Informe Laboratorio de Física Ley de Hooke

Objetivo General

Investigar y comprender las relaciones entre la fuerza aplicada, la deformación elástica y la masa de un objeto en el contexto de la Ley de Hooke y la Segunda Ley de Newton. Se utilizará una variedad de herramientas, incluyendo una balanza, soporte universal, resortes, flexómetro e imanes con diferentes masas, para realizar experimentos que nos permitan analizar estas leyes fundamentales de la física y sus aplicaciones prácticas.

Objetivos Específicos

Aplicar los conceptos de la ley de Hooke para determinar la constante elástica del resorte.

Realizar los cálculos correspondientes aplicando Segunda ley de Newton para verificar y contrastar los resultados obtenidos en forma práctica.

Analizar la consistencia de los conceptos evaluados y los resultados obtenidos.

Materiales

Balanza universal, hoja de excel, regla, resorte:

Masas:

Pesa:

Enfoque y procedimiento

1. Primeramente colocamos el resorte en la balanza universal.

2. Medimos y registramos la longitud inicial del resorte sin ninguna masa.

3. En este punto añadimos varias masas una por una al resorte.

4. Medimos la longitud del resorte y registramos tanto la masa como la longitud en la hoja de Excel, y asi sucesivamente con las demas masas.

5. Despues de registrar todos los datos en excel se realizo una grafica de los datos obtenidos y se halló la constante elastica.

Introduccion

Uno de los principales conceptos que se emplean en la ingeniería, es la forma de poder representar las fuerzas que actúan en un sistema mediante vectores, los cuales, a través de sus componentes, se pueden calcular: la Magnitud, Dirección y Sentido de la fuerza, empleando la segunda ley de Newton, que expresa que la suma de las fuerzas es igual a masa por aceleración que en términos de condiciones estáticas o de no movimiento, representa la sumatoria de fuerzas igual a cero.

En el campo experimental es posible emplear métodos de la mecánica clásica para lograr verificar el comportamiento de las fuerzas mediante la utilización de resortes o muelles como comúnmente se les denomina. Para esto, la ley de Hook expresa que la fuerza del resorte es igual a la constante elasticidad por el desplazamiento o deformación que sufre el resorte al ser sometido a una carga. Si se emplea este concepto es posible conocer la tensión de una cuerda empleando un resorte, siempre y cuando se determine inicialmente la constante del resorte aplicando un procedimiento que minimice el error.

En el presente laboratorio practico se realizarán montajes de fuerzas en el plano y en el espacio, teniendo como objetivo aplicar la ley de Hook, la segunda ley de Newton y realizar un procedimiento de cálculo en el cual se puedan contrastar los resultados obtenidos mediante el resorte con los resultados teóricos calculados. Para este procedimiento es importante determinar la posición de los apoyos y del punto en el cual convergen las fuerzas de tal forma que pueda determinar la posición de cada vector y de esta forma expresar cada tensión en términos de sus componentes rectangulares.

Marco teórico

¿Qué es la ley de Hooke?

La ley de Hooke es un principio físico que describe la relación entre la fuerza aplicada a un material elástico y la deformación que sufre. Según esta ley, la deformación es directamente proporcional a la fuerza, siempre que no se supere el límite elástico del material.

¿Para que sirva la ley de Hooke?

La ley de Hooke se usa para estudiar el comportamiento de los resortes, los dinamómetros y otros dispositivos que aprovechan la elasticidad de los materiales.

Formula de la ley de Hooke

La fórmula de la ley de Hooke es F = - k * ΔL, donde F es la fuerza, k es la constante de proporcionalidad o constante del resorte, y ΔL es la variación de longitud del material

Historia de la ley de Hooke

Esta ley recibe su nombre del físico inglés Robert Hooke, contemporáneo de Isaac Newton, y contribuyente prolífico de la arquitectura. Ante el temor de que alguien se apoderara de su descubrimiento, Hooke lo publicó en forma de un famoso anagrama, revelando su contenido un par de años más tarde.

Descripción

En este experimento, utilizamos principalmente una balanza para sostener un resorte. A este resorte, le añadimos gradualmente 10 masas de diferentes pesos, una a la vez. Al final del experimento, calculamos la constante a partir de estos valores.

Esquema de experimento 1

A través de este experimento agregamos 10 masas, una por una para hallar la constante elástica del resorte.

Observación:

Observamos que, de acuerdo con la Ley de Hooke, la elongación del resorte es directamente proporcional a la fuerza aplicada (masa del imán) y sigue una relación lineal. Esto significa que a medida que agregamos más masas, la elongación del resorte aumenta en una cantidad constante.

la Segunda Ley de Newton se hace evidente al notar que la balanza indica un valor igual y opuesto a la fuerza gravitatoria que actúa sobre la masa colgada. La aceleración del sistema, que podemos calcular usando la fuerza neta y la masa total (resorte + masas), es también proporcional a la fuerza aplicada, como predice esta ley.

A medida que se agregan masas a la balanza, se puede observar que la elongación del resorte aumenta de manera uniforme. Esta relación lineal confirma la validez de la Ley de Hooke para este resorte en particular.

Con masas extremadamente grandes, se puede notar que el resorte puede deformarse permanentemente o incluso romperse. Esto muestra que la Ley de Hooke es una aproximación válida solo dentro del rango elástico del resorte.

Se puede notar que las masas aplican una fuerza hacia abajo debido a la gravedad, mientras que el resorte ejerce una fuerza hacia arriba. Esta comparación demuestra la tercera ley de Newton, que establece que "a cada acción hay una reacción igual y opuesta

Conclusiones

1. A través de múltiples pesos y elongación del resorte, confirmamos que la constante elástica es una propiedad única del resorte utilizado en el experimento. Esto significa que, dado un resorte específico, su comportamiento elástico se describe de manera precisa y constante por esta constante.

2. Observamos que la relación lineal entre el peso aplicado y la elongación del resorte, como se describe por la ley de Hooke, se mantiene dentro de un rango específico. Sin embargo, cuando aplicamos masas excesivamente pesadas, comenzamos a ver desviaciones de esta relación lineal, lo que indica que la ley de Hooke tiene limitaciones y solo es válida en ciertos intervalos.

3. Al comparar resorte con diferentes constantes elásticas, notamos que aquellos con una constante mayor requieren más peso para producir la misma elongación que aquellos con una constante menor. Esto demuestra que la constante elástica es un factor determinante en la rigidez de un resorte y cuánto se deforma en respuesta a una fuerza dada.