Laboratorio de Fisica 11

8/17/2019 Laboratorio de Fisica 11

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR

DE

SAN

MARCOS (Universidad del Perú, Decana de

América

TEMA ! C"ns#an#es El$s#icas

NOMBRES Y CODIGOS !

•

PROFESOR ! Mi%&el Cas#ill"

CURSO ! La'"ra#"ri" de )sica

HORARIO ! Miérc"les *+!-+!.m

FECHA (DE ENTREGA): */010*2

+*2


2/25

INDICE

1.OBJETIVOS……………………………………………………………………………………………………………….....3

2.INTRODUCCION………………………………………………………………………………………………..…….…..3

3. FUNDAMENTOSTEÓRICOS……………………………………………………………………………………..…..4

3.1. Módulo de

Young………………………………………………………………………………………………..

…..4

3.2. Ley de Hooke…………..

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

4.PROCEDIMIENTOS Y RESULTADOS…………………………………………………..……………………..….5

4.1. Montaje 1…………………….……………………………………………………….…………………….…..5

4.2. Montaje2………………………………………………………………………………………….……………..8

5.CUESTIONARIO………………………………………………………………………………………………………….10

6.CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………………………….18


3/25

.RECOMENDACIONES………………………………………………………………………………………………….20

8. BIBLIO!RAF"A Y #EB!RAFIA

………………………………………………………………………………….20

$.ANE%OS……………………………………………………………………………………………………………………..21

1. OBJETIVOS.-

• Observar y definir matemáticamente las constantes elásticas presentes en

un resorte en espiral y una regla metálica.

• Comprobar la ley de Hooke para un resorte en espiral hallando su

constante elástica.

• Comprobar la ley de Hooke para una regla metálica hallando su módulo de

Young.


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2. INTRODUCCIÓN.-Desde que el hombre empeó a construir y dise!ar herramientas y estructuras

comple"as# se ha vuelto una necesidad investigar más a fondo sus propiedades

f$sicas% no solo para comprender su funcionamiento# sino para predecir o tal ve

evitar un posible accidente# es por eso que se introducen los conceptos de

constantes elásticas para entender los fenómenos producidos por las fueras

elásticas# como los movimientos oscilatorios.

3. FUNDAMENTO TEÓRICO.-

&na constante elástica es un parámetro f$sico medible que describe el

comportamiento elástico de un sólido cristalino que es consecuencia de la

deformación de 'ste debido a la acción de una fuera compresora. (as constantes

más usadas son el módulo de Young y el coeficiente de )oisson.

*ue +obert Hooke quien entre ,-- y ,-/0 hio p1blica su ya conocida 2(ey de

Hooke34 F =k . ∆ x # donde ∆ x representa la deformación que e5perimenta el

cuerpo y 2k3 es la constante elástica e5presada en unidades N /m 67e8ton por

metro9.

:unque la (ey de Hooke solo se trata de una apro5imación lineal de este

fenómeno de elasticidad# pues un cuerpo solo resistirá hasta una deformación

má5ima# esta se puede comprobar fácilmente aplicando cargas sucesivas a un

resorte# como se hio en esta e5periencia de laboratorio.


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3r$4ca de 5&er6a a.licada 7 de5"rmaci8n, d"nde la c#e9 El$s#ica es s& .endien#e9 En es#e

)ero la deformación e5perimentada por una regla de metal no es igual a la del

resorte. Cuando se le aplica una determinada presión a esta regla# la cual estaba

inicialmente estática en cierto punto# 'sta e5perimentará una peque!a fle5ión# o en

otras palabras# se 2curvará3. ;l parámetro f$sico que e5plica esta fle5ión es el


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4. Procediie!"o e#$erie!"%& ' re()&"%do

MONTAJE 1


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* + /

E)or qu'F

GHi# por que se necesitaran estos datospara tomarlos como punto de partida yaque al poner la porta pesas habrá unpeque!o estiramiento de resorte.

@ Cuelgue al resorte de la varilla y anote la

posición de su e5tremo inferior. )osición

,4 -.B cm

Coloque la porta pesas en el e5tremo

inferior del resorte y anote la posición

correspondiente.

)osición @4 -.B cm

B Coloque el pesa peque!a ImA.kgJ en elporta pesas y anote la posición correspondiente

)osición 4 -. cm


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/ . .-0 .-0 .-0 .B .BB

L6promedio9

.,,

-. +etire una a una las pesas de la porta pesas. :note las

posiciones x @ correspondientes y complete la tabla ,.

