estudio de una viga en equilibrio estático

Laboratorio N°5: “Estudio de una viga en Equilibrio Estático”

Estuardo Salas, Ángela / Lobos Chacón, Ignacio / Olave Robles, Sharon
Universidad de Santiago de Chile, Facultad de ciencias, Departamento de Física



Resumen
En este documento, se presenta el tratamiento de datos obtenidos al analizar la aplicación de fuerzas verticales a una barra horizontal que se encuentra enequilibrio, situación experimental que permitirá determinar la masa de un cuerpo posado sobre el sistema, y la relación funcional entre la posición de éste, versus la fuerza que ejerce sobre la barra.


Introducción
Esta experiencia es realizada, con el objetivo de determinar las reacciones que se presentan cuando se aplican cargas puntuales verticales a una viga horizontal rotulada en uno de susextremos, determinar la relación funcional del gráfico fuerza versus posición verificando constantes y determinar de manera experimental la masa de la masa involucrada en el sistema.

Para comprender los procesos físicos estudiados en esta experiencia, es necesario tener algunas nociones básicas con respeto a las siguientes temáticas:

Momento de Fuerza o Torque:
Se define como una cantidadvectorial definida por la siguiente expresión.



Donde es el vector posición del punto de aplicación de la fuerza .
El torque es un vector perpendicular al plano, formado por el producto vectorial entre los vectores  y .

Centro de Gravedad:
Corresponde al punto en que actúa la fuerza peso , equivalente a todas las fuerzas individuales provenientes de cada partícula del cuerpo.Maquinas Simples:
Son dispositivos que multiplican o modifican la dirección de una fuerza. Entre las maquinas simples podemos citar palancas, poleas, gatas hidráulicas, tornos, planos inclinados, etc.
Estas máquinas simples nos proporcionan una “ventaja mecánica”. Si se llama  a la fuerza de entrada (esfuerzo) que es la que se aplica a la palanca para mantener o levantar una carga y  ala fuerza de salida o fuerza de carga, entonces la ventaja mecánica ideal (roce despreciable) viene dada por:



Palanca: máquina simple formada por una barra rígida, que se puede hacer rotar respecto de un punto línea llamado fulcro.
Según la posición del fulcro y las fuerzas, se definen tres clases de palancas:
-Primera Clase: el fulcro se encuentra entre ambas fuerzas.
-Segunda Clase: lacarga esta entre el fulcro y el esfuerzo.
-Tercera Clase: el esfuerzo esta entre el fulcro y la carga.
Polea: maquina simple formada por una rueda que puede girar libremente al alrededor de un eje que pasa por su centro. Esta permite variar la dirección y la magnitud de una fuerza para obtener alguna ventaja mecánica.






Condiciones de equilibrio estático para un sistema de fuerzascoplanares.

Un sistema se está en equilibrio de traslación cuando la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre el sistema es nula. Para un sistema en un plano se tiene que cumplir:

(3) 

Un sistema se encuentra en equilibrio de rotación cuando la suma de todos los momentos que actúan sobre el sistema es nulo.

(4) 
Para la condición de equilibrio de un cuerpo debecumplirse que la sumatoria de las fuerzas debe ser cero y la suma de los torques debe ser cero.

Si las fuerzas (magnitudes vectoriales) están en un plano, entonces esta tienes dos componentes, que pueden ser  y 

(5)

Método Experimental
En primera instancia, se monta un sistema como muestra la figura 1, donde el sensor de fuerza (Dual-Range force sensor, Vernier,sensibilidad: 0.01[N] *se consideran solo dos dígitos después de la coma, debido a la inestabilidad del sistema, producida por factores externos no manejables. Este criterio se aplica con el fin de reducir el error) se encuentra sostenido desde una barra anclada a la base magnética. Desde el sensor desciende una cuerda que sostiene uno de los extremos del riel, mientras el otro, se apoya sobre una...