Laboratorio 7 fisica - Propiedades elásticas de un resorte PDF

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Todo sobre el laboratorio de fisica sobre propiedades elásticas de un resorte...

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Física I – FIS 100 Laboratorio #7 – Propiedades elásticas de un resorte Maryoris Valdes, Sherly Vásquez

Marciano Santamaría

Melanie Sánchez, Heydant Lozano

Aida Rivas

Estudiantes de Ing. Industrial, Facultad de Ingeniería, Universidad de Panamá Profesores de Física, FCNET, Universidad de Panamá Jueves, 9 de abril de 2020.

Resumen Para la práctica del laboratorio virtual en el experimento #1 “Estudio de la constante de elasticidad de un sistema de un resorte y masa” debíamos ingresar al link dado en la guía que nos dirigía a masas y resortes: laboratorio. Aquí debíamos configurar la simulación siguiendo las indicaciones dadas en la guía. La finalidad de este primer experimento era encontrar los valores de estiramiento del resorte y fuerza aplicada, variando la masa y la fuerza del resorte. Para luego con los valores poder graficar en Excel y encontrar las ecuaciones de las tres gráficas y así, compararlas con la ley de Hooke. Al final pudimos confirmar que el primer experimento sí cumplía con la ley de Hooke. Para el experimento #2 “Estudio de sistemas en serie y paralelo de resortes”, también debíamos ingresar al link dado que nos dirigía a Ley de Hooke: sistemas. Aquí debíamos configurar el sistema con los valores dados en la guía, y así poder obtener el estiramiento del sistema de resortes o desplazamiento, para luego, encontrar el coeficiente de elasticidad de los sistemas en serie y paralelos. Ya cuando teníamos todos estos valores, finalmente pudimos encontrar la fuerza que ejercía el sistema en paralelo y en serie sobre el brazo mecánico que estira el sistema de resortes. ABSTRACT: To practice the virtual laboratory in experiment # 1 "Study of the elasticity constant of a spring-mass system" we had to enter the link given in the guide that directed us to masses and springs: laboratory. Here we had to configure the simulation following the indications given in the guide. The purpose of this first experiment was to find the values of spring stretch and applied force, varying the mass and force of the spring. Then with the values to be able to graph in Excel and find the equations of the three graphs and thus, compare them with Hooke's law. In the end we were able to confirm that the first experiment did comply with Hooke's law. For experiment # 2 "Study of series and parallel systems of springs", we also had to enter the link since it directed us to Hooke's Law: systems. Here we had to configure the system with the values given in the guide, and thus be able to obtain the stretching of the spring system or displacement, to then find the elasticity coefficient

of the series and parallel systems. When we had all these values, we were finally able to find the force exerted by the system in parallel and in series on the mechanical arm that stretches the spring system.

Palabras Claves Estiramiento del resorte, fuerza aplicada, masa, coeficiente de elasticidad, desplazamiento.

Introducción La ley de elasticidad de Hooke, o simplemente ley de Hooke, es el principio físico en torno a la conducta elástica de los sólidos. El precepto teórico de esta ley es que es el desplazamiento o la deformación sufrida por un objeto sometido a una fuerza, será directamente proporcional a la fuerza deformante o a la carga. Es decir, que, a mayor fuerza, mayor deformación o desplazamiento, la ley de Hooke es sumamente importante en diversos campos, como en la física y el estudio de resortes elásticos (su demostración más frecuente). Es un precepto fundamental para la ingeniería y la arquitectura, la construcción y el diseño, ya que permite prever la manera en que una fuerza prolongada o un peso alterara las dimensiones de los objetos en el tiempo. Donde la fuerza F es el módulo de la fuerza que se aplique sobre el resorte. Objetivos: Estudiar las propiedades elásticas de los resortes usando herramientas de simulación. Verificar que el sistema de masaresorte obedece la ley de Hooke. Encontrar la constante k para un sistema de masa-resorte y para

sistemas de dos resortes dispuesto uno en serie y otro en paralelo.

