INTRODUCCION

La mecánica es la parte de la Física que describe el movimiento de los cuerpos, y su

evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas.

Se divide en dos partes: Cinemática, que describe como se mueven los objetos, y

Dinámica, que estudia a la fuerza y a las causas que provocan el movimiento de los

objetos.

La mecánica es una asignatura de gran valor formativo, que nos permite describir

fácilmente los elementos cotidianos del movimiento, ya sea en forma experimental o

modelos que se relacionan más con leyes abstractas de hechos y resultados concretos.

La mecánica trata del equilibrio y del movimiento de los cuerpos materiales sometidos a

fuerzas cualesquiera. El cuerpo humano es una máquina muy organizada y de elevada

complejidad, sin embargo, el movimiento del cuerpo humano así como el de los objetos

se rigen por las leyes convencionales de la física.

OBJETIVOS

Averiguar experimentalmente cual es la fuerza necesaria para elevar una carga

con el polipasto.

Entender cómo se distribuye, en los apoyos, la fuerza por peso de una viga.

Investigar sobre las condiciones para que un sistema se encuentre en equilibrio

Investigar el comportamiento de las fuerzas concurrentes y las fuerzas paralelas

Estudiar de una forma muy sencilla lo que es un sistema.

Conocer las ventajas de usar un sistema.

La relación que existe entre la cantidad de sistema (poleas) y la eficiencia en su

trabajo.

Comparar las diferentes clases de ventajas mecánicas que se pueden obtener

con los diferentes sistemas.

Descubrir que tan eficiente puede ser los distintos sistemas de poleas diseñados

en el laboratorio.

Desarrollar los conceptos de fuerza, masa y trabajo.

Analizar los diferentes sistemas de poleas elaborados.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Para que un cuerpo pueda hallarse en equilibrio será necesario garantizar que el objeto

no tenga un movimiento de traslación ni de rotación. Las condiciones de equilibrio son

entonces dos, uno para las fuerzas y otro para los momentos, estas dos condiciones se

expresan en la forma:

EQUILIBRIO DE TRASLACIÓN:

“Un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación cuando la suma vectorial de todas

las fuerzas que actúan sobre él es nula.”

Esto ocurre cuando el cuerpo no se traslada o cuando se mueve con velocidad

constante; es decir, cuando la aceleración lineal del centro de masa es nula, observado

desde un sistema de referencia inercial. ∑F = 0

EQUILIBRIO DE ROTACIÓN:

“Un cuerpo se encuentra en equilibrio de rotación cuando la suma de los momentos de

fuerza (torques) respecto a un punto de giro es nulo”.

Esto ocurre cuando la aceleración angular alrededor de cualquier eje es nula. ∑ τ = 0

Para verificar que se cumple esta segunda condición se realizan los siguientes pasos.

Se identifican todas las fuerzas aplicadas sobre el cuerpo.

Se escoge un punto de giro, respecto al cual se analizarán los momentos de

fuerzas.

Se encuentra cada uno de los momentos de fuerzas respecto al punto de giro

escogido.

Se realiza la suma de torques y se iguala a cero.

Tenga en cuenta que esta formulación, se refiere sólo al caso cuando las fuerzas y las

distancias estén sobre un mismo plano. La suma de los momentos de fuerzas respecto

a cualquier punto, dentro o fuera del cuerpo debe ser nulo.

POLEAS:

La polea es una ‘máquina simple’ que consiste en un disco que lleva en la periferia una

canal por la que se hace pasar un cordón (cordel, pitilla, cadena). El eje se encuentra

se encuentra sostenido con una horqueta llamada armadura, mediante la cual se

suspende la polea de un soporte fijo; la máquina simple así constituida se denomina

polea fija. Esa misma polea fija se puede utilizar como polea móvil si de la armadura se

cuelga un peso y entonces es el cordón el que se fija en el soporte.

Polea fija

Esta consiste en una rueda que puede girar alrededor de un eje fijo, que pasa por un

centro, debido a que por ella pasa una cuerda, de la que en uno de sus extremos se

cuelga el objeto, el que se puede subir tirando(jalando) la cuerda con la mano desde el

otro extremo. Es acanalada en su periferia y por ella pasa una cuerda.

