Practica Estática, segunda ley de equilibrio

1. Laboratorio de Física II
Práctica de laboratorio N° 2
Estática. Segunda Condición de Equilibrio
INFORME
Integrantes:
Grupo: C3 - 02 – B
Profesor:
Mg. Klinge Orlando Villalba Condori
Semana 05
Fecha de realización: 27 de Marzo
Fecha de entrega: 03 de Abril
2012-II

2. INDICE
INDICE…………………………………………………………………………………….2
INTRODUCCION………………………………………….....…….……………………3
1. OBJETIVOS…………………………………………………….................4
2. MATERIALES…………………………………………………..................4
3. FUNDAMENTO TEORICO……………………………………………….. 5
4. PROCEDIMIENTOS…………………………………………................. 6
5. OBSERVACIONES……………………………………………………….. 24
6. CONCLUCIONES…………………………………………………………. 24
7. BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………….25

3. PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 02
ESTÁTICA. SEGUNDA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO.
1. OBJETIVO
1) Comprobar experimentalmente la segunda condición de equilibrio, para fuerzas
coplanares no concurrentes.
2) Verificar los resultados obtenidos experimentalmente y contrastarlos con los
procedimientos teóricos dados en clase y establecer las diferencias.
3) Determinar relaciones matemáticas entre las variables físicas que interviene en un
experimento.
2. MATERIALES
- Computadora personal con programa Data Studio instalado.
- Interfase USB Link.
- Sensor de fuerza.
- Pesa de 0,5 N (6)
- Varillas (3)
- Bases soporte (3)
- Palanca con cursor y manecilla
- Nuez doble (1)
- Grapas (pin)
- Transportador
- Regla
- Calculadora.
3. FUNDAMENTO TEORICO

4. 1 1 2 2. . . ..... . ........(1)resul resul resul n nM l F l F l F l F    
TEOREMA DE VARIGNON
SEGUNDA CONDICION
DE EQUILIBRIO
FORMULACION VECTORIAL:
MOMENTO DE UNA FUERZA
FISICA APLICADA
MOMENTO DE UNA
FUERZA O TORQUE
Re tan
Momento Suma de
de la los momentos
sul te individuales

Si el cuerpo esta en equilibrio de rotación la suma de todos
los momentos sobre el eje elegido es cero. (La suma de los
momentos en el sentido antihorario sobre el eje de giro es
igual a la suma de momentos en el sentido horario)0 0 .........(2)M 
Es aquella magnitud vectorial que nos indica la capacidad de una fue
rotación de un cuerpo rígido.
Una de las mas frecuentes aplicaciones físicas que comúnmente utiliz
Momento,
Par o Torque:
Tener en cuenta los siguientes criterios:
o Dibujar el diagrama de cuerpo libre del objeto analizado, d
precisión las
fuerzas que intervienen en el fenómeno.
o Elegir el punto de giro sobre el cual deseamos evaluar el mom
o Definir correctamente las distancias del eje de giro hacia las
acción
de las fuerzas. "Las distancias son perpendiculares a la línea de ac
Las fuerzas pueden ser descompuestas de tal manera que con las
faciliten la solución del problema.
o La convención de signos.
El Momento de una Fuerza cerca de un eje pasando a través del pun
puede expresarse en términos del vector producto vectorial.
0 .........(3)M rxF
Donde r representa el vector posición dibujado desde O hasta cualqui
que pasa por la línea de acción de F.
Este teorema fue enunciado por Pierre Varignon en 168
Él dijo:
“El momento resultante de dos o más fuerzas
(o paralelas)
respecto a un punto cualquiera del cuerpo afect
la suma de los
momentos de cada fuerza respecto al m
(TECSUP, 2012)
- Las cargas del vehículo de transporte deben
carrocería de
manera que la resultante de las cargas se aplique
carrocería.
- En la aplicación de una cizalladora para una
necesita mayor
distancia en el brazo.

5. 4. PROCEDIMIENTO
4.1. Momento de una fuerza o torque.
Ensamblar todas las piezas como se ve en la figura 1.
Figura 1: Montaje
Fuente: Guía de laboratorio física 2
Ingrese al programa Data Studio, haga clic sobre el icono crear experimento y
seguidamente reconocerá los sensores de fuerza (dinamómetros) previamente insertados a
la interfase USB Link.
Haga clic en el icono CONFIGURACION y seleccione tiro positivo a una frecuencia de 50
Hz. Luego presione el icono del SENSOR DE FUERZA luego seleccione numérico y cambie
a 2 cifras después de la coma decimal. Según información proporcionada por el fabricante la
mínima lectura que proporciona el equipo es de 0.03 N y la máxima 50 N.
Desplaza el cursor de tal modo que la manecilla señale verticalmente hacia abajo.
Hacer el montaje de los casos mostrados en las figuras 2, 3 y 4. Utiliza los valores de l1 y l2
dados en la tabla 1.
Figura N° 2: Montaje del primer caso
Fuente: Elaboración propia