Método experimental Para poder realizar la experiencia del laboratorio virtual debíamos acceder al link dado en la guía de laboratorio e ingresar a la sección llamada “laboratorio”. Primeramente, para iniciar con el primer experimento que era “Estudio de la constante de elasticidad de un sistema de un resorte y masa”, debíamos configurar la simulación. Para esto debíamos dirigirnos al cuadro que se ubicaba en la parte superior derecha y allí colocar ganchitos en las opciones de “longitud sin estirar” y “referencia móvil”, apenas activamos dichas opciones nos aparecieron unas líneas punteadas en color azul que nos indicaban la longitud sin estirar del resorte y también unas líneas punteadas en color rojo, que más tarde nos ayudarían para ser más precisos con la medición de la longitud de estiramiento del resorte. Luego, en la barra que se localizaba en la parte central superior llamada “fuerza del resorte”, debíamos colocar la fuerza del resorte en “pequeño”. Seguido, teníamos que iniciar con una masa de 50 g, la cual arrastrábamos y colocábamos en el resorte y este

instantáneamente empezaba a oscilar, por lo que debíamos presionar el botón rojo para que este parara y con la regla poder medir hasta donde se había estirado el resorte, y luego registrar este valor en la tabla #1, cabe destacar que podíamos ayudarnos con las líneas punteadas de color rojo para ser más exactos en la medición. Este proceso debía ser repetido, pero variando la masa y la fuerza del resorte, según lo indicado en la guía de laboratorio.

mecánico que estira el sistema de resortes. Herramientas utilizadas: Experimento #1 Figura #1 – masas utilizadas

Figura #2 – tabla de opciones

Finalmente, ya cuando teníamos todos los datos del estiramiento de resorte y la fuerza aplicada (multiplicando la masa por la gravedad) podíamos graficar en Excel y obtener las ecuaciones de cada gráfica y compararlas con la Ley de Hooke. Para el segundo experimento “Estudio de sistemas en serie y paralelo”, debíamos ingresar al link y entrar a la sección de sistemas. Luego, activar las opciones de desplazamiento, fuerza aplicada y valores. Seguido, debíamos colocar los valores de “fuerza aplicada”, “resorte superior” y “resorte inferior” indicados en la guía, y esto nos iba a dar un valor de estiramiento de resortes o desplazamiento. Este último valor y los anteriores debían ser anotados, para luego poder encontrar el coeficiente de elasticidad de sistemas en paralelo y en serie. Por último, con el coeficiente de elasticidad, el desplazamiento y la ley de Hooke debíamos encontrar la fuerza que ejercía el sistema en paralelo y en serie de resorte sobre el brazo

Figura #3 – barra de fuerza del resorte

Figura #4 – estiramiento del resorte, botón rojo y regla

Experimento #2 Figura #5 – simulador utilizado para exp. de sistemas paralelos y en serie de resorte

Resultados y análisis de los resultados Experimento #1 - Estudio de la constante de elasticidad de un sistema de un resorte y masa:

Grafica #1 – fuerza aplicada vs estiramiento. Fuerza del resorte: pequeño

Grafica #2 – fuerza aplicada vs estiramiento. Fuerza del resorte: 5ta raya

Tabla #1

Grafica #3 – fuerza aplicada vs estiramiento. Fuerza del resorte: grande Formula #1 para encontrar la fuerza aplicada: P=mg Las masas fueron dadas en gramos, por lo cual se procedió a hacer una conversión de medida a kilogramos para así hallar el valor de la fuerza aplicada. El estiramiento del resorte fue convertido de cm a m, dividiendo el valor entre 100.

