LABORATORIO DE FISICA II FIEE-UNMSM

CONSTANTES ELASTICASEXPERIENCIA N11. OBJETIVOS Observar las caractersticas y condiciones de un resorte en espiral. Determinar la constante elstica del resorte en espiral. 1. MARCO TEORICOLos slidos cristalinos, en general, tienen una caracterstica fundamental denominada Coeficiente elstico, que aparece como consecuencia de la aplicacin de fuerzas externas de tensin o compresin, que permiten al cuerpo de seccin transversal uniforme, estirarse o comprimirse. Se dice que un cuerpo experimenta una deformacin elstica, cuando recupera su forma inicial al cesar la fuerza que la produjo. Para poder comprobar este hecho notable, usaremos un resorte en espiral, al cual aplicaremos masas sucesivas y de acuerdo a la Ley de Hooke: F=-kxHallaremos su constante elstica k, la cual se obtendr como la pendiente de la grfica F vs x, donde F es la fuerza aplicada y x el estiramiento del resorte en espiral desde su posicin de equilibrio. Las caractersticas elsticas de un material homogneo e isotrpico quedan completamente definidas si se conocen las constantes elsticas: Mdulo de Young (E) y el Coeficiente de Poisson () Cuando se flexiona una varilla, experimenta un alargamiento por su parte convexa y una contraccin por la cncava. El comportamiento de la varilla est determinado por el mdulo de Young del material de que est hecha, de modo que el valor de dicho mdulo puede determinarse mediante experimentos de flexin.

1. MATERIALES / EQUIPOS

1. 2 Soporte universal 1 Resorte en espiral de acero 1. 1 Regla graduada de 1m de longitud 1 Juego de pesas ms porta pesas 1. 1 Regla metlica de 60cm de longitud 2 Sujetadores (nuez o clamp) 1. 1 Balanza de precisin de 3 ejes 1 varillas cuadradas de metal 1. 1 pinza

1. PROCEDIMIENTO:MONTAJE 1:1. Utilice la balanza para determinar los valores de las masas del resorte y del porta pesas.m (resorte)=45 g

m (porta pesas)=100.5 g

Cree Ud. que le servirn de algo estos valores? Por qu?Estos valores s tienen importancia debido a que al momento de realizar el experimento siempre se utilizar como una sola masa la del resorte y del porta pesas ya que estas masas afectan los resultados.2. Cuelgue al resorte de la varilla y anote la posicin de su extremo inferior. Posicin 1: 0.218m3. Coloque el porta pesas en el extremo inferior del resorte y anote la posicin correspondiente Posicin 2: 0.482m 4. Coloque una pesa pequea [m =....0.10.. kg] en el porta pesas y anote la posicin correspondientePosicin 3: 0.464m5. Adicione pesas a la porta pesas, cada vez de mayores masas. En la Tabla 01 anote los valores de las posiciones x1 correspondientes (incluida la posicin de referencia)6. Retire una a una las pesas del porta pesas. Anote las posiciones correspondientes y complete la tabla 01. Recuerde que

NM(kg)X1(m)X2(m)X(m)F(N)

10.14550.4820.4810.4821.4259

20.20690.4640.4710.4682.0276

30.24570.4330.4630.4482.4078

40.29660.3790.4360.4072.9066

50.34590.3070.3790.3443.3898

nF(n)X(m)X.F

11.42590.4820.68720.2324

22.02760.4680.94810.2190

32.40780.4481.07860.2186

42.90660.4071.20710.1656

53.38980.3441.1660.1183

12.1572.1495.0870.9539

MONTAJE 2:1. Mida las dimensiones geomtricas de la regla metlica:Longitud (L): 0.347mAncho (a): 0.251mEspesor (b): 0.001m2. Coloque la regla metlica en posicin horizontal apoyndola de modo que las marcas grabadas cerca de los extremos de esta descansen sobre las cuchillas.3.3. Determinar la posicin inicial del centro de la varilla, con respecto a la escala vertical graduada.

Posicin Inicial: 0.465m4.4. Vaya cargando gradualmente la varilla, por su centro, y midiendo las flexiones correspondientes (s) anote los resultados en la Tabla 2.5. Una vez que considere haber obtenido una deformacin suficiente, descargando gradualmente la varilla, midiendo y anotando lasflexiones correspondientes (s).6. Con los resultados obtenidos, calcule el valor promedio de los pares de s y s para cada carga. Anote en la Tabla 2.