+ecuerde que# x= x

1+ x

2

2

Dónde4 >, es la longitud cuando aumenta el peso

>@ es la longitud cuando aumenta el peso

rafique la magnitud de la fuera F versus la elongación media >.

! F,N , F 2

1 .BN .N B.B,5,G 0.,5,G

2 .N0 .,N ,0.-@5,G .-,5,GB

3 ,.B/ .@- 0.@@5,G -./- 5,GB

4 ,.N- .- /,.B 5,G ,.@@5,G

/ @.B .B/ ,,., 5,G @.@N 5,G

0 @.NB . ,-.,/ 5,G .0@5,G

.B .-0 @.@B 5,G B.-@B5,G

∑ F 13.2 ∑ X +.4

0

∑ XF 044.3

/#1+-3∑ X

2

+.+1230

3/ %#5*

LA

7 (0.64435)−(0.469)(13.72)

7 (0.0123635)−(0.469)2

Lminimos cuadradosA,B.B@


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Determine la constante elástica k del resorte%

De los datos de la tabla ,4 L, A,B.B@ 6m$nimos cuadrados9

De los grafica * versus 5 4 L@ A.,, 6pendiente9


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MONTAJE 2


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B .@ ,. ,. ,.

.@ ,.- ,.- ,.-

- . ,.N ,.0 ,.0

/ . @., @., @.,


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/. EVA6UACIÓN

,. Con los datos de la tabla ,# determinar la constante elástica en

forma anal$tica.

TAB6A 1

7K m6kg9 >,6 m9 >@6m9 >6m9 *679 L67Mm9

, . .N .N .N .BN B.BB

@ ., .,0 .@ .,N .N0 ,./

., .@ .@0 .@- ,.B/ -.

B .@ .- ./ .- ,.N- .-N

.@ .B/ .B/ .B/ @.B @.,@

- . .- . . @.NB @.N/

/ . .-0 .-0.-0

.B .BB

L6promedio9 .,,

@. raficar en papel milimetrado *679 vs >6m9 y calcular

gráficamente la constante elástica.

L grafica es4 .B-


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5(: = R? = *

F(N) vs x(m)

(N vs :(m

Linear ((N vs :(m

. &sando los datos de la tabla , calcular la constante elástica por

el m'todo de m$nimos cuadros

! F,N , F 2


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1 .BN 9@ 911*1< 9*2 .N0, 9*@ 9*2/@ 9/2*3 ,.B/, 9+2 9/+


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. Determinar el Leq para resortes colocados en serie y paralelo

respecto a una masa.

Si("e%( de Re(or"e( 7)e Ac"8%! e! 9Serie:.

Considere el sistema de resortes mostrado en la *igura ,# una

caracter$stica de este sistema de resortes es que# realiando un análisis de

cuerpo libre para cada uno de los resortes se deduce que# la fuera

aplicada a cada uno de los resortes es igual. ;ste es la caracter$stica

fundamental de los resortes que act1an en 2serie3.

uponiendo que la fuera com1n# aplicada a todos y cada uno de los

resultados# está dada por *. la deformación de cada uno de los resortes

está dada por.


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Si("e%( de Re(or"e( 7)e Ac"8%! e! 9P%r%&e&o:.

Considere el sistema de resortes mostrado en la *igura @# una

caracter$stica de este sistema de resortes es que la deformación que sufren

todos los es igual. ;ste es la caracter$stica fundamental de los resortes que

act1an en 2paralelo3. )ara recalcar este hecho# a la placa que permite

deformar todos los resortes se le ha colocado unas gu$as que le impiden

rotar y que aseguran que la deformación de todos los resortes es igual.


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-. :nalice la raón e5istente de la diferencia de la constante elástica

de dos diferentes resortes en espiral.

/. :naliar y verificar la diferencia e5istente entre un muelle tipo espiral y un

muelle tipo laminar o de banda.

Re(or"e e! e($ir%&e(&n resorte de torsión que requiere muy poco espacio a5ial# está formado

por una lámina de acero de sección rectangular enrollada en forma de

espiral.# se utilia para producir movimiento en mecanismos de relo"er$a#

cerraduras# persianas# metros enrollables# "uguetes mecánicos# etc.