6. Figura N° 3: Montaje del segundo caso
Fuente: Elaboración propia
Llene la tabla 1, calculando el porcentaje de error (% error). Para esto asumir el producto
l1.F1 como valor calculado y el producto lF .F como valor medido.
TABLA N° 1
PRIMER CASO SEGUNDO CASO TERCER CASO
F1 N 0.982 0.982 0.982 0.49 0.982 1.50 0.982 0.982 0.982
L1 cm 20 10 6 20 8 20 8 10 10
LF cm 20 20 20 20 20 20 20 10 6
F N 1.01 0.50 0.3 0.50 0.39 1.51 0.41 1.01 1.71
l1.F1 N.cm 19.64 9.82 5.892 9.8 7.856 30 7.856 9.82 9.82
lF .F N.cm 20.2 10 6 10 7.8 30.2 8.2 10.1 10.26
ERROR
M
% 2.85 1.8 1.8 2 0.7179 0.66 4.37 2.85 4.48
- Algunos de los datos tomados en la experiencia realizada:
Fuente: Data Studio
- Observación:
- Podemos tomar a % error como:
exp
...........(4)
Valor teorico Valor erimental
valor teorico

- Calculando l1.F1 con los datos mencionados en tabla N° 1 con fórmula (3)

7.  Primer caso:
0 (0.982)(20) 19.64 .M N cm 
0 (0.982)(10) 9.82 .M N cm 
0 (0.982)(6) 5.892 .M N cm 
 Así sucesivamente se calculara para el segundo y tercer caso con la misma
fórmula ya mencionada.
- Calculando lF .F con los datos obtenidos en la experiencia para tabla N° 1 con la fórmula
(3)
 Primer caso:
0 (1.01)(20) 20.2 .M N cm 
0 (0.5)(20) 10 .M N cm 
0 (0.3)(20) 6 .M N cm 
 Así sucesivamente se calculara para el segundo y tercer caso con la misma
fórmula ya mencionada.
- Calculando él % error de la los resultados medios y los de teórico, la cual se verá
hallar con la formula (4).
 Primer caso:
19.64 20.2
% 100 2.85%
19.64
E x

 
9.82 10
% 100 1.8%
9.82
E x

 
5.892 6
% 100 1.8%
5.892
E x

 
 Así sucesivamente se calculara los errores para el segundo y tercer caso con
la misma fórmula ya mencionada.
4.1.1. ¿Qué es momento de una fuerza o torque?
Es aquella magnitud vectorial que mide el efecto rotacional que produce una
fuerza respecto de un punto (O) llamado centro de giro.
4.1.2. ¿Qué es brazo de palanca?
El brazo de palanca es una distancia efectiva para aplicar una fuerza
respecto a un punto determinado. Esta distancia sirve como factor de
amplificación de fuerza efectiva como en el caso de la palanca. Está
relacionada con la aplicación de fuerzas que producen un torque. Es

8. muy útil en el análisis de problemas de estática.
El brazo de palanca puede ser graficado, extendiendo la línea de acción
de la fuerza y dibujando una línea perpendicular que parte del punto de
rotación bisecando la línea de acción generando un ángulo recto.
4.1.3. El brazo de palanca l1 ¿Está en relación inversamente proporcional con
la fuerza F1? Explique:
Si, esto se debe a que el torque es la multiplicación de L1 y F1; por lo tanto si
quiere obtener el mismo torque cuando la distancia aumenta, la fuerza se
tiene que disminuir; pero si la fuerza se aumenta la distancia se tiene que
disminuir; por tanto concluimos que son inversamente proporcionales.
4.1.4. ¿A mayor carga F1 entonces mayor fuerza F2? Explique:
Esta afirmación que se nos indica está en una proporción directa, pues esto
puede suceder cuando las distancias son iguales; pero si la distancia de una
de las fuerzas es de menor longitud, entonces la fuerza será más que la otra
ya que para el equilibrio deberán tener el mismo torque en cada uno de los
lados.
4.1.5. Dibujar el D.C.L. de la regla en equilibrio para el tercer caso.
4.1.6. ¿Por qué no se consideró el peso de la regla de equilibrio en el
experimento? Justifique su respuesta.
El peso de la regla no se considero porque; por lo que nosotros hemos elegido
el punto de referencia en el centro de la regla; por lo cual esta se anula.
4.1.7. ¿Un cuerpo que no gira está en equilibrio?
Esto depende de cómo actúa el cuerpo ya que si no gira se encuentra en
equilibro estático, mientras si el cuerpo que gira esta con una velocidad

