Equilibrium
16 Nov, 2012
Print 
PDFAdjusting strengths
PRESENTATION: A circular equilibrium board lies on a vertical axis, and it has three or four strings attached to its center. The angle between the strings may be changed, and different masses may be suspended from each of them. The equilibrium of the system is obtained when the addition of all forces vanishes, illustrating their vectorial nature and the first Newton law.
- 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)
INTRODUCTION: According to the first Newton law, any body standing still, or moving in a rectilinear trajectory at constant speed keeps the same state unless an external force acts on it, or alternatively a non zero addition of external forces. There are many examples of this: a person standing on a bus tries to keep moving forward when the bus decelerates, a standing table does not move unless any force is applied on it, etc.
OBJECTIVE: To bring an object to an equilibrium position by applying a number of forces that cancel each other.
EXPLANATION: By applying forces (different weights) on the disk border at well-selected positions, the addition of all forces will be zero and the disc will stay in equilibrium on its axe.
MATERIAL: a plastic disk of diameter 200 mm., a piece of string of 480 mm of length, an adhesive circular plastic pattern with an angular degree division, 100 mm long bolts, screws and washers, three small wooden pieces.
SETUP: The adhesive plastic pattern with the degree scale must be glued onto the plastic disk. A hole must be punched at the center of the disk, where the three strings will be attached. Using the bolts and screws, different masses (the wooden pieces) can be attached to the free ends of the strings, and the equilibrium position may be attached by equilibrating the forces exerted by each of the hanging masses.
CONCEPTS: vector sum, weight, equilibrium.
MORE INFORMATION:
TEXTS:
- 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.
STUDENTS 2010-2011: Brais Freiría, Miguel García, Brais García
LINK pdf STUDENTS (in Spanish):
5 responses to "Equilibrium"
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.