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Laboratorio de Física Básica

Fluidos y Termodinámica EQUILIBRIO ROTACIONAL

A. COMPETENCIA ESPECIFICA Aplica el concepto de momento de una fuerza en el estudio del equilibrio rotacional de una barra rígida. 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 de manera vectorial:

b = r senθ , se puede escribir entonces τ = F r senθ , o

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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Fluidos y Termodinámica

C. Materiales y Figura.  

Uso de PC o Laptop Acceso con conexión a internet

Figura 3

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Fluidos y Termodinámica

APELLIDOS Y NOMBRES: Calla Sisa Leonardo ESCUELA PROFESIONAL: Ingeniería Electrónica HORARIO: PROFESOR (A): Reynaldo Ricardo Quispe Infantes

CUI: 20180271 FECHA:25/05/2020 FIRMA: NOTA:

EQUILIBRIO ROTACIONAL D. CUESTIONARIO PREVIO (4p) 1. ¿En qué circunstancias fuerzas paralelas producen traslación de un objeto? ¿En qué circunstancias producen rotación de un objeto?

Par aquef uer zaspar al el aspr oduzc ant r asl aci óndeunobj et oes f undament alquees t ast enganelmi smosent i doydi r ecci ón,oent al c as oqueunat engaunmódul omay orquel aot r a. 2.

¿Cuál o cuáles son las condiciones para que un cuerpo esté en equilibrio rotacional? Cuando un cuerpo esta pasando por un movimiento de rotación o un giro. Este fenómeno ocurre cuando las torcas ejercidas por las fuerzas que actúan sobre el cuerpo son nulas. Es decir, cuando la suma de todas las torcas sea igual a cero. 3.

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

….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… 4. El sistema de la figura está compuesto por una barra rígida en equilibrio sometida a las fuerzas F y P . Encontrar una expresión para determinar F en función de P , x y L . (O es el eje de giro de la barra)

….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………. E. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL (03) 1. Ingrese al siguiente link: https://po4h36.wixsite.com/laboratoriovirtual/momento-de-la-fuerza Anote la incertidumbre en las medidas que se puedan realizar en el dinamómetro LF-002 / 3 de 6

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Incertidumbre en la medida de la fuerza: ± 0.2 N 2. Agregue una masa de 100 g al portamasas cada 2 cm, y con el dinamómetro registre la fuerza F: Complete la Tabla 1. (g = 10 m/s2)

Lectura 1

Tabla 1: Datos de la experimentación. m (g) x (m) 100 0.02

P = m g (N)

F (N)

1

0.2

0.04

200

2

0.8

3

0.06

300

3

1.8

4

0.08

400

4

3.2

5

0.10

500

5

5.0

2

F. ANÁLISIS DE DATOS (04) 1.

Calcule para cada caso, en unidades del sistema internacional, el momento de la fuerza P y el momento de la fuerza F relativos al extremo izquierdo de la regla y complete la Tabla 2. Tabla 2: Datos calculados. Lectura 1 2 3 4 5

τF (

)

0.02

τP ( 0.02 0.08 0.18 0.32 0.50

0.08 0.18 0.32 0.50

)

F/x (

)

10 20 30 40 50

2. Grafique, P en función de F ¿ x . ¿Qué tipo de gráfica se obtiene? X= F/x Y=P

Leyenda = P=0,01m-1 F/x G. COMPARACIÓN Y EVALUACIÓN (03) 1.

De la gráfica determine la pendiente. ¿Qué unidades tiene y cuál es su significado?

….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… 2.

Determine la razón del momento de torsión de la carga P con la pendiente de la gráfica. ¿Qué significado físico tiene esta relación?

τF=PX = 0.02Nm ………(1) P=A+B F/X P=τ/x B=0.1m-1 LF-002 / 4 de 6

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Fluidos y Termodinámica

τF/B=0.02 Nm/0.1m-1= CONCLUSIONES (02) …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………….……………………………………………………………. H. CUESTIONARIO FINAL (04) 1.

¿Puede calcularse la reacción del eje de giro (extremo izquierdo) sobre la barra? Justifique su respuesta.

….…………………………………………………………………………………………………………… ….…………………………………………………………………………………………………………… ….…………………………………………………………………………………………………………… ….…………………………………………………………………………………………………………… 2.

En este experimento ¿Qué tipo de función obtiene al graficar la fuerza P en función de la relación x/F? ….…………………………………………………………………………………………………………… ….…………………………………………………………………………………………………………… ….…………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………

3.

¿Podría realizarse el experimento con el dinamómetro dirigido hacia abajo? Explique.

….…………………………………………………………………………………………………………… ….………………………………………………………………………………………………………… ….…………………………………………………………………………………………………………… ….…………………………………………………………………………………………………………… 4.

Señale dos aplicaciones de este experimento en la vida diaria.

….………………………………………………………………………………………………………… ….………………………………………………………………………………………………………… ….…………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………

I.

BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL Autor

Título

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Edición

Año

Laboratorio de Física Básica J.

Fluidos y Termodinámica

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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