9. constante se encuentra en equilibrio cinético. Para ambos casos la sumatoria
de las fuerzas debe ser igual a 0. Pero si el cuerpo tiene aceleración ya se
encuentra en equilibrio.
4.1.8. ¿Se puede hablar de equilibrio sin antes haber elegido un sistema de
referencia? Justifique su respuesta
No se puede hablar de equilibrio sin antes no haber definido un sistema de
referencia; ya que no podríamos definir la distancia que se ubica la fuerza del
cuerpo. Por lo cual no se pude hablar de equilibrio.
4.2. Momento de una fuerza con varias fuerzas aplicadas.
Hacer el montaje de los casos mostrados en las figuras 5, 6, 7 y 8.
Figura N° 5: Montaje del primer caso
Fuente: Elaboración propia.
Figura N° 6: Montaje del segundo caso
Fuente: Guía de laboratorio de física II

10. Figura N° 8: Montaje del cuarto caso
Fuente: Guía de laboratorio de física II
Llenar la tabla 2, calculando el porcentaje de error, para esto asumir F del sensor de fuerza
como valor medido y FCALCULADA se obtiene de aplicar la segunda condición de equilibrio.
TABLA N° 2
PRIMER
CASO
SEGUNDO
CASO
TERCER
CASO
CUARTO
CASO
F1 N 0.49
m=50.2g
0.49
m=50.2g
0.49
m=50.2g
0.49
m=50.2g
F2 N 0.49
m=50.2g
0.982
m=100.2g
0.974
m=99.3g
0.974
m=99.1g
F3 N 0.982
m=(100.2g)
1.49
m=152.2g
FR N 0.92 1.51 2.48 1.71
L1 cm 8 8 6 6
L2 cm 16 20 14 10
L3 cm 20 16
LF cm 14 16 14 20
.i iL F N.cm 11.76 23.56 36.216 36.52
LF .F N.cm 12.88 24.16 34.72 34.2
ERROR
M
% 9.52 2.48 4.13 6.35
Datos tomados en la experiencia:

11. Fuente: Data Studio
- Calculando .i iL F con los datos mencionados en tabla N° 2 con fórmula (1).
 Primer caso:
0 (0.49)(8) (0.49)(16) 11.76 .M N cm  
 Segundo caso:
0 (0.49)(8) (0.982)(20) 23.56 .M N cm  
 Tercer caso:
0 (0.49)(6) (0.974)(14) (0.982)(20) 36.216 .M N cm   
 Cuarto caso:
0 (0.49)(8) (0.974)(10) (1.49)(16) 36.52 .M N cm   
- Calculando lF .F con los datos obtenidos en la experiencia para tabla N° 2 con la fórmula
(3)
 Primer caso:
0 (0.92)(14) 12.88 .M N cm 
 Segundo caso:
0 (1.51)(16) 24.16 .M N cm 
 Tercer caso:
0 (2.48)(14) 34.72 .M N cm 
 Cuarto caso:
0 (1.71)(20) 34.2 .M N cm 
- Calculando los % error de cada uno de los casos de la tabla N° 2 con la formula (4).
 Primer caso:
11.76 12.88
% 100 9.52%
11.76
E x

 
 Segundo caso:
23.56 24.16
% 100 2.48%
23.56
E x

 
 Tercer caso:
36.216 34.72
% 100 4.13%
36.216
E x

 
 Cuarto caso:

12. 36.52 34.2
% 100 6.35%
36.52
E x

 
4.2.1. Dibujar el D.C.L. para el caso 4.
4.2.2. ¿Qué es centro de gravedad?
Es el punto de aplicación de las resultantes de las todas fuerzas de gravedad ya
que actúan sobre las distintas porciones materiales de un cuerpo, de tal forma
que el momento respecto a cualquier punto aplicada en el centro de la gravedad
es el mismo que es producido por los pesos de todas las masas que constituyen
el mismo cuerpo.
4.2.3. ¿La línea de acción del peso de cualquier cuerpo se aplica
necesariamente en el centro geométrico del mismo? Justifique su
respuesta.
Si ya que el punto geométrico donde se concentra el peso de un cuerpo. Si la
barra es homogénea, el centro de gravedad se encuentra en punto medio de
la barra. Si una lámina triangular es homogénea, el centro de gravedad
se encuentra en el baricentro del triángulo
4.2.4. ¿Un cuerpo sin ningún punto de apoyo puede girar aplicándole una
fuerza lejos de su centro de gravedad? Justifique su repuesta.
Pues un cuerpo sin ningún punto de apoyo, no puede girar ya que si se le aplica una
fuerza esta se desplazara en una dirección. Por lo tanto siempre en un torque se
debe tener un punto de apoyo.

