segunda condición de equilibrio, Diapositivas de Matemáticas

¡Descarga segunda condición de equilibrio y más Diapositivas en PDF de Matemáticas solo en Docsity! LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 1 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL ESTUDIANTE: Alburqueque Jiménez Diego Arturo CODIGO UNIVERSITARIO: 221VP21723 INFORME: Laboratorio #05: Segunda Condición de Equilibrio INTEGRANTES: ▪ Alburqueque Jiménez, Diego ▪ Aquino Zamora, Ignacio ▪ Delgado Julca, Fabiola ▪ Manayay Vera, Antonio ▪ Sandoval Saavedra, Luis ▪ Velazco Pozo, Cristian ASIGNATURA: FÍSICA DE LOS CUERPOS RIGIDOS PROFESOR: MACO SANTAMARIA, HENRRY ARMANDO Chiclayo, 27 de octubre del 2022 LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 2 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos GUÍA DE LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO I. OBJETIVOS: Comprobar experimental, gráfica y analíticamente la Segunda Condición de Equilibrio. II. CONCEPTO A AFIANZAR 1. Condición de equilibrio: (Laura, 2013) afirma que las condiciones de equilibrio son las leyes que rigen la estática. La estática es la ciencia que estudia las fuerzas que se aplican a un cuerpo para describir un sistema en equilibrio. Diremos que un sistema está en equilibrio cuando los cuerpos que lo forman están en reposo, es decir, sin movimiento. Por ejemplo, cuando se cuelga un cuerpo del techo, dicho cuerpo está en equilibrio ya que el sistema está totalmente en reposo. También se puede decir que el sistema está en equilibrio estático. 2. Equilibrio mecánico: (Soto, 2010) nos indica que el equilibrio mecánico es un estado estacionario en el que se cumple alguna de estas dos condiciones. Un sistema está en equilibrio mecánico cuando la suma de fuerzas y momentos sobre cada partícula del sistema es cero. Un sistema está en equilibrio mecánico si su posición en el espacio de configuración es un punto en el que el gradiente de energía potencial es cero. 3. Torque: Cuando se aplica una fuerza en algún punto de un cuerpo rígido, dicho cuerpo tiende a realizar un movimiento de rotación en torno a algún eje. Ahora bien, la propiedad de la fuerza aplicada para hacer girar al cuerpo se mide con una magnitud física que llamamos torque o momento de la fuerza. Entonces, se llama torque o momento de una fuerza a la capacidad de dicha fuerza para producir un giro o rotación alrededor de un punto. LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 5 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos IV. MATERIALES Y EQUIPOS: 1. Dos (2) dinamómetros (alcance: 5 N) 2. Dos (2) masas de 50 g cada una 3. Un porta pesa 4. Dos(2) masas de 20 g 5. Dos (2) masas de 10 g 6. Un (1) hilo o cuerda de 20 cm de longitud- 7. Un (1) balanza digital 8. Un (1) transportador circular 360 ° acrílico blanco 9. Un (1) panel de Azeheb 10. Dos (2) soportes universales 11. Un (1) fijador magnético con pomo de latón niquelado 12. Dos (2) fijadores magnéticos con pinza metálica 13. Una (1) barra metálica con agujeros V. PROCEDIMIENTO: Segunda condición de equilibrio 1. Instale el equipo como se muestra en la figura 1, de manera que se encuentre en equilibrio. F 4 F 2 F 1 F 3 r 1 =0 A B C D α β r 3 r 2 r 4 θ θ LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 6 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos FIGURA 1: SISTEMA EXPERIMENTAL FIGURA 2: UBICACIÓN DE FUERZAS, ÁNGULOS Y PUNTO DE GIRO 2. Con la ayuda del transportador mida los ángulo que forma la barra metálica con las fuerzas de las tensiones F1 y F2, el peso de la barra metálica (F4) y el peso de la masa suspendida (F3); los ángulos que se formaran son α, β, θ. Como se indica en la Figura 2 y anotar en la Tabla N° 1. 