Lab#1

LABORATORIO DEFÍSICA II
PRÁCTICA # 1
ESTÁTICA: PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO

PROFESOR:Gerson Araos

FECHA DEREALIZACIÓN DELTRABAJO: 16/08/2011
FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 30/08/2011

SILVA GAMARRA JUAN
REYES RAMOS REYNALDO
VILLAR ZAVALETA KEVÍN
CASTAÑEDA VARGAS JHONNY
MALQUI ACOSTA DIEGO PABLO

A.OBJETIVOS:

1.- Estudiar el comportamiento de las fuerzas concurrentes y fuerzas paralelas.

2.- Establecer las condiciones necesarias para que un sistema se encuentra en
equilibrio.

3.- Comprobar la primera condición de equilibrio.

B. FUNDAMENTO TEÓRICO:

B.1.- Fuerza: En física, la fuerza es una magnitud física que mide la intensidad del
intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas (en lenguaje de la
física de partículas se habla de interacción). Según una definición clásica, fuerza es todo agente
capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos materiales. No debe
confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía.

B.2.- Leyes de Newton:son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor
parte de los problemas planteados por la dinámica, en particulares aquellos relativos al
movimiento de los cuerpos.

B.2.1.- Primera Ley de Newton;Principio de Inercia:Si sobre un cuerpo no actúa
ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad
constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).

Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cuál sea el observador que
describa el movimiento. Así, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando
lentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el
andén de una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por
tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento. La primera ley de Newton sirve
para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia
inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo
sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.

En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto que siempre hay
algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un
sistema de referencia en el que el problema que estemos estudiando se pueda tratar como si
estuviésemos en un sistema inercial. En muchos casos, suponer a un observador fijo en la
Tierra es una buena aproximación de sistema inercial.

B.2.2.- Segunda Ley de Newton; Principio fundamental de la Dinámica:La fuerza neta
aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La
constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la
relación de la siguiente manera:F = m a

Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un
valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse
como:

2

F=ma

La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un
Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que
adquiera una aceleración de 1 m/s2, o sea:

1 N = 1 Kg · 1 m/s2

B.2.3.- Tercera Ley de Newton: Principio de Acción y Reacción:“Si un cuerpo A ejerce
una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario”.

Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando
queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del
suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.

Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en
sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque
no haga el intento de empujarnos a nosotros.

Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tengan el mismo valor y sentidos
contrarios, no se anulan entre sí, puesto que actúan sobre cuerpos distintos.

B.3.- Primera Condición del Equilibrio:“Un cuerpo se encuentra en equilibrio de
traslación, si la fuerza resultante de todas las fuerzas externas que actúan sobre él es
nulo”.Matemáticamente tenemos:

Para el caso de fuerzas coplanares que se encuentran en el plano cartesiano xy se reduce la
fuerza resultante en cada uno de los ejes x e y es cero.

Geométricamente esto implica que estas fuerzas, al ser gráficadas una a continuación de la
otra, de modo tal que el extremo de cada una coincida con el origen de otra, formen un
polígono cerrado.

3

Para el caso particular que sobre el cuerpo actúan solo tres fuerzas, estas deben formar un
triángulo de fuerzas.

B.4.- Teorema de Lami: “Si un cuerpo rígido en equilibrio se encuentra sometido a la acción de
tres (3) fuerzas, estas deben ser coplanares y sus líneas de acción deben ser concurrentes”.

La razón por la que las tres fuerzas deben ser coplanares es bastante simple. Si no fuese así, no
se cumpliría la primera condición de equilibrio.

Por ejemplo consideremos que un cuerpo se encuentra en equilibrio sometido a la acción de
tres fuerzas no coplanares (ver figura superior). Como la resultante de dos de ellas no se anula
con la tercera fuerza no se cumplirá la primera condición de equilibrio.

La razón por la que las tres fuerzas deben ser concurrentes también es bastante simple. Si no
fuese así, no se cumpliría la segunda condición de equilibrio.

