PRACTICA 4 MEDICION DE UNA FUERZA

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PRACTICA 4 MEDICION DE UNA FUERZA
El alumno encontrará una expresión matemática que le permita relacionar la magnitud de una
fuerza conocida con la deformación de un resorte, para calibrar el resorte y medir fuerzas
desconocidas.
Investigación previa:
En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la intensidad del intercambio de
momento lineal entre dos cuerpos.
En el Sistema Internacional de Unidades (SI), el hecho de definir la fuerza a partir de la masa
y la aceleración (magnitud en la que intervienen longitud y tiempo), conlleva a que la fuerza
sea una magnitud derivada. La unidad de medida de fuerza es el newton que se representa
con el símbolo: N, nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton por su aportación a la
física. El newton es una unidad derivada del SI que se define como la fuerza necesaria para
proporcionar una aceleración de 1 m/s2 a un objeto de 1 kg de masa.
Empujar, arrastrar, sujetar, tirar, atraer,... Todas estas palabras describen la acción de un
cuerpo sobre otro, y en física nos referimos a ellas con un solo término: fuerza. Nosotros
observamos fuerzas por las deformaciones o los cambios de velocidad que producen estas
fuerzas en los cuerpos.
En física, la ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, originalmente formulada para casos
de estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un
cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre el mismo F:
La forma más común de representar matemáticamente la Ley de Hooke es mediante la
ecuación del muelle o resorte, donde se relaciona la fuerza F ejercida por el resorte con la
elongación o alargamiento provocado por la fuerza externa aplicada al extremo del mismo
Un resorte es un objeto que puede ser deformado por una fuerza y volver a su forma original
en la ausencia de esta. Cuando se aplica una fuerza sobre un material, este se estira o
comprime como resultado. Todos estamos familiarizados con materiales como el hule, que se
estiran muy fácilmente.
En mecánica, lo importante es la fuerza aplicada por unidad de área; llamamos esfuerzo a
esta cantidad. Al grado de estiramiento/compresión que se produce mientras el material
responde al esfuerzo lo llamamos deformación.
Desarrollo:
TOMA COMO
EJEMPLO EL
DESARROLL
O DE LA
PRACTICA
ANTERIOR,
QUE ES EL
DE ACA
ABAJO.
El valor de la gravedad puede ser obtenido y demostrado de una manera teórica y 
experimental. Primeramente vamos a obtener el valor de una manera teórica de la siguiente 
forma: 
Obtención del valor de la gravedad de manera teórica 
Partimos de la segunda ley de Newton, que de forma resumida tiene la siguiente ecuación: 
F=ma
Como la gravedad es una aceleración sustituimos g por a.
F=mg
Recurrimos a la ley de Gravitación Universal y tenemos la siguiente ecuación.
F=G
mm1
r 2
Las igualamos.
mg=G
mm1
r2
Simplificamos la expresión y despejamos g.
g=G
m1
r2
Como queremos obtener la gravedad en el planeta Tierra, entonces sustituimos los 
respectivos valores de la masa de la Tierra y su radio. Haciendo la sustitución y las 
operaciones indicadas obtenemos el valor teórico de la gravedad.
gteórica=9.82
m
s2
Obtención del valor de la gravedad de manera experimental 
Para hallar el valor de la gravedad de una manera experimental utilizaremos un péndulo
modificándole la longitud del cable de la masa despreciable y partiendo del reposo con un
ángulo previamente establecido. Debemos de medir el tiempo tardado en hacer 30
oscilaciones.
 
Los datos recuperados fueron almacenados en la siguiente tabla:
Tabla de datos experimentales del péndulo.
Partimos de la ecuación del periodo de oscilación del péndulo que tiene la siguiente
estructura:
T=2π √ Lg
Quitando la raíz cuadrada la ecuación toma la siguiente forma:
T 2=4 π2 L
g
Como la gravedad, el 4 y pi son constantes, y en una recta su pendiente también es
constante, podemos analizar el comportamiento de la ecuación de esta forma:
T 2=mL
Tenemos que graficar la recta y posteriormente hallar su pendiente para posteriormente
despejar g de la pendiente: 
g= 4π
2
m
Graficamos los pares de valores obtenidos de (T m
2, L) y para posteriormente hallar m. La
grafica es la siguiente:
Gráfica ( T m
2, L)
Con esta gráfica obtenemos la pendiente, la cual tiene un valor de 4.0837
Sustituimos en la formula previamente obtenida:
g= 4π
2
m
= 4 π2
4.0837
=9.6673
gexperimental=9.6673
m
s2
LAS TABLAS DE
ABAJO YA SON DE
LA PRACTICA QUE
DEBES DE HACER
Conclusiones:
A lo largo de esta práctica pudimos observar
Cuestionario final:
1. Analiza la gráfica obtenida, ¿se cumple la hipótesis: “Se puede medir la magnitud de
una fuerza por medio de la deformación de un resorte”? Explica.
2. Revisa la literatura y encuentra con que Ley se relaciona la expresión matemática
encontrada.
3. ¿Podría utilizarse un resorte para medir fuerzas? Si así fuera, ¿Cómo lo harías?
4. ¿A qué atribuyes las diferencias entre los valores reales y los valores leídos?
5. ¿Es útil la Ley de Hooke cuando se calibra un resorte para la medición de fuerzas?
Dibuja la forma de calibrar.
6. ¿Se cumplió el Objetivo: “Medir una fuerza a través de una expresión matemática que
permita relacionar la deformación del resorte con la magnitud de la misma”? Explicar la
respuesta.
7. ¿Se puede utilizar cualquier resorte para medir una fuerza?
Aplicaciones de los resortes: 
Tienen gran cantidad de aplicaciones, desde cables de conexión hasta disquetes, productos
de uso cotidiano, herramientas especiales o suspensiones de vehículos y sillas plegables. Su
propósito, con frecuencia, se adapta a las situaciones en las que se requiere aplicar una
fuerza y que esta sea retornada en forma de energía. Siempre están diseñados para ofrecer
resistencia o amortiguar las solicitaciones externas.
De acuerdo a las fuerzas o tensiones que puedan soportar, se distinguen tres tipos principales
de resortes:
 Resortes de tracción: Estos resortes soportan exclusivamente fuerzas de tracción y se
caracterizan por tener un gancho en cada uno de sus extremos, de diferentes estilos:
inglés, alemán, catalán, giratorio, abierto, cerrado o de dobles espira. Estos ganchos
permiten montar los resortes de tracción en todas las posiciones imaginables.
 Resortes de compresión: Estos resortes están especialmente diseñados para soportar
fuerzas de compresión. Pueden ser cilíndricos, cónicos, bicónicos, de paso fijo o
cambiante.
 Resortes de torsión: Son los resortes sometidos a fuerzas de torsión (momentos).
Existen resortes que pueden operar tanto a tracción como a compresión. También existen una
gran cantidad de resortes que no tienen la forma de resorte habitual; quizás la forma más
conocida sea la arandela grower.
Los resortes espirales son un tipo de muelles que combinan características de las clases
anteriores, ya que aunque se tensan arrollándolos al hacerlos girar alrededor de un eje (como
los resortes de torsión), en realidad trabajan a flexión (como los muelles de tracción y/o
compresión).
En conclusión, los resortes industriales tienen infinidad de aplicaciones, diseños y formas a
continuación una lista con muchas más aplicaciones de los resortes industriales:
 Relojería
 Colchones
 Bicicletas
 Sillones
 Juguetes para saltar (como la cama elástica o el saltarín)
 Mecanismos automáticos para cerrar puertas
 Básculas
 Plumas
Bibliografía:
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