CONSTANTES ELSTICAS DE LOS MATERIALESEXPERIENCIA N 1

OBJETIVO: Observar las caractersticas y condiciones de un resorte en espiral. Determinar la constante elstica del resorte en espiral.

MATERIALES/EQUIPOS: 2 Soporte Universal. 1 Regla graduada 1 Regla metlica de 60cm. De longitud. 1 Balanza de precisin de 3 ejes. 1 Resorte en espiral de acero. 1 Juego de pesas ms porta pesas. 2 Sujetadores (nuez o camp).

FUNDAMENTO TERICO:

Un cuerpo se denomina elstico si al actuar una fuerza sobre el sufre una deformacin de tal manera que al cesar la fuerza recupera su forma original.Cuando una fuerza externa acta sobre un material causa un esfuerzo o tensin en el interior del material que provoca la deformacin del mismo. En muchos materiales, la deformacin es directamente proporcional al esfuerzo. Esta relacin se conoce como la ley de Hooke, que fue el primero en expresarla.

Ley de Hooke:F= -kx

No obstante si la fuerza externa supera un determinado valor, el material puede quedar deformado permanentemente, y la ley de Hooke ya no es vlida. La relacin entre el esfuerzo y la deformacin, denominada mdulo de elasticidad, estn determinados por la estructura molecular del material. La distancia entre las molculas de un material no sometido a esfuerzo depende de un equilibrio entre las fuerzas moleculares de atraccin y repulsin. Cuando se aplica una fuerza externa que crea una tensin en el interior del material, las distancias moleculares cambian y el material se deforma. Si las molculas estn firmemente unidas entre s, la deformacin no ser muy grande incluso con un