3. Determinar el valor de la masa suspendida “m” y la masa de la barra mbarra con la balanza; además, calcule en peso F3 y F4 usando las formula F= mg. Anotar los resultados en la tabla N° 1. 4. Mida con los dinamómetros los valores de las tensiones de las cuerdas F1 y F2 y anotar los resultados en la tabla N° 1. 5. Para el caso II y el caso III, varié los valores de las masas y/o la posición de los dinámetros. Repita los pasos desde la 2 hasta 4. VI. PROCEDIMIENTO DE LOS DATOS Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Llene la tabla con los datos adquiridos en la práctica. Tabla N° 1: Datos experimentales de la Segunda condición de equilibrio Casos Masa (Kg) Fuerza (N) Distancia (m) Ángulos (°) m mbarra F1 F2 F3 Fbarra AB AC AD α β θ Caso I 0.15 0.082 -1.51 - 0.87 1.47 0.80 0.05 0.20 0.40 104° 36° 267° Caso II 0.20 0.082 -1.96 - 1.51 1.97 0.80 0.10 0.20 0.40 101° 44° 270° Caso III 0.30 0.082 -2.65 - 2.32 2.94 0.80 0.15 0.20 0.40 116° 52° 274° LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 7 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos CASO I 𝐹1 sin(𝛼) = 𝐹2 sin(𝛽) = 𝑊 sin(𝜃) 𝐹1 sin(104°) = 𝐹2 sin(36°) = 1.47 sin(267°) 𝐹1: 𝐹1 sin(104°) = 1.47 sin(267°) 𝐹1 = −1.51 𝑁 𝐹2: 𝐹2 sin(36°) = 1.47 sin(267°) 𝐹2 = −0.87 𝑁 CASO II 𝐹1 sin(𝛼) = 𝐹2 sin(𝛽) = 𝑊 sin(𝜃) 𝐹1 sin(101°) = 𝐹2 sin(44°) = 1.97 sin(270°) 𝐹1: 𝐹1 sin(101°) = 1.97 sin(270°) 𝐹1 = −1.96 𝑁 𝐹2: 𝐹2 sin(44°) = 1.97 sin(270°) 𝐹2 = −1.51 𝑁 LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 10 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos F1 F2 F3 36° 104° 267° CASO II T1 T2 W T3 101° 270° 44° 270° LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 11 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos F1 F2 F3 44° 101° 270° CASO III T1 T2 W T3 116° 274° 52° 274° LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 12 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos F1 F2 F3 52° 116° 274° LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 15 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos CASO III X y -2.65 2.94 0.80 -2.32 116° 274° 274° 52° −2.65 sin(116°) 𝛼 2.65 cos(116°) 𝛼 −2.32 sin(52°) 𝛼 −2.94 cos(274°) 𝛼 −2.94 sin(274°) 𝛼 −2.32 cos(52°) 𝛼 𝐹1 ሬሬሬԦ = −𝐹1 ሬሬሬԦ cos(𝛼) 𝑖 + 𝐹1 ሬሬሬԦ sin(𝛼) 𝑗 𝐹1 ሬሬሬԦ = −(−2.65) cos(116°) 𝑖 + (−2.65) sin(116°) 𝑗 𝐹1 ሬሬሬԦ = 1.16𝑖 − 2.38𝑗 𝐹2 ሬሬሬሬԦ = 𝐹2 ሬሬሬሬԦ cos(𝛽) 𝑖 + 𝐹2 ሬሬሬሬԦ sin(𝛽) 𝑗 𝐹2 ሬሬሬሬԦ = (−2.32) cos(52°) 𝑖 + (−2.32) sin(52°) 𝑗 𝐹2 ሬሬሬሬԦ = −1.43𝑖 − 1.83𝑗 𝐹3 ሬሬሬሬԦ = −𝐹3 ሬሬሬሬԦ cos(𝜃) 𝑖 − 𝐹3 ሬሬሬሬԦ sin(𝜃) 𝑗 𝐹3 ሬሬሬሬԦ = −(2.94) cos(274°) 𝑖 − (2.94) sin(274°) 𝑗 𝐹1 ሬሬሬԦ = −0.21𝑖 + 2.93𝑗 LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 16 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos 3. Calcular los momentos de cada una de las fuerzas respecto al punto de giro “A”. Anote los resultados en la Tabla Nº 2. LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 17 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 20 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos CASO III 𝑀𝐴 𝐹1 = (0𝑖 − 0𝑗 + 0𝑘) 𝑀𝐴 𝐹2 = (0𝑖 − 0𝑗 − 0.732𝑘) 𝑀𝐴 𝐹3 = (0𝑖 − 0𝑗 + 0𝑘) 𝑀𝐴 𝐹4 = (0𝑖 − 0𝑗 − 0𝑘) ∑𝑀𝐴 𝐹𝑅ሬሬሬሬሬԦ = (0𝑖 − 0𝑗 − 0.732𝑘) LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 21 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos 5. Si queremos desplazar un cuerpo rotando, ¿Cómo estarían dadas las condiciones de equilibrio? ◆ ¿Qué es el equilibrio