Universidad de Antofagasta

Facultad de Ciencias Básicas

Departamento de Física

Asignatura: Biofísica Carrera: Medicina

Objetivos:

• Comprobar que las fuerzas obedecen a la operación de adición de vectores.

Materiales y Diagrama:

• Mesa de Fuerzas

• Caja de Masas 50, 20, 10, 5 Kg.

• Nivel de Burbuja

• Calculadora

• Regla

• Transportador

• Hoja Milimetrada

Ilustración 1: Mesa de Fuerza con Caja de Masas

Desarrollo Experimental:

Caso 1

Ilustración 2: Esquemas de fuerzas en cuestión

Datos:

Cálculos:

Los resultados de la tabla se obtuvieron de las siguientes fórmulas:

• Para determinar Fx y Fy :
  (N)

• Para Magnitud Calculada (L.C.) FR :
  (N)

• Para Porcentaje de error: |
  donde Va es el valor calculado por ley de los cosenos y Ve el valor experimental (mesa de fuerza)

• Para determinar ángulo entre Fx y Fr de la mesa de fuerza (dirección Fr) se procedió de la siguiente manera:

• La aplicación gráfica del método paralelógramo se señala a continuación

• Se hizo una equivalencia entre las masas dispuestas en la mesa de fuerza y una medida en centímetros para representar vectores.

• Luego de determinar gráficamente el vector resultante se midió y se hizo la equivalencia a masa y luego a fuerza.

55 g ................3 cm.

125 g ..............x

x = 6,81 cm. (vector Fy)

3 cm.…………55 g

5,3 cm.……….x

x = 97,16 g 0,95 N

55 g ................3 cm.

130 g ..............x

x = 7,09 cm.

3 cm.………...55 g

6,14 cm.……..x

x = 112,5 g 1,103 N

55 g ................3 cm.

135 g ..............x

x = 7,36 cm.

3 cm.………...55 g

6,4 cm.………..x

x = 117,33 g 1,149 N

Caso 2

• Aplicando el mismo procedimiento expuesto en el caso 1, calcular el vector resultante partir de 3 fuerzas, cuyas masas se exponen en la tabla 2, por método experimental y calculado.

Datos:

Fuerzas	F1 (0°)	F2 (90°)	F3 (180°)	F1+F2+F3 (medido)	F1+F2+F3 (Calculado)
Magnitud (gr.)	60	40	30	50	50
F (N)	0.59	0.39	0.29	0.49	0.49
% Error	0%

Cálculos:

• Para Calcular FA+FB+FC Se obtiene las componentes en X e Y de cada Fuerza











Fuentes de Error:

En esta experiencia realizada, como en toda experiencia de laboratorio en física, existen factores que pueden llevar a un margen de error que al ser tan pequeño, se puede despreciar. Estos pueden ser:

Una leve inclinación de la mesa, a pesar de haber utilizado el nivelador de burbuja. Siempre puede haber un margen de error en este procedimiento, puesto que para determinar si la burbuja está en el centro se utiliza la vista, y por lo tanto entra un grado de subjetividad bastante importante en la medida final.

La correcta aproximación o eliminación de decimales puede llevar a obtener un pequeño error.

La obtención del ángulo, en la mesa de fuerza, al momento de calcular la fuerza equilibrante puede variar, y llevar a un leve error de la masa requerida para el equilibrio.

El Roce existente entre la cuerda utilizada y la polea también puede influir en el resultado, pero en forma muy despreciable.

Conclusión

A través de este trabajo práctico fue posible comprobar el comportamiento vectorial de las fuerzas. Es por esto que al finalizar este experimento podemos concluir:

Si en un sistema se aplican distintas fuerzas, estas pueden ser expresadas en una sola fuerza, la llamada fuerza resultante. Es decir, si uno aplica la fuerza resultante en un sistema, va a dar el mismo resultado que se obtuvo al aplicar todas las fuerzas. Además esta fuerza resultante puede ser obtenida con las diferentes operatorias de suma vectorial.

La fuerza resultante va a tener una opuesta, llamada Fuerza Equilibrante (que quedó en evidencia, en el caso 1, al buscar un contrapeso que equilibrara las fuerzas ejercidas por las pesas en el sistema), que va a tener el mismo módulo que la Fuerza Resultante, pero en sentido contrario.

Entonces, para mantener un sistema en equilibrio, en el cual se aplican distintas fuerzas, basta con aplicar una fuerza, en sentido contrario y de igual módulo, que la fuerza resultante de las fuerzas aplicadas.

También quedó demostrado que es posible determinar la fuerza resultante, de un conjunto de fuerzas, mediante un método gráfico, como lo es la regla del paralelogramo, que puede ser muy eficaz, debido al 0% de error registrado, en nuestro caso.

Fr = Fuerza Resultante

M.F.= Mesa de Fuerza

Feq = Fuerza Equilibrante

L.C. = Ley del Coseno

R.P. = Regla del Paralelógramo

9

FY

FX

Feq

FA= 0.59 N

FB = 0.39 N

FC = 0.29 N

Y

X

55 g.

-125 g.

-130 g.

-135 g.

?

=86º­­­­

Fx

Feq

Fr

Ángulo entre Fx y Fr () (Dirección de la Fuerza Resultante)

 = 180º - 

 = 180º - 86º

 = 94º