La ley de Hooke nos dice que si un sistema o resorte obedece la ley este será lineal y cumple con ley de Hooke. Si no lo hace, no es lineal y no obedece esta ley. Una característica

común de estos sistemas es que, dentro de ciertos límites, presentan una respuesta lineal, es decir su estiramiento es directamente proporcional a la fuerza aplicada. Comparando las ecuaciones de las gráficas y cada grafica en sí, con la ley de Hooke, podemos decir que sí se cumplió la ley de Hooke porque las gráficas son lineales. Experimento #2 - Estudio de sistemas en serie y paralelo de resortes

Resorte en serie Fuerza aplicada 55 N Resorte izquierda 340 N/m Resorte derecho 280 N/m Desplazamiento 0.358m Coeficiente de elasticidad del resorte en serie 𝑘1 𝑘2

Ks=𝐾1+𝐾2 (340𝑁/𝑚)(280𝑁/𝑚)

Ks=

Resorte en paralelo Fuerza aplicada 80N

Ks=

340𝑁/𝑚+280𝑁/𝑚 95200 629

Resorte superior 350 N/m

Ks = 154 N/m

Resorte inferior

230 N/m

Desplazamiento

0.138 m

La fuerza que ejerce el sistema en serie del resorte sobre el brazo mecánico que estira el sistema de resorte.

Coeficiente elasticidad del sistema en resorte.

F= K.X

Kp= K1 + K2

F= (154 N/m) (0.358m)

Kp= 350 N/m + 230 N/m

F= 55.13 N

Kp= 580 N/m

En el resorte en serie su fuerza es la misma que la fuerza aplicada ya que no se aplica mayor fuerza al resorte.

La fuerza que ejerce el sistema en paralelo de resorte sobre el brazo mecánico que estira el sistema de resorte. F=K.X F= (580 N/M) (0.138m) F= 80.04 N La fuerza del resorte es la misma que la fuerza aplicada porque si se aplica mayor fuerza al resorte podría deformarse y por lo tanto no supera su fuerza de elasticidad.

Cuestionario 1. Coeficiente elástico Pequeño ∆𝑓 𝑘= ∆𝑙 2.254 − 0.490 𝑘= 0.74 − 0.15 𝑘 =2.98

Medio ∆𝑓 𝑘= ∆𝑙 2.254 − 0.490 𝑘= 0.27 − 0.05 𝑘 =8 Grande ∆𝑓 𝑘= ∆𝑙 2.254 − 0.490 𝑘= 0.28 − 0.03 𝑘 =7.04

2. El resorte si cumple la ley de Hooke dado que el alargamiento del resorte es proporcional a la fuerza que se aplica sobre este. 3. A medida que la fuerza del resorte aumenta este se contrae debido al grosor de sus aros cuanto más grueso es el resorte más resistencia tiene frente al peso que hace que se estire.

Conclusión En este laboratorio el objetivo fue estudiar la ley de Hooke donde hicimos varios simuladores el primero fue un resorte donde medimos el estiramiento, para después hacer las gráficas de la fuerza aplicada y el estiramiento donde esta salió lineal donde cumple la lay Hooke ya que la fuerza aplicada es directamente proporcional al estiramiento del resorte por eso presenta un comportamiento lineal, el segundo simulador es el resorte en serie comparamos la fuerza aplicada 55 N

con la fuerza que ejerce el resorte sobre el brazo que también es 55 N y en el resorte en paralelo pasa lo mismo donde la fuerza aplicada 80 N y la fuerza del brazo es 80 N esto quiere decir que se mantiene la fuerza de elasticidad, no se supera.

Bibliografía 

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Raffino, María Estela. (2019). “Ley de Hooke” en FisicaLab. [En línea]. Argentina, disponible en: https://concepto.de/ley-dehooke/ [Accesado el día 6 de abril de 2020] Gil, S. (2016). “Experimentos de física a bajo costo” en Física Recreativa. UNSAM. Rico, José. (2015). “Sistemas de Resortes en Serie y Paralelo” en Física I. [En línea]. México, disponible en: http://www.fimee.ugto.mx/profe sores/chema/documentos/Vibr aciones%20Mec%C3%A1nica s/Sistemas%20de%20un%20G rado%20de%20Libertad/Resor tes%20en%20Serie%2020%20 y%20Paralelo.pdf [Accesado el día 6 de abril de 2020]....