laboratorio de fisica equilibrio mecanico

Física General
LABORATORIO Nº 2

PRIMERA Y SEGUNDA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO

I. LOGRO
 Comprobar experimental, gráfica y analíticamente la primera y segunda
condición de equilibrio a través de diagramas de cuerpo libre.
II. PRINCIPIOS TEÓRICOS
a) Equilibrio mecánico. Un cuerpo se encuentra en equilibrio mecánico, cuando se
halla en estado de reposo (equilibrio estático) o realizando unmovimiento
rectilíneo uniforme (MRU), con respecto a un sistema de referencia inercial
(equilibrio cinético).
b) Primera ley de Newton (ley de inercia). Todo cuerpo permanece en reposo
(velocidad igual a cero) o con MRU (velocidad constante), a menos que actúe
sobre él una fuerza resultante externa que altere su estado inicial.
c) Primera condición de equilibrio (equilibrio de traslación).-Para que un
cuerpo rígido se encuentre en equilibrio de traslación, la resultante de las fuerzas
externas que actúan sobre él debe ser cero. Es decir:
∑⃗

⃗

⃗⃗

(1)

Para comprobar la primera condición de equilibrio, se emplean los siguientes
métodos:


Método Analítico:
Se descomponen las fuerzas externas actuantes y se usa la ecuación (1)
escalarmente, obteniendo:
∑



∑(2)

Método Gráfico:
Si sobre un cuerpo actúan tres fuerzas externas y éstas definen su equilibrio
de traslación; las fuerzas serán coplanares (actúan en un mismo plano) y sus
líneas de acción son concurrentes, como se muestra en la figura 1.a, cuyo
diagrama de cuerpo libre se aprecia en la figura 1.b.

Laboratorio Nº 2: Primera y segunda condición de equilibrio




Página 1Física General

Figura 1. (a) Fuerzas externas actuando sobre un cuerpo rígido en equilibrio de traslación.
(b) Diagrama de cuerpo libre.

Se puede aplicar el teorema de Lamy, el cual establece que el módulo de
cada fuerza es proporcional al seno de su ángulo opuesto. Así, según la
figura 1.b, se tiene que:
(3)

Como la fuerza resultante del sistema de la figura 1; es cero. Se puederepresentar geométricamente un triángulo de fuerzas externas, como se
muestra en la figura 2.

Figura 2. Triángulo de fuerzas.

d) Momento de una fuerza o Momento de torsión. Consideremos un cuerpo
rígido (figura 3) que puede girar alrededor de un eje que pasa por el punto “O”.
Si aplicamos una fuerza ⃗ sobre el punto “A” situado a una distancia “r”
respecto a “O”, el cuerpo tiende a girar.La medida cuantitativa de la tendencia
de una fuerza para causar o alterar la rotación de un cuerpo se denomina
momento de una fuerza (momento de torsión), la cual es una magnitud vectorial.
El momento de una fuerza ⃗ respecto al punto “O”, se define como:
⃗

(4)

Laboratorio Nº 2: Primera y segunda condición de equilibrio

Página 2

⃗




⃗

⃗

Física General
En la figura3, d =

es la distancia perpendicular del punto

a la línea
de acción de la fuerza y se conoce como brazo de palanca de la fuerza ⃗ .

Figura 3. Fuerza externa actuando sobre un cuerpo rígido

e) Segunda condición de equilibrio.- Un cuerpo se encuentra en equilibrio
rotacional cuando se cumple que; la suma de todos los momentos de fuerza con
respecto a cualquier punto es cero.
∑⃗

∑⃗

∑⃗

⃗

⃗⃗

(5)

III. PARTE EXPERIMENTAL
a) Materiales e instrumentos
-

Una (01) balanza (Lectura mín.: 0.1 g, Lectura máx.: 610 g)
Tres (03) cuerpos metálicos.
Un (01) transportador circular
Dos (02) dinamómetros (Lectura máx.: 5 N, Lectura mín.: 0.1 N)
Un (01) hilo o cuerda de 0.2 m de longitud
Una (01) pizarra acrílica imantada
Dos (02) plumones para pizarra acrílicaUna (01) regla metálica graduada (Lectura máx.: 1 m)
Una (01) barra metálica uniforme

b) Procedimiento
Parte 1: Primera condición de equilibrio
1. Se emplean dos dinamómetros circulares. Antes de la toma de datos, se debe
tener en cuenta las siguientes consideraciones:


Ajuste a cero los dinamómetros (ver figura 4.a).



Para tener una lectura correcta, el ángulo que forma la...