Dinamometro

Aplicación de la ley de Hooke a la construcción de un dinamómetro.

Application of Hooke's law to the construction of a dynamometer.

Stefany Bedoya Jaramillo1*, Carlos David Ruiz Monrroy1

Curso Laboratorio Integrado de Física, Universidad de Antioquia, Facultad de Ciencias Exactas, Facultad de Ingeniería, Medellín, Colombia.

Resumen

Este artículo describe el proceso de diseño,construcción, calibración y prueba de un dinamómetro. Se obtiene una precisión teórica y práctica de
+ 0.5 mm en la escala de medida del dinamómetro y con un alcance de hasta los 150 gramos fuerza en la escala de medida.

----- Palabras clave: Ley de Hooke, fuerza, elongación.

Abstract

This article describes the process of design, construction, calibration and testing of a dynamometer.Accuracy is obtained theoretical and practical + 0.5 mm in the measurement scale of the dynamometer and a range of up to 150 g force on the scale of measurement.

----- Palabras clave: Hooke's Law, strength, elongation.

Introducción
Cuando un objeto es sometido a algún tipo de fuerza experimenta unos cambios de tamaño y de forma, a los que llamamos deformación del material, los cambiosque se van a producir van a depender únicamente del tipo de material. Algunos materiales como el resorte puede experimentar una fuerza sin sufrir algún tipo de deformación, este tipo de materiales posee un parámetro físico que permite caracterizar el comportamiento elástico del material, el término que empleamos es de constante elástica.

La relación entre la elongación o comprensión de uncuerpo elástico y la fuerza que sobre él puede aplicarse fue descrita por el físico británico Robert Hooke, la cual establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada F:
[1]
Siendo δ el alargamiento, L la longitud original, E: módulo de Young, y A la sección transversal de la pieza estirada.
En base a la Ley de Hooke sepueden establecer los principios que rigen el diseño, la construcción y calibración de un dinamómetro.
Experimentación
La constante elástica del material es una medida de rigidez del muelle, a menor constante elástica mayor es el rango de elongación que puede alcanzar el material elástico, se cumple:
[2]
Se elabora un proceso de medición donde sobre dos muelles tomados aleatoriamente seles aplica diferentes fuerzas, los datos obtenidos son expuestos en la Figura 1.
Muelle | Masa (g) | Elongación (mm) | K |
01 | 32.1 | 25.1 | 1.27 |
02 | 26.4 | 20.4 | 1.29 |
Figura1 Proceso de medición sobre dos muelles de prueba y regresión lineal simple de las variables.
Para la construcción de un dinamómetro es fundamental conocer que tan sensible o rígido se requiere el sistema ante unafuerza aplicada. Para los muelles seleccionados la variación entre las medidas de rigidez es de , siendo el muelle 02 el que posee una mayor rigidez. Se selecciona el muelle 02 con el fin de que el dinamómetro construido tenga un mayor grado de rigidez.
Construcción
El instrumento de medida consiste básicamente de dos cilindros de plástico uno concéntrico al otro con dos ganchos en cadaextremo que sujetan el muelle. En la parte exterior al cilindro interior que rodea el muelle se encuentra la escala de medida, en unidades de fuerza (N).
El peso o la fuerza que se ejerce sobre el sistema de medida está ubicado en el gancho inferior permitiendo que el cilindro interior se desplace y marque el valor correspondiente a la fuerza aplicada en la escala.
Para una eficiente construccióndel dinamómetro es importante seleccionar un muelle que no tenga ninguna deformación elástica, cuando sobre el sistema se aplica una tensión máxima la deformación es permanente que conlleva a una inutilización del dinamómetro.
Calibración
Para el proceso de calibración se toman nuevos datos de elongación para el sistema final, en estas nuevas mediciones tomamos en cuenta el error que ejercen...