Al sostener el peso R debemos aplicar una fuerza F. Y para que la polea no rote la

suma de los momentos de las fuerzas aplicadas debe ser cero, o sea: F * r – R * r = 0

de donde F = R > lo cual indica que la fuerza motriz es igual a la resistencia (en

ausencia de roce, ya que con él la fuerza F es un poco mayor). Entonces se deduce

que con el uso de una polea fija no se obtiene ahorro de fuerza, pero proporciona

seguridad y comodidad al trabajar con ella.

Si vemos sus aplicaciones podemos encontrar más beneficios: por ejemplo cuando se

utiliza como roldana para subir el agua de un pozo, o un balde en un edificio en

construcción, un ascensor. Con esto se concluye que la polea fija cambia únicamente

la dirección de la fuerza. También podemos afirmar que las poleas fijas se les pueden

considerar también, como una palanca de 1ª Clase de brazos iguales. La longitud del

brazo sería ‘r’. Por lo tanto F = R, es decir, el peso del objeto es igual a la fuerza que

debemos aplicar.

Polea móvil

A diferencia de la polea fija la polea móvil se apoya sobre la cuerda y debido a eso

multiplica la fuerza ejercida, por lo que vendría siendo una palanca de segunda clase.

También tiene un movimiento de rotación (sobre su eje) y otro de traslación, este es

debido a que está en la cuerda. El peso del objeto se descompone entre las dos ramas

del cordel; luego la fuerza aplicada será sólo la mitad de la resistencia. (Esto en

ausencia de roce)

Si se pone a trabajar una polea móvil veremos que la rotación se produce alrededor del

punto 0. Para que esté en equilibrio, la suma de los torques producidos por la fuerza

motriz y la resistencia debe ser cero.

Esto corresponde a: La resistencia que actúa con brazo ‘r’ y la fuerza ‘F’ con 2r.

Luego: F * 2r = R * r

De donde F = R 2 o -R * r + F * 2r = 0

En la polea móvil se produce equilibrio cuando la fuerza motora es igual a la mitad de la

resistencia. Esto quiere decir que la polea móvil economiza el 50% de la fuerza (ventaja

mecánica), pero es incómoda y peligrosa para trabajar; por este motivo se la usa

combinada con una polea fija obteniéndose las ventajas de ambas; “economía de

fuerza y mayor comodidad para trabajar”

PARTE EXPERIMENTAL

POLEA

Materiales

Pie estitativo.

Varilla Soporte, 600 mm.

Varilla Soporte con orificio,

100 mm.

Nuez doblez (2).

Platillo para pesas de ranura

10g.

Pesa de ranura, 10g (4).

Pesa de ranura, 50g (3).

Polea doble (2).

Mango para polea.

Dinamómetro 2N.

Soporte para dinamómetros.

Cinta métrica, 2m.

Sedal

Procedimiento:

1. Fije un trozo de sedal de uno 110 cm de longitud en el gancho de la polea fija

superior.

2. Calibre el dinamómetro a cero, pase el sedal por las 4 poleas, y sujeta un lazo

al dinamómetro.

3. Determine con el dinamómetro la fuerza por peso F r de una de las poleas

dobles, y anota su valor.

4. Carga el polipasto con una masa de 50g (el platillo para pesa de ranura y 4

pesas de 10g).

5. Lee la fuerza F en el dinamómetro.

6. Mide de nuevo la fuerza con las cargas de 100, 150 y 200g.

7. Lleva todos los valores a la tabla.

REACCIONES EN LOS APOYOS EN UNA VIGA SIN CARGA

Materiales

Pie estativo.

3 varillas soporte, 600mm.

2 varillas soporte con orificio,

100mm.

P

Palanca.

Dinamómetro 1N.

Dinamómetro 2N.

Soporte para dinamómetros

Procedimiento

1. Determine la fuerza por el peso de la viga ¿.

2. Arme el sistema, de tal manera que la palanca quede lo más horizontal

posible y los dinamómetros lo más vertical posible.

3. Con los lazos en los extremos (marcas “10”), anotar las medidas que indican

los dinamómetros (F1 , para el dinamómetro de 1N y F2, para el

dinamómetro de 2N).