13. 4.3. Palanca de un solo brazo.
Ensamble las piezas como se muestra en la figura 9, mide el peso de la regla en
equilibrio (P) con el sensor de fuerza y anótalo en la tabla 3.
La regla de equilibrio debe permanecer siempre en posición horizontal. Medir F.
MEDIDA (sensor de fuerza).
Completar la tabla 3, y determinar el torque resultante respecto al punto O,
utilizando la segunda condición de equilibrio hallar F. CALCULADA.
TABLA N° 3
F1 F2 F3 P FMEDIDA
Fi N 0.982 0.974 0.974 1.27 2.69
Li cm 11 29 41 21 41
Li . Fi N.cm 10.802 28.246 39.934 26.67 MMEDIDO
110.29
0 .I iM L F 105.652 N
% ERROR
M
4.2%
Fuente: Data Studio
- Calculando 0 .I iM L F con los datos de la tabla N° 3 se da por la fórmula (1)
           0 0.982 11 0.974 29 0.974 41 1.27 21M    
0 105.652 .M N cm
- Calculando MEDIDAM
de la experiencia realizada:
2,69 41MEDIDAM x
110.29 .MEDIDAM N cm
- El % de error por la formula dada (4).
105.652 110.29
% 100
105.652
E x


% 4.2%E 

14. 4.4. Reacciones en un pasador.
Hacer el montaje según se muestra en la figura 10, determinar el ángulo ∞
(40º≤∞≤60º) con la ayuda del transportador.
Seguidamente medir FMEDIDA (sensor de fuerza), completar la tabla 4 y
determinar el torque resultante con respecto al punto 0.
Utilizando la segunda condición de equilibrio hallar FCALCULADA.
TABLA N° 4
F1 F2 F3 P FMEDIDA FCALCULADA
Fi N 0.982 0.974 0.974 1.27 2.564 3.99
Li cm 11 29 41 21 41
Li . Fi N.cm 10.802 28.246 39.934 26.67 FNETA
2.564
∞ = 40°
0 .I iM L F 105.652 N.cm MMEDIDO
105.15
%ERROR M 0.47%
- Calculando 0 .I iM L F con los datos obtenidos en la tabla N° 4 se da por la
fórmula (1).
           0 0.982 11 0.974 29 0.974 41 1.27 21M    
0 105.652 .M N cm
- Calculando la fuerza neta y el momento con los datos obtenidos en la experiencia:
NETA CALCULADAF F sen
3.99 40NETAF sen 
2.564NETAF N
2.564 41MEDIDAM x
105.15 .MEDIDAM N cm
- Calculando el % de error por la formula en dada (4).
105.652 105.15
% 100
105.652
E x


% 0.47%E 

15. 5. OBSERVACIONES.
 Mientras más fuerzas se intenten determinar mediante la segunda condición de
equilibrio el error del resultado aumentara considerablemente.
 Cuando se toma como punto de referencia el punto medio de la barra no es
necesario considerar la fuerza del peso, pues esta pasa por el punto de
referencia. Y si pasa por el punto de referencia se anula.
 Cuando se realizan este tipo de experiencias los errores por parte de la persona
que realiza la medición pueden ser influyentes, además de los errores por
algunos aspectos no tomados, como el peso de todos los componentes que
intervienen y la correcta distancia entre cada uno de los puntos.
 Mientras menor sea la fuerza que se quiere determinar el error será mayor,
mientras que cuando la fuerza tiene una magnitud mayor el error disminuirá de
acuerdo al tamaño de la fuerza.
6. CONCLUSIONES.
 Se pudo comprobar la segunda condición de equilibrio, para fuerzas coplanares
no concurrentes. La cual indica que la suma de momentos con respecto a un
punto de referencia debe ser igual a 0, si el cuerpo se encuentra en equilibrio
estático o cinético.
 Comparando los resultados obtenidos en los laboratorios con respecto a los
obtenidos teóricamente, se deduce que mientras aumenta el número de fuerzas
en el sistema, el error aumenta proporcionalmente.
 Se logró determinar que hay una razón inversamente proporcional entre la
distancia al punto de referencia y la fuerza, ambos multiplicados dan como
resultado el momento. Si aumento uno de los dos el otro disminuye.
7. BIBLIOGRAFIA.
TECSUP. (2012). Guia de lC. En TECSUP, Laboratorio de fisica II. AREQUIPA.