetos utilizados en la experiencia Comprobaremos la relación directa que existe entre la fuerza aplicada a un resorte llamada constante de elasticidad del resorte

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