L2. FUERZAS CONCURRENTESUNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERLigia Marcela Daza TorresMayerly Katherine Rueda DurnOscar Leonardo SanabriaRESUMENPara la realizacin de la prctica anterior fue necesario utilizar diferentes instrumentos como: la mesa de fuerza, poleas, portapesas, hilo fino, argolla, nivel y juegos de pesas. Por medio de estos materiales se obtuvo una Fuerza equilibrante para los diferentes pesos y ngulos en la mesa de fuerza, con los que se tuvo en cuenta conceptos como Fuerzas concurrentes, Fuerzas coplanares, direccin vectorial, Escalares y vectores, y equilibrio de una partcula que harn parte del desarrollo de la prctica y anlisis de datos.

INTRODUCCINLas cantidades tienen un papel esencial en muchas tareas centrales de la fsica, pero las cantidades vectoriales aun ms, son aquellas que tienen asociadas un nmero, una unidad y una direccin, son de vital inters fsico para descubrir fenmenos y sus causas. En la presente experiencia, trataremos de analizar el efecto de un grupo de fuerzas aplicadas a un cuerpo, y cuyo punto de aplicacin es comn a todas las fuerzas, razn por la cual decimos que son concurrentes. Mediante la prctica y la utilizacin de los elementos del laboratorio como la mesa de fuerzas indispensable para esta experiencia, podremos comprobar la existencia de una resultante de fuerzas, equivalente a todas las fuerzas aplicadas.

OBJETIVOS ALCANZADOS Establecimos experimentalmente el vector resultante en la suma de varias fuerzas coplanares cuyas lneas de accin pasan por un mismo punto.

Determinamos mediante el trabajo en el laboratorio, la validez de la regla del paralelogramo para la suma de vectores.

Obtuvimos por medio de diagramas de vectores, la resultante de varias fuerzas concurrentes.

MARCO TERICO Concepto de direccin vectorial.Los ejes de coordenadas X, Y se utilizan como sistema de referencia para trazar graficas.

Una recta orientada 0 eje define una direccin y un sentido. Las rectas paralelas orientadas en el mismo sentido definen la misma direccin, pero si poseen orientaciones opuestas, definen direcciones opuestas.

En un plano, una direccin esta determinada por el ngulo que se forma entre una direccin y un sentido de referencia (0 eje) y la direccin que se desea indicar, medido en un sentido levgiro (positivo), o contrario al movimiento de las manecillas de un reloj. Las direcciones opuestas estn determinadas por los ngulos y ()

(a) (b) Escalares y VectoresMuchas magnitudes fsicas estn determinadas completamente por un nmero real, su valor numrico, expresado en magnitudes adecuadas. A estas magnitudes se les llama escalares. Volumen, temperatura, tiempo, masa, carga y energa son magnitudes escalares. Otras magnitudes requieren para su completa determinacin, adems de su valor numrico, una direccin. Estos se conocen como vectores. El vector mas evidente es el desplazamiento de un cuerpo esta determinado por la distancia que se ha movido en lnea recta y la direccin en que lo hace, esto es, por el vector AB.

Velocidad, aceleracin y fuerza son magnitudes vectoriales.

Los vectores se representan grficamente mediante segmentos de recta que tienen la misma direccin que el vector (indicada con una flecha) cuya longitud es proporcional a su mdulo. Se les denota como , mientras que el modulo se denota con letra en cursiva solamente . Un vector unitario es aquel cuyo modulo es la unidad. El vector paralelo al vector unitario se puede expresar de la forma Y un vector negativo tiene el mismo modulo que su contraparte positiva y direccin opuesta Equilibrio de una Partcula

Cuando la fuerza resultante, suma de todas las fuerzas que actan sobre una partcula (fuerzas concurrentes), es cero, la aceleracin de la partcula tambin es cero. La partcula esta en reposo o en movimiento uniforme, en este caso se dice que esta en EQUILIBRIO. En general: En trminos de componentes rectangulares de las fuerzas, las condiciones de equilibrio se pueden expresar como

Y

Regla del Paralelogramo para suma de vectoresEn esta construccin los orgenes de los dos vectores Ay B estn juntos y el vector resultante R es la diagonal de un paralelogramo formado con A y B como sus lados. Cuando se suman dos vectores, el total es independiente del orden de la adicin. Se conoce como ley conmutativa A + B = B + A

Regla del Polgono para la suma de vectoresLas construcciones geomtricas tambin pueden utilizarse para sumar ms de dos vectores. El vector suma resultante R = A + B + C + D es el vector que completa el polgono. El orden de la suma no es importante.

Descomposicin de un vector en sus Componentes Rectangulares

Mtodo analtico para la suma de vectoresCuando el mtodo grafico en la suma de vectores no es adecuado, acudimos a las componentes del vector para sumar algebraicamente. Si se quiere sumar un vector A con componentes Ax y Ay y un vector B con componentes Bx y By, simplemente se suman las componentes X y Y por separado.

