CONSTANTES ELASTICAS UNMSM FISICA II

EXPERIENCIA N° 01

I. OBJETIVO

Observar las características y condiciones de un resorte en espiral.
Determinar la constante elástica del resorte en espiral.
Verificar la ley de Hooke.
Verificar el modulo de Young de una barra metálica.

II. MATERIALES / EQUIPOS

2 Soporte Universal

1 Resorte en espiral

1 Regla metálica

1 Juego de pesas más porta pesas

2 Sujetadores (nuez oclamp)

1 Balanza de precisión de 3 ejes

2 varillas cuadradas de metal

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

Los sólidos cristalinos en general tienen una característica fundamental
denominada “Coeficiente elástico” que aparece como consecuencia de la aplicación
de fuerzas externas de tensión o compresión, que permiten al cuerpo de sección
transversal uniforme, estirarse o comprimirse.
Se diceque un cuerpo experimenta una deformación elástica 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 = - Kx

Fue Robert Hooke (1635-1703), físico matemático, químico y astrónomo inglés,
quien primero demostró el comportamientosencillo
relativo a la elasticidad de un cuerpo. Hooke estudió
los efectos producidos por las fuerzas de tensión,
observó que había un aumento de la longitud del
cuerpo que era proporcional a la fuerza aplicada.

Hallaremos su constante elástica “k”, la cual se obtendrá como la pendiente de la
gráfica F vs x, donde F es la fuerza aplicada y x el estiramiento del resorte en espiral desde
suposición de equilibrio.
Las características elásticas de un material homogéneo e isotrópico quedan
completamente definidas si se conocen las constantes elásticas: Modulo de Young (E) y el
Coeficiente de Poisson ()
Cuando, se flexiona una varilla, experimenta un alargamiento por su parte convexa
y una contracción por la cóncava. El comportamiento de la varilla está determinada por
el módulo deYoung del material de que está hecha, de modo que el valor de dicho
modulo puede determinarse mediante experimentos de flexión.
Utilizaremos una regla metálica, se sección transversal rectangular apoyado sobre
dos extremos. Si se aplica una fuerza vertical (F) en el punto medio de la regla, la
deformación elástica que está experimenta es un descenso de dicho punto, llamado
flexión (s) que, porla ley de Hooke, es proporcional a la fuerza aplicada:
S = FK

Siendo: k, la constante elástica, que depende de las dimensiones geométricas de la
varilla y del módulo de Young (E) del material.
Siendo:


S= ((L^3)*F)/ (4Ea b^3)

L: la longitud de la varilla
a: el ancho de la varilla
b: la altura o espesor de la misma

Si el sólido se deforma mas allá de un cierto punto, el cuerpono volverá
a su tamaño o forma original, entonces se dice que ha adquirido una
deformación permanente.

La fuerza más pequeña que produce deformación se llama límite de elasticidad.
El límite de elasticidad
Es la máxima longitud que puede alargarse un
cuerpo elástico sin que pierda sus características
originales. Más allá del límite elástico las fuerzas no
se pueden especificar medianteuna función de
energía potencial, porque las fuerzas dependen de
muchos factores entre ellos el tipo de material.
Para fuerzas deformadoras que sobrepasan el
límite de elasticidad no es aplicable la Ley de Hooke.Por consiguiente, mientras la
amplitud de la vibración sea suficientemente pequeña, esto es, mientras la
deformación no exceda el límite elástico, las vibraciones mecánicas sonidénticas a las
de los osciladores armónicos.
Modulo de elasticidad
La relación entre cada uno de los tres tipos de
esfuerzo
(tensor-normal-tangencial)
y
sus
correspondientes deformaciones desempeña una
función importante en la rama de la física
denominada teoría de elasticidad o su equivalente
de ingeniería, resistencias de materiales. Si se
dibuja una gráfica del esfuerzo en función de la...