Equilibrio Rotacional PDF

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informe de laboratorio...

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Laboratorio de Física Básica Fluidos y Termodinámica EQUILIBRIO ROTACIONAL A.

COMPETENCIA ESPECÍFICA

Aplica el concepto de momento de una fuerza en el estudio del equilibrio rotacional de una barra rígida para demostrar las condiciones de equilibrio e identificar en situaciones de la vida diaria. B.

INFORMACIÓN TEÓRICA

Un cuerpo libre sometido a fuerzas externas no concurrentes tiende a desarrollar un movimiento de rotación, por lo que se dice que el cuerpo no tiene equilibrio rotacional. Una condición necesaria para lograr el equilibrio rotacional es que los momentos de fuerza (o torques) sobre el cuerpo se anulen. El momento de fuerza mide el efecto de rotación de una fuerza sobre un objeto.



En la figura 1 se muestra una fuerza F que actúa sobre un cuerpo, el cual puede rotar alrededor de un eje O. Nuestra experiencia diaria nos sugiere que el efecto en



la rotación debido a F aumenta con la distancia perpendicular desde O a la línea de acción de la fuerza, b, denominado brazo de fuerza. Por ejemplo, cuando abrimos una puerta, siempre empujamos o jalamos lo más lejos de las bisagras e intentamos conservar la dirección de nuestra fuerza perpendicular a la puerta. Esta experiencia nos sugiere definir una cantidad física, , conocida como momento de torsión de una fuerza, su unidad en el sistema internacional es N.m y se le expresa por:

τ= F b (1) En

la Figura

1 se

observa

que

b = r senθ , se puede escribir entonces

τ = F r sen θ , o de manera vectorial:

τ = r × F

(2)

La dirección se obtiene usando la regla de la mano derecha (Figura 2).

Figura 1

Figura 2

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Laboratorio de Física Básica Fluidos y Termodinámica

C.

Materiales y Figura.

● ●

Uso de PC o Laptop Acceso con conexión a internet

Figura 3

APELLIDOS Y NOMBRES: ESCUELA PROFESIONAL:

CUI: FECHA:

LF-002 / 2 de 6

Laboratorio de Física Básica Fluidos y Termodinámica HORARIO: PROFESOR (A):

FIRMA: NOTA:

EQUILIBRIO ROTACIONAL D.

CUESTIONARIO PREVIO

1. ¿En qué circunstancias fuerzas paralelas producen traslación de un objeto? ¿En qué circunstancias producen rotación de un objeto? 



Para que fuerzas paralelas produzcan traslación de un objeto es fundamental que estas tengan el mismo sentido y dirección, o en tal caso que una tenga un módulo mayor que la otra. Para que el movimiento sea de rotación pura las fuerzas deben ser paralelas, opuestas y del mismo módulo

2. ¿Cuál o cuáles son las condiciones para que un cuerpo esté en equilibrio rotacional? 

Para que un cuerpo esté en equilibrio5de rotación, la suma de los momentos o torques de fuerzas que actúan sobre él respecto a cualquier punto debe ser igual a cero.

3.

¿Cómo se determina la dirección del momento de fuerza? Cite un ejemplo. 

La dirección de

un momento es

paralela

al

eje

de momento,

el

cual

es perpendicular al plano que contiene la fuerza F, y por su brazo de momento D, para establecer el sentido se utiliza la regla de la mano derecha.  4.

Ejemplo: Movimiento de una bisagra de una puerta giratoria El sistema de la figura está compuesto por una barra rígida en equilibrio

sometida a las fuerzas función de

,

y

y

. Encontrar una expresión para determinar

. (O es el eje de giro de la barra). Considerar

τF = τP .

E. PROCEDIMIENTO

EXPERIMENTAL

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en

Laboratorio de Física Básica Fluidos y Termodinámica 1.

Ingrese al siguiente link:

https://po4h36.wixsite.com/laboratoriovirtual/momento-de-la-fuerza Incertidumbre en la medida de la fuerza F (dinamómetro) : ∆F = 0.1 (N) Incertidumbre en la medida de la distancia al eje de giro (regla graduada) : ∆ x= 0.1(cm)= 0.001(m) 2. Según le indique su profesor agregue una masa de 100 g al portamasas cada 2 cm, y con el dinamómetro registre la fuerza F. Realice lo anterior para cada Lectura de la Tabla 1. Nota: ● El simulador no toma en cuenta la masa de la regla graduada, por tanto, en los cálculos no considerar el momento del peso de la regla graduada. ● Para realizar los cálculos respectivos en la presente práctica considere la aceleración de la gravedad g = 10 m/s2.

Tabla 1: Datos de fuerza, distancia, la masa y el peso Lectura 1 2 3 4 5 F.

x (m)

m (g)

P = m g (N)

F (N)

0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

100 100 100 100 100

1 1 1 1 1

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

ANÁLISIS DE DATOS

1. Calcule para cada caso, en unidades del sistema internacional, el momento de la carga P y el momento de la fuerza F relativos al extremo izquierdo de la regla y complete la Tabla 2. Tabla 2: Datos de Momentos de carga y fuerza. Lectura

TF (J)

TP (±0.00002)(J)

F (N)

1

0.004

0.02

0.2

2

0.016

0.04

0.4

3

0.036

0.06

0.6

4

0.064

0.08

0.8

5

0.1

0.1

1.0

2. Con los datos obtenidos de la Tabla 2, grafique F en función de obtener la gráfica 1. ¿Qué tipo de gráfica se obtiene?

LF-002 / 4 de 6

τP para

Laboratorio de Física Básica Fluidos y Termodinámica

G.

COMPARACIÓN Y EVALUACIÓN

1. De la gráfica 1 determine la pendiente. ¿Qué unidades tiene según el sistema internacional y cuál es su significado físico?

2. Calcule la inversa de la pendiente de la gráfica 1 y compárela con la longitud máxima de medida, de la regla graduada utilizada en el simulador.

H.

CONCLUSIONES

● Se logró verificar experimentalmente las condiciones de equilibrio rotacional en el sistema simulado. ● Se demostró el principio del torque ● La pendiente de la recta hallada es el valor del torque

I.

CUESTIONARIO FINAL

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Laboratorio de Física Básica Fluidos y Termodinámica 1. ¿Se puede calcular la reacción del eje de giro (extremo izquierdo) sobre la barra? Justifique su respuesta.

Si, se puede calcular la fuerza de los componentes Rx y Ry de la superficie de la barra. 2. En este experimento ¿Qué tipo de función obtiene al graficar la fuerza F en función P?. Justifique su respuesta.

Al graficar se obtiene una gráfica lineal que fue hecha con los puntos, dada por las coordenadas 3. ¿Podría realizarse el experimento con el dinamómetro dirigido hacia abajo? Explique.

Si podría realizarse con el dinamómetro hacia abajo, si se cambia su posición junto a las masas y se consigue un equilibrio rotacional.

4.

Señale 03 aplicaciones del equilibrio rotacional en la vida diaria.

Se puede aplicar en todo tipo de instrumentos en los cuales se requiera aplicar una o varias fuerzas o torques para llevar a cabo el equilibrio de un cuerpo: ● La palanca ● La balanza romana ● La polea ● El engrane

J.

BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL Autor

K.

Título

Edición

Año

BIBLIOGRAFÍA DE REFERENCIA

1. Guías de Laboratorio de Física Básica, Departamento Académico de Física UNSA, Año 2016. 2. Salvador Hurtado, Laboratorio virtual, 2014, http://labovirtual.blogspot.com/

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