METODOLOGA EXPERIMENTAL

Inicialmente se nos dio a conocer los instrumentos que serian necesarios para ejecutar con eficiencia la prctica, estos instrumentos fueron la mesa de fuerza, poleas, portapesas, hilo fino, argolla, nivel y juegos de pesas. Tenindolos identificados, tanto los instrumentos como los pasos a seguir, procedimos a suspender los diferentes pesos y ngulos en la mesa de fuerzas, se obtuvo una Fuerza equilibrante, se determinaron los valores extremos, tanto en los ngulos como en las magnitudes de las fuerzas, para los cuales la argolla mostr desplazamiento apreciable, estos datos fueron registrados en su respectiva tabla, en base a esta informacin hallamos el error relativo, usando el mtodo del polgono graficamos la resultante y la equilibrante para cada uno de los casos, utilizando los mtodos experimental, polgono y analtico construimos una tabla con los valores hallados para la equilibrante, finalmente calculamos el porcentaje de error.

CLCULOS, RESULTADOS Y ANLISIS1. Para cada problema indicado, elabore y complete una tabla similar a la siguiente

Realizacin = = 82.5

= = 40

= = 567.5

= = 250

2. En ste caso es necesario medir una masa y un ngulo, lo cual produce errores. Para cada uno de estos casos determine el error relativo , . Regstrelo en la tabla anterior.Realizacin = = 0.145

= = 0.103

3. Realice un dibujo para cada uno de los casos anteriores, representando la mesa de fuerza y anotando los ngulos, valores de las fuerzas y la equilibrante.

4. Usando el mtodo del polgono, determine grficamente la resultante y la equilibrante para cada uno de los casos del numeral 1.

5. A partir de la descomposicin trigonomtrica, calcule la resultante

6. Construya una tabla con los valores hallados para la equilibrante por el mtodo experimental, mtodo del polgono y el mtodo analtico del numeral 4

7. Calcule el porcentaje de error del mtodo experimental y mtodo del polgono, con respecto al mtodo analtico y enumere las posibles causas de error

Realizacin

= 0.02

= 0.05

RTAComo se observa la mayora de porcentajes de error son relativamente pequeos lo que se puede considerar un experimento exitoso. Los errores cometidos fueron ms que todo en la manipulacin humana del laboratorio.

8. La fuerzas en ste experimento actan sobre un anillo, pero se dicen que son concurrentes. Si en vez de cuerdas se tuvieran varillas rgidas unidas al anillo, sern necesariamente cocurrentes las fuerzas? Existen entonces contribuciones al error debidas a la no rigidez de las cuerdas? Explique objetivamenteRTA Por definicin sabemos que se habla de fuerzas concurrentes si las fuerzas tienen el mismo punto de aplicacin, de modo que independientemente de si son cuerdas o varillas las fuerzas sern concurrentes, sin embargo si se pueden presentar mayores errores debido a la no rigidez de las cuerdas.

9. Formule una o varias preguntas y respndalas. Si en vez de un anillo se ataran los extremos de las cuerdas, los datos serian mas exactos?S, pero nicamente en el caso que el observador mirara la unin de las cuerdas desde arriba, para saber cuando el sistema esta equilibrada.

Cul es la resultante al combinar varias fuerzas concurrentes sobre un cuerpo en equilibrio mecnico?la medida de la fuerza resultante se le conoce como mtodo grafico. La resultante de un sistema de vectores es el vector que produce el solo el mismo efecto que los dems vectores y se puede resolver por diferentes mtodos. La resultante de todas las fuerzas externas que acten sobre el objeto es 0. Esto se conoce como la primera condicin de equilibrio, que se expresa como sigue: un objeto se encuentra en equilibrio cuando esta bajo la accin de fuerzas concurrentes: si se encuentra en reposo permanece en ese estado, se le llama equilibrio estatico. La primera condicion del equilibrio requiere que, es decir, la sumatoria de todas las fuerzas sea igual a cero, o bien en forma de componentes que se expresan.

CONCLUSIONES se determinaron, analizaron y llevaron a cabo todos los objetivos propuestos para este laboratorio.

Aprendimos a utilizar correctamente algunos instrumentos que hacen parte del laboratorio (mesa de fuerza, poleas Y nivel).

Se comprob que por mtodo experimental si se obtienen valores muy aproximados a la teora con margen de error.

Se estudiaron conceptos importantes como fuerzas, mtodos de suma vectorial, descomposicin trigonomtrica de las fuerzas, etc.

Bibliografa Serway Raymond Fsica editorial MCGAW HILL Fsica conceptos y aplicaciones Paul E. Tippens http: //es.monografias.org