TRABAJO PRÁCTICO DE LABORARTORIO Suma de fuerzas

TRABAJO PRÁCTICO DE LABORARTORIO N°
SUMA DE FUERZAS
MARCO TEÓRICO
Muchas cantidades físicas, quedan completamente determinadas por su magnitud expresada en alguna cantidad conveniente. Dichas cantidades se llaman escalares: Ejemplo: tiempo, longitud, temperatura, masa, etc. Otras magnitudes físicas requieren para su completa determinación que se especifique tanto su dirección como sumagnitud. Dichas cantidades las llamamos vectoriales. Ejemplo: Velocidad, fuerza, aceleración, desplazamiento, etc.
VECTORES
Los vectores se definen como expresiones matemáticas que poseen módulo, dirección y sentido. Estos se representan gráficamente por un segmento rectilíneo AB (ver Figura 1), cuya longitud en cierta escala corresponde al módulo del vector.Figura 1
CONCEPTO DE FUERZA
Llamamos fuerza a la medida de la acción de un cuerpo sobre otro, como resultado de la cual el cuerpo cambia su estado de movimiento o equilibrio.
En la vida real se presentan diferentes fuerzas: fuerza de la gravedad, fuerza de atracción y repulsión de los cuerpos electrizados e imantados, fuerza derozamiento, fuerza de reacción de un cuerpo sobre otro, etc.
Este carácter vectorial hace que la suma de las fuerzas se convierta en un proceso diferente al usado para sumar números o escalares. En este ejercicio de laboratorio se efectuará una suma vectorial de tres fuerzas concurrentes conocidas, usando tres métodos diferentes. En cada uno de estos métodos se representarán las fuerzas con flechas. Aldibujar las flechas, se hará de tal forma que su longitud sea proporcional al valor de la fuerza, mientras que su orientación señalará la dirección
Ejemplo 1
Un libro, cuyo peso es de 10 N, se encuentra en reposo sobre una mesa (N representa newton, que es la unidad de fuerza en el Sistema Internacional de Unidades, abreviado SI. Un newton equivale, aproximadamente, a un cuarto de libra). Ver lafigura 2

Figura 2 Los vectores se representan con flechas
Método del polígono para sumar vectores
Este método es geométrico. Se describe a continuación mediante el siguiente ejemplo:
Ejemplo 2
Sean A = 10 N, B = 15 N y C = 5 N tres vectores tales que A apunta directamente hacia la derecha, B hacia arriba y C, 45º hacia abajo de la horizontal y hacia la izquierda. Note que cuando nosreferimos solamente a la magnitud de los vectores los escribimos con trazo delgado. Se quiere representar estos vectores mediante flechas:

Figura 3 Tres fuerzas A, B, y C representadas por flechas
El primer paso consistirá en elegir una escala conveniente que permita convertir los néwtones a centímetros. Sean 2,5 N = 1 cm. Con esta escala, las longitudes de las 3 flechas que representarán a losvectores A, B y C serán:
longitud de A, 10 N: 2,5 N/1cm = 4 cm
longitud de B, 15 N : 2.5 N /1cm = 6 cm
y longitud de C, 5 N : 2.5 N/1cm = 2 cm
Ver la figura 3
La suma R = A + B + C es un nuevo vector, el cual se llamará resultante y se representará con R. Dicha resultante se encuentra luego de unir el comienzo del vector A con el final del vector C, una vez que los vectores B y C se hantrasladado de su posición original a nuevas posiciones en las cuales el comienzo de B se une al final de A, y el comienzo de C, al final de B. Ver la figura 4

Figura 4 Las mismas fuerzas A, B y C, formando un polígono con la resultante R
05356100La magnitud de la resultante se encuentra midiendo la longitud de R y convirtiéndola a newton. En este ejemplo la longitud medida es de 5.2 cm, lo queequivale a 13 N. Para determinar la dirección de R se mide con un transportador el ángulo entre A y R. Su valor es de 60º. Es evidente que el uso de este método requiere papel, lápiz, utensilios de geometría y habilidad para dibujar, medir y usar dichos utensilios correctamente. El método es muy sencillo pero requiere la inversión de tiempo, y su precisión no es muy buena. En la siguiente sección...