NCarga m(kg)(mm)(mm)S(mm)

10.0506.66.66.6

20.1506.596.596.59

30.3506.566.566.56

40.7506.56.56.5

51.3506.416.416.41

1. EVALUACION:1. Con los datos de la tabla 1,determinar la constante elstica en forma analtica.La constante elstica se determina analticamente de la siguiente manera:nF(N)X(m)K(N)

11.42590.48242.97857143

22.02760.46819.01

32.40780.44812.16585366

42.90660.4077.66984127

53.38980.344-9.854069767

K(N/m) promedio = 14.09403932

2. Graficar en papel milimetrado F(N) vs x(m) y calcular grficamente la constante elstica.

La constante encontrada por aproximacin lineal es

3. Hallar el Error porcentual (E%), considerando como valor terico el valor de la constante elstica hallada por el mtodo de mnimos cuadrados. Se determina el error porcentual con la siguiente formula:

8.24%

4. Determinar el Keq para resortes colocados en serie y paralelo respecto a una masa. Serie:*F es igual para cada resorte.

* Para el caso de dos resortes

Paralelo:K es igual en todos los resortes

*En el caso de dos resortes

5. Analice la razn existente de la diferencia de la constante elstica de dos diferentes resortes en espiral. La principal diferencia es por el material del que estn hechos y de la distancia y resistencia entre las espirales. Por ejemplo, un resorte como de los que tienen los bolgrafos de clic (delgadito) se estira ms que un dinammetro (ms grueso) aunque estn soportando el mismo peso.6. Analizar y verificar la diferencia existente entre un muelle tipo espiral y un muelle Tipo laminar o de banda. El muelle tipo espiral se utiliza para producir movimientoen mecanismosde relojera,cerraduras,persianas, metros enrollables, juguetes mecnicos,etc.El muelle de tipo laminar Se utiliza para amortiguar los choques debidos a las irregularidades de la carreteras7. Por qu el esfuerzo a la traccin es positivo y el esfuerzo a la compresin es negativo? Si el valor de x es positivo el esfuerzo tambin ser positivo es decir se realiza un trabajo. En cambio para una compresin el valor de x tomar un valor negativo al igual que el esfuerzo

8. Analice las fuerzas de cohesin y fuerzas de adherencia. D ejemplos La adhesin es la propiedad de la materia por la cual se unen dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.La cohesin es la fuerza de atraccin entre partculas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesin es la interaccin entre las superficies de distintos cuerpos. En los gases la fuerza de cohesin puede observarse en su licuefaccin que tiene lugar al comprimir una serie de molculas y producirse fuerzas de atraccin suficientemente altas para producir una estructura lquida.Ejemplos: Es la que mantiene unida las molculas de un mismo cuerpo y por eso que ese cuerpo puede obtener tres estados: Slido, ejerce mayor fuerza de cohesin; Lquida, ejerce una mnima fuerza de cohesin; y gaseoso, la fuerza de cohesin es casi nula9. Determine para la regla metlica el valor del mdulo de Young (E) en N/m2

Posicin inicial=661mm Posicin final=641mm s=20mm F sera igual al peso mximo 1.350kg x 9.72=13.22

10. Cunto es la energa elstica acumulada en esta barra en la mxima deformacin?

Como piden en el punto de mxima deformacinPosicin inicial=661mm Posicin final=641 s=20 F sera igual al peso mximo 1.350kg x 9.72

1. CONCLUSIONES1. Se vio reflejado en los clculos que al incrementar la masa sostenida por el resorte en espiral , la elongacin tambin se vea afectada, esto es debido a la proporcionalidad entre F y x, por la ley de Hooke F=-Kx

1. Es posible determinar el mdulo de Young de una regla metlica mediante experimentos de flexin conociendo sus dimensiones, la fuerza vertical en su punto medio que se le aplica y el descenso que sufre en ese punto.

1. BIBLIOGRAFIA:1. Fundamentos de Fsica Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl Octava edicin, Volumen 1.

1. Manual de Laboratorio de Fisica II1. http://www.rena.edu.ve/cuartaEtapa/fisica/Tema12a.html1. http://repositorio.innovacionumh.es/Proyectos/P_22CursoMateriales/Montserrat_Varea/wimba/page_03.htm1. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/surten.html