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Ti$o de re(or"e

+esorte en espiral con lámina de sección rectangular

+esorte de tracción de fuera constante

+esorte de tracción de fuera constante de dos e"es con pares opuestos

+esorte de tracción de fuera constante de dos e"es con pares de igual

sentido

Re(or"e de &;i!%(;ste tipo de resorte se conoce con el nombre de ballesta. ;stá formado por

una serie de láminas de acero de sección rectangular de diferente longitud#

las cuales traba"an a fle5ión% la lámina de mayor longitud se denomina

lámina maestra. (as láminas que forman la ballesta pueden ser planas o

curvadas en forma parabólica# y están unidas entre s$.

)or el centro a trav's de un tornillo o por medio de una abraadera su"eta

por tornillos.

(as ballestas se utilian como resortes de suspensión en los veh$culos#

realiando la unión entre el chasis y los e"es de las ruedas. u finalidad es

amortiguar los choques debidos a las irregularidades de las carreteras.

Ti$o de re(or"e

+esorte de láminas sin o"os

+esorte de láminas con o"os

+esorte de láminas con o"os y resorte au5iliar superior

+esorte de láminas con o"os y resorte au5iliar inferior

+esorte parabólico mono laminar con o"os

+esorte parabólico sin o"os

+esorte parabólico con o"os

+esorte parabólico con o"os y resorte au5iliar superior

+esorte parabólico con o"os y resorte au5iliar inferior

0. E)or qu' el esfuero a la tracción es positiva y el esfuero a lacompresión es negativaF

=enemos que tener en cuenta primero que el esfuero es la fuera que

act1a sobre un cuerpo y que tiende a estirarla 6tracción9# aplastarla

6compresión9# doblarla 6fle5ión9# cortarla 6corte9 o retorcerla 6torsión9.


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;ntonces podemos analiar el esfuero 6f9 mediante la ley de hooke

para un muelle o resorte# donde

*AL.5

>A;(;O7:C?O7 D;(


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;l "uego de ambas fueras# cohesión y adherencia# es la que produce los meniscos en la

superficie del fluido en las onas de contacto con sus recipientes. Cuando las fueras de

adherencias son mayores que las de cohesión el menisco es cóncavo 6agua y vidrio9.

Cuando vencen las fueras de cohesión el menisco es conve5o 6mercurio y vidrio9.

Otro e"emplo serio tomando en cuenta un sistema de muelle o resorte con una

determinada masa o una fuera# en el proceso de tracción el cuerpo en este caso el

muelle tiende a retornar a su estado de equilibrio e igualmente cuando es en el proceso

de compresión.

,. Determine para la regla metálica el valor del módulo de Young 6;9

en LgMm@ .

Vueno tomando en cuenta los valores de f6kg9 y los valores de s

S ¨ +S} over {2}¿¿¿

9# para asi poder determinar el valor de L mediante la interpolacion de todos los

valores hallados y mediante la fórmula AL.f.

;ntonces obtenemos un LA.BmmMLg.

:hora el módulo d Young 6;9 despe"ando la formula dada es igual a4

E= 1. L3

4. ( K ) . a . b3

;ntonces ahora reemplaamos todos los valores obtenidos en la e5periencia4

630

0.04

4. (59.62 ) .21.4 .(¿¿ 3)

1.(¿¿ 3)

¿

E=¿

Dcual obtenemos4 ;A.,-@,00 5 ,- LgMmm@

+pta. pero como nos piden en m@

;7=O7C; ;(


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,,.ECuánto vale la energ$a elástica acumulada en esta barra en la

má5ima deformaciónF

Como sabemos la energ$a potencial elástica está determinada por lo siguiente

GGGGGGGGW*A 6,M@9L.>@

pero ya tenemos el valor de k en mm@ y cuando se d' la má5. Deformación el 5

tomara el valor de .-0m

)or lo tanto la ;;(:=?C:A .NB5,@ X

0. CONC6USIONES

• e observó y definió matemáticamente las constantes elásticas presentes

en un resorte en espiral y una regla metálica.

• Comprobamos la ley de Hooke para un resorte en espiral hallando su

constante elástica.

• Comprobamos la ley de Hooke para una regla metálica hallando su módulo

de Young.


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/. +ecomendaciones

,. &sar los materiales del laboratorio con sumo cuidado y la mayor precisión

que se pueda@. Perificar el peso de las pesas# ya que pueden variar por la antigedad de

los materiales. Cualquier duda acerca del e5perimento preguntarle al profesor ya que una

acción errada en el e5perimento puede alterar los resultadosB. 7o distraer a las persona que mide las magnitudes de los ob"etos utiliados

en la e5periencia


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. ANEOS

(ey de Hooke

+esorte laminar y espiral


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;5periencia


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