Equilibrio
16 nov, 2012
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PDFAjustando fuerzas
PRESENTACIÓN: Una tabla de fuerzas se apoya sobre un eje vertical y tiene tres o cuatro cuerdas unidas en su centro con la posibilidad de variar el ángulo entre ellas. De ellas cuelgan pesos que pueden variar. El equilibrio del sistema se consigue cuando la suma de las fuerzas se anula, ilustrando el carácter vectorial de las mismas y la primera Ley 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)
INTRODUCCIÓN: Según la primera ley de Newton, toda partícula en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme permanece en ese estado a menos que sobre ella actúe una fuerza o la suma de las fuerzas que actúan no sea nula. EJEMPLOS: un cuerpo en movimiento (una persona) en un autobús tiende a permanecer en el movimiento rectilíneo uniforme cuando el bus frena. Una mesa en reposo tiende a quedarse en su sitio si no se aplica ninguna fuerza.
OBJETIVO: Equilibrar un objeto haciendo que la suma de las fuerzas que actúan sobre él sea nula.
EXPLICACIÓN: Al aplicar unas fuerzas (pesos) sobre el disco en unas determinadas posiciones, se anulan, y por consiguiente el disco se mantiene en equilibrio.
CONCEPTOS: suma de vectores, anulación de fuerzas, peso, equilibrio.
MATERIAL: disco de metacrilato de 200 mm de diámetro, un trozo de cordel de unos 480 mm de largo, una plantilla adhesiva radial (200 mm) en grados, doce tuercas para un tornillo de 16, tres arandelas de 30 mm, un tornillo de 3 mm de diámetro por 100 mm de largo con cuatro arandelas y cuatro tuercas, tres alcayatas cerradas, tres trozos de madera cuadrados 15 mm y espesor 35 mm.
MONTAJE: En primer lugar debemos pegar la plantilla en el disco de metacrilato encuadrándola sobre éste. A continuación debemos hacerle un agujero al disco en el centro de 3 mm de diámetro, para meter el tornillo correspondiente. Y sin abandonar el taladro, perforamos los cuadrados de madera con una broca acorde con las alcayatas. A posteriori, montamos el tornillo en el disco dejando una tuerca y tres arandelas en el plano superior del disco, encima de la plantilla, y por debajo una arandela y dos tuercas. Una vez hecho esto, cortaremos con unas tijeras el cordel en tres trozos de 160 mm, y en los cuales se atarán a uno de los extremos las tres alcayatas. Atamos los extremos restantes por debajo de la cabeza del tornillo. Sin quitar los ojos de los cordeles, metemos tres tuercas por cada tramo de cordel y una arandela. Finalmente enroscamos las alcayatas a los cuadrados de madera.
CONCEPTOS: vector resultante, peso, equilibrio.
MÁS 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:
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.