Equilibrio
16 Nov, 2012
Print 
PDFAxustando forzas
PRESENTACIÓN: Unha táboa de forzas apóiase sobre un eixe vertical e ten tres ou catro cordas unidas no seu centro coa posibilidade de variar o ángulo entre elas. Delas colgan pesos que poden variar. O equilibrio do sistema conséguese cando a suma das forzas se anula, ilustrando o carácter vectorial das mesmas e a primeira Lei de Newton.
- An Equilibrium Board to Demonstrate Both Torques and Translational Forces, Mark Kinsler and Evelyn Kinzel, Phys. Teach. 46, 502 (2008)
- Getting the feel for vector addition of forces, Christopher Bracikowski, P. Joseph Garcia, and David J. Harper, Phys. Teach. 36, 114 (1998)
INTRODUCIÓN: Segundo a primeira lei de Newton, toda partícula en repouso ou en movemento rectilíneo uniforme permanece nese estado a menos que sobre ela actúe unha forza ou a suma das forzas que actúan non sexa nula. EXEMPLOS: un corpo en movemento (unha persoa) nun autobús tende a permanecer no movemento rectilíneo uniforme cando o bus frea. Unha mesa en repouso tende a quedar no seu sitio se non se aplica ningunha forza.
OBXECTIVO: Equilibrar un obxecto facendo que a suma das forzas que actúan sobre el sexa nula.
EXPLICACIÓN: Ao aplicar unhas forzas (pesos) sobre o disco nunhas determinadas posicións, anúlanse, e por conseguinte o disco mantense en equilibrio.
CONCEPTOS: suma de vectores, anulación de forzas, peso, equilibrio.
MATERIAL: disco de metacrilato de 200 mm de diámetro, un anaco de cordel duns 480 mm de longo, unha plantilla adhesiva radial (200 mm) en graos, doce torcas para un parafuso de 16, tres arandelas de 30 mm, un parafuso de 3 mm de diámetro por 100 mm de longo con catro arandelas e catro torcas, tres alcaiatas pechadas, tres anacos de madeira cadrados 15 mm e espesor 35 mm.
MONTAXE: En primeiro lugar debemos pegar o plantilla no disco de metacrilato encadrándoa sobre este. A continuación debemos facerlle un buraco ao disco no centro de 3 mm de diámetro, para meter o parafuso correspondente. E sen abandonar o taladro, perforamos os cadrados de madeira cunha broca acorde coas alcaiatas. A posteriori, montamos o parafuso no disco deixando unha torca e tres arandelas no plano superior do disco, encima da plantilla, e por baixo unha arandela e dúas torcas. Unha vez feito isto, cortaremos cunhas tesoiras o cordel en tres anacos de 160 mm, e nos cales se atarán a un dos extremos ás tres alcaiatas. Atamos os extremos restantes por baixo da cabeza do parafuso. Sen quitar os ollos dos cordeis, metemos tres torcas por cada tramo de cordel e unha arandela. Finalmente enroscamos as alcaiatas aos cadrados de madeira.
CONCEPTOS: vector resultante, peso, equilibrio.
MÁIS INFORMACIÓN:
TEXTOS:
- Tipler P.A. Física. Barcelona: Reverté, 2010.
- De Juana J.M., Física General, Pearson, 2009.
- Serway R.A y J.W.Jewett. Física, Thomson-Paraninfo, 2010.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
ALUMNADO 2010-2011: Brais Freiría, Miguel García, Brais García
ENLACE pdf ALUMNADO (en castelán):
5 responses to "Equilibrio"
A mesa de forzas é un instrumento moi sinxelo para demostrar a primeira Lei de Newton así como a natureza vectorial das forzas. Pódese observar, empregando unhas simples pesas, poleas e cordas situadas ao redor dunha mesa circular, como varias forzas poden aplicarse a un obxecto (un anel) situado no centro da devandita mesa, de maneira que tódalas forzas se anulan e deixando o obxecto en equilibrio.
Cuando sobre un cuerpo actúan varias fuerzas y la resultante de todas ellas es nula, el cuerpo se encuentra en equilibrio, lo que significa que no cambia su estado de movimiento. Es decir, si estaba en reposo continúa en él, y si se estaba moviendo, continúa haciéndolo de la misma forma, manteniendo su velocidad. Hay que tener en cuenta que las fuerzas producen dos tipos de efectos a escala macroscópica: cambios en el estado de movimiento de los objetos y deformaciones. Cabe considerar que sobre un cuerpo actúa siempre al menos una fuerza: la atracción que la Tierra ejerce sobre él (peso), sabiendo además que las fuerzas son magnitudes vectoriales, ya que además de su magnitud hay que detallar otras características como la dirección, el sentido y el punto de aplicación.
Para explicar estos conceptos en clase, resulta muy interesante el experimento de equilibrio que se muestra en el siguiente vídeo, consistente en poner en equilibrio una carta con una moneda en un vaso con agua, el cual resulta muy sencillo y visual. Esta prueba permite además introducir al alumnado el concepto de tensión superficial del agua.
Experimento moi visual para comprobar como actúan as forzas e o resultado final, no caso do exemplo, o equilibrio froito da compensación. No enlace móstrase un simulador no que se poden representar vectores e ver de maneira visual os resultados
Este experimento resulta moi visual para explicar a primeira lei de Newton, xa que permite mostrar como un sistema en equilibrio implica que a suma de todas as súas forzas sexa igual a cero. O concepto das forzas comézase a introducir na materia de física e química de 2º da ESO, pero non é ata 4º da ESO cando na materia de matemáticas se explican os vectores, que logo se aplicarán de novo na materia de física. Debido a isto podería resultar interesante realizar un pequeno proxecto interdisciplinar entre estas dúas materias e a de tecnoloxía para crear a mesa de forzas deste experimento. A maiores poderíaselle propoñer ós alumnos que xustificasen con cálculos o equilibrio da mesa con 3 cargas diferentes colgando dela. Para introducir estes conceptos de forzas e equilibrio pode resultar interesante este simulador, donde se xoga con obxetos de diferentes masas sobre un balancín, tratando de buscar o equilibrio.
La mesa de fuerzas es una forma estupenda de ver cómo actúan las fuerzas y cómo cuando la resultante es cero, el sistema se encuentra en equilibrio.