Por ejemplo analicemos el equilibrio de una barra que se encuentra suspendida de dos cuerdas
oblícuas y supongamos que las líneas de acción de las tres fuerzas que actúan sobre ella no son

4

concurrentes (ver figura). Si tomamos momentos respecto del punto en donde convergen dos
de ellas, habría un torque resultante provocada por la tercera fuerza que haría rotar a la barra,
lo que hace que no se cumpla la segunda condición de equilibrio.

El teorema de Lamy, que fue enunciado por el religioso francés Bernard Lami (1645-1716), dice
lo siguiente:

“Cuando un cuerpo rígido en equilibrio se encuentra sometido a la acción de tres fuerzas
concurrentes, el módulo de cada una es directamente proporcional al seno de su respectivo
ángulo opuesto”.

Este teorema es una consecuencia de la ley de senos aplicado luego de formar el triangulo de
fuerzas.

C.- MATERIALES:

MATERIALES DE LABORATORIO
1.- Ordenador/ Data Studio 7.- Grapas (2)
2.- InterfasePowerlinck 8.- Cuerda o pavilo.
3.- Sensor de fuerza (2) 9.- Transportador
4.- Pesa de 0.5 N (5) 10.- Regla
5.- Base soporte (2) 11.- Calculadora
6.- Nuez doble (4) 12.- Varillas

D. PROCEDIMIENTO:

D.1 Determinación de pesos mediante el Dinamómetro: Se midió el peso de forma
sucesiva de todas las pesas. Los datos fueron registrados en la siguiente tabla:

5

TABLA # 1 : DETERMINACIÓN DEL PESO
Cantidad de Pesas 1 2 3 4 5
Peso (N) 0.474 0.977 1.451 1.981 2.455
± ± ± ± ±
Lectura P ± Δ P

D.2 Interrogantes (Pag-5):

1.- Fuerza: Se entiende como fuerza a cualquier acción o influencia que es capaz de
modificar el estado de movimiento de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración a ese
cuerpo.

2.- Representación de Fuerza:El newton se define como la fuerza que es necesaria
para que una masa de un kilogramo pueda acelerar un metro por segundo cada vez que
transcurre un segundo. Se acostumbra denotar esta expresión a través de las unidades de
fuerza: Kg·m/s2. También se hizo ayuda del DCL (diagrama de cuerpo libre).

3.- La Fuerza es vector:La fuerza es un vector por el hecho de tener sentido, dirección
y magnitud. Ejemplo la fuerza de la gravedad, el peso, el rozamiento, etc.

D.3 Acción y Reacción: Las siguiente gráfica ilustra el resultado obtenido; cuando se
aplicó una fuerza en cada dinamómetro.

Gráfico 1.

Este gráfico muestra el comportamiento de las fuerzas aplicada a cada dinamómetro
al mismo tiempo.

6

D.3.1 Interrogantes (Pag-6):

1.- Valores obtenidos:

Valor Máximo Valor Mínimo
11.09 N - 11.01 N

2.- Forma: La forma se debe a que las fuerzas aplicadas a ambos dinamómetros son
casi directamente proporcionales en magnitud.

3.- Tercera Ley de Newton: Principio de Acción y Reacción: En este
experimento se ve claramente reflejado la ley de acción y reacción; debido a
que se aplica una fuerza a ambos dinamómetros, los cuales tienden a
reaccionar con una fuerza de magnitud similar.

D.4 Paralelogramo de Fuerzas Concurrentes:

.- Aquí se comprobó los resultados de las fuerzas F1= 0.8 N y F2= 0.8 N;
arrojados por el dinamómetro digital.

.- Se hizo uso de DCL (diagrama de cuerpo libre), para determinar los
nuevos valores de las fuerzas o tensiones F1 y F2.

.- Se determinó la fuerza resultante (FR), mediante la Tercera Ley de
Newton; trabajando con el peso.

.- La siguiente tabla muestra los resultados obtenidos.