rotacional? Cuando hay un objeto en equilibrio, no hay una tendencia neta a que se mueva o cambie. Cuando no hay una fuerza neta que actúe para hacer que un objeto se mueva en línea recta, el se dice que el objeto está en "equilibrio traslacional". Cuando no hay fuerza neta que actúe para hacer que un objeto gire (es decir, no hay torsión), se considera que está en "equilibrio rotacional". Se dice que un objeto en equilibrio en reposo está en equilibrio estático. Sin embargo, un estado de equilibrio no significa que no haya fuerzas que actúen en el cuerpo, significa que las fuerzas están balanceadas. ◆ Términos que se utilizan Fuerza: Una fuerza es una influencia física que produce un cambio en un estado físico. La fuerza es igual a la masa multiplicada por la aceleración. Una fuerza también se puede definir como el empuje o el tiro. Torsión: Una fuerza que tiende a producir rotación. La torsión equivale a la fuerza multiplicada por la distancia desde la fuerza al centro de rotación. Equilibrio traslacional: El equilibrio traslacional implica que la suma de todas las fuerzas externas aplicadas a un objeto es cero. Equilibrio: Un objeto en equilibrio no tiene fuerza resultante que actúe sobre él. Para que un objeto esté en estado de equilibrio debe estar tanto en estado de equilibrio traslacional como rotacional, en que la suma de todas las torsiones equivale a cero. Equilibrio estático: El equilibrio estático existe cuando las fuerzas de todos los componentes de un sistema están balanceadas. Vectores: Un vector es una cantidad que tiene dos aspectos. Tiene tamaño o magnitud, y además tiene dirección. Los vectores normalmente se dibujan como flechas. Tanto la fuerza como la torsión son cantidades vectoriales. Diagramas de cuerpos libres: Un diagrama de cuerpo libre es una herramienta para calcular la fuerza neta en un objeto. Es un diagrama que muestra todas las fuerzas que actúan en un objeto. Ecuaciones simultáneas: Las ecuaciones simultáneas son grupos de ecuaciones que contienen las mismas variables. Cada solución del grupo de ecuaciones debe también resolver simultáneamente cada una de las ecuaciones del grupo. ◆ Ahora que ya tenemos una noción sobre el movimiento de los cuerpos en rotación; Si queremos desplazar un cuerpo rotando la suma vectorial de los momentos de fuerza externos debe de ser igual LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 22 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos a cero, de no ser así el cuerpo experimentaría una rotación alrededor de su eje puesto que un momento de fuerza o torque es una medida de la fuerza que puede hacer que un objeto gire alrededor de su eje. LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 25 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos • Hacer uso de la calculadora científica y mantener apuntes en orden. • No debe trabajar nunca una persona sola en el laboratorio y muy especialmente en el caso de realizarlo fuera de horas habituales, por la noche o realizando operaciones con riesgo. • Debe revisarse periódicamente la instalación del laboratorio. Esta debe ajustarse al máximo a las necesidades del laboratorio (ni más tomas de las necesarias ni menos para evitar conexiones múltiples). • Nunca debe estar permitido fumar ni comer en el laboratorio. LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 26 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos XI. EVIDENCIAS: CASO I LABORATORIO N° 05: SEGUNDA CONDICIÓN DE 27 EQUILIBRIO Física de los Cuerpos Rígidos CASO II