4. Desplazar los lazos a las marcas “6” y “3” (tomando en cuenta las

indicaciones anteriores, la horizontalidad de la palanca y la verticalidad de los

dinamómetros), anotar las lecturas en la tabla 2.

5. Colocar la viga otra vez en la posición inicial (marcas “10”), tomando fio el

sedal del dinamómetro 1N, colocar sucesivamente el sedal del dinamómetro

2N en las marcas “8”,”6”,”4”,”2” y “0”.Anotar las lecturas de F1 y F2 en la tabla

3.

RESULTADOS Y CALCULOS

Calcular la fuerza por peso Fg, a partir de la masa m, y teniendo en cuenta la fuerza por peso de la polea doble Fr.De acuerdo a la siguiente relación:

Fg = m.g + Frg = 9.81 m/s2

Fr = 0.20 Nm (kg) m.g (N) F (N) Fg (N) Fg/ F0.50 0.49 0.2 0.69 3.450.100 0.98 0.34 1.18 3.470.150 1.47 0.44 1.67 3.80.200 1.96 0.56 2.16 3.36

Es más fácil levantar la carga directamente, o con el polipasto? Explique

Es más fácil con el polipasto, ya que debido a que la fuerza es dividida lo que hace más fácil el levantamiento de la carga. El polipasto funciona como una polea que se encarga de distribuir la carga y así conseguir un menor trabajo por parte del sistema.

Existe relación entre el cociente Fg / F Y el número de poleas? Si existe , Cuál es la relación?

A más poleas contenga el sistema, el desplazamiento será mejor distribuido estratégicamente. Lo cual no implica que no habrá trabajo. Sí habrá, pero será organizadamente.Pudimos verificar que la carga se reparte, para conseguir levantar una carga específica.

3.2.- Con los datos obtenidos en el procedimiento complete la tabla 3, donde:

FTOT=F1+F2

MARCAF1 (N) F2 (N) FTOT (N)

F1

F2M 1 M 2

10 8 0.60 0.78 1.38 0.7710 6 0.52 0.85 1.37 0.6110 4 0.39 0.97 1.36 0.4010 2 0.23 1.13 1.36 0.2010 0 0.30 1.34 1.64 0.22

TABLA 2

TABLA 3

3.3.- Al comparar FTOT con FB, ¿qué resultado tienes? De una explicación

desde el punto de vista físico.

Las dos fuerzas son verticales y más la fuerza del peso aparecen tres fuerzas

dado que las dos fuerzas de arriba deben ser igual al peso.

3.4.- Al comparar F1

F2 , con las cifras de las marcas (M 1 y M 2), ¿qué se

observa? De una explicación desde el punto de vista físico. Se observa que a mayor fuerza F2 es menor la proporción entre F1 y F2

3.5.- ¿Qué significado tiene el centro de la viga?

Es el centro de gravedad.

3.6.- ¿Qué pasaría si tanto los dinamómetros como la viga no estuvieran en posición vertical y horizontal, respectivamente? Explique.

Formarían un ángulo, y el momento no sería el mismo.

3.7.- si se tuviese una viga no homogénea ¿se cumpliría lo mismo que en este experimento? Explique.

No se cumpliría lo mismo, porque el centro de gravedad no estaría en el punto

medio de la viga, y el momento sería distinto ya que depende del centro de

gravedad.

OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

Antes de la realización de las medidas se debe comprobar que el dinamómetro esta

enrasado a cero.

No suspender demasiado peso en las cuerdas suspendidas.

No apretar demasiado las poleas en los bordes de la mesa.

CONCLUSIONES:

En esta práctica podemos concluir, cuando tenemos dos fuerzas verticales y una fuerza

del peso, estas tienen que estar en equilibrio cumpliendo con la 2 condición de

equilibrio.

También pudimos observar en el experimento de reacción en los apoyos en una viga

sin carga, la importancia que tiene el centro de la viga; es decir, el momento va

depender del centro de gravedad, ya que en este experimento se consideró

despreciable la masa de esta.

El momento con respecto a la posición de la viga no sería el mismo si es que estas no

estuvieran en una posición vertical y horizontal, ya que formarían un ángulo diferente a

90°.

BIBLIOGRAFIA

Manual de laboratorio de Física, Untels pág. 38- 40- 41.

Manual de laboratorio de física general, Novena Edición, UNMSM pag 32-33.