TABLA # 2: PARALELOGRAMO DE FUERZAS CONCURRENTES
F1 (N) 0.78 1.09 0.98
F2 (N) 0.97 1.28 0.5
FR (N) 1.44 1.96 0.98
P (N) 1.47 1.98 0.99
0
α1 ( ) 35 36 57.5
α2 (0) 35 36 57.5

D.5Estableciendo una escala a las fuerzas F1 y F2, se dibujo un paralelogramo midiendo
el valor de la diagonal, para posteriormente calcular todas las fuerzas y los resultados
arrojados quedaron registrados en la siguiente tabla:

7

TABLA # 3
0
α1 ( ) 10 20 40
α2 (0) 10 20 40
F1 (N) 0.92 0.67 0.86
F2 (N) 1.03 0.69 0.96
FR (N) 1.44 1.96 0.98
P (N) 1.47 1.98 0.99

.- El margen de error o erro porcentual (E%) de los dinamómetros es de 2.12%.

.- Esto demuestra que el sistema de medición configurado por los dos
dinamómetros no es exacto.

.- También se concluyó que las fuerzas estarán en equilibrio, siempre y cuando
estén en relación con los ángulos.


.- En relación a la fuerza resultante y la fuerza originada por las pesas
(P); está es menor en 0.03 centésimas. Esto demuestra que no hay un equilibrio
exacto entre estas dos fuerzas.

.- Asumiendo que hay campo libre, la persona no caminaría 28.

.- Pero si consideramos que no hay campo libre; el camino más corto
sería 20 cuadras. Como lo demuestra la siguiente gráfica:

N
16 CUADRAS

12 CUADRAS
20 CUADRAS

O E
Origen
S

.- El peso; si es una fuerza pues el peso es la fuerza con la cual un cuerpo actúa
sobre un punto de apoyo, originado por la aceleración de la gravedad.

8

.- Equilibrio:Es la suma de fuerzas y momentos sobre todas y cada una de las
partes de un cuerpo llegando al punto de anulase.

.- Un cuerpo puede estar en equilibrio a velocidad constante en ausencia de
aceleración; lo cual indica que no todo cuerpo que se encuentre en equilibrio
necesariamente esté en reposo.

D.7 Empleando el transportador para hallar el ángulo, se encontró el peso de los
bloques Mx y M; posteriormente un promedio. Los resultados quedaron registrados en
la siguiente tabla:

TABLA # 4
0
F1 (N) α1 ( ) F2 (N) α2 (0) P (N) Mx (kg)
1.004 44 0.696 77 0.98 0.046
0.586 54 0.585 124 049 0.045

.- El promedio de masas fue de 0.0455 KG.


.- Si sobre un cuerpo actúan varias fuerzas se pueden sumar las mismas de forma
vectorial (como suma de vectores) obteniendo una fuerza resultante, es decir
equivalente a todas las demás. Si la resultante de fuerzas es igual a cero, el efecto es el
mismo que si no hubiera fuerzas aplicadas.

.- Fuerza resultante es la fuerza total con respecto a otras fuerzas.

.- Las pesas no se mueven porque la sumatoria de todas las fuerzas que actúan sobre
ellas es cero; encontrándose en equilibrio.

E. OBSERVACIONES:

.- Configurar correctamente el software Data Studio.

.- Manipular con mucho cuidado los dinamómetros digitales.

.- Hacer una correcta medida de los ángulos con el transportador.

.- Tener bien claro la teoría de vectores.

.- Hacer un DCL, con todas las medidas exactas.

F. CONCLUSIONES:

.- El estudio de las fuerzas permite conocer como un cuerpo en la realidad está
rodeado de no una; si no varias fuerzas.

.- Se ha probado que la resultante de dos fuerzas concurrentes es igual en módulo y
dirección

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.- El equilibrio no siempre implica que un cuerpo se encuentre en reposo.

.- La fuerza de la gravedad, gobierna en todo cuerpo que se encuentre en la faz de la
Tierra.

.- La fuerza resultante siempre cumplirá con la tercera ley de Newton.

G. Anexos:

.- Adjunto diagrama de cuerpo libre correspondiente a las fuerzas descritas en la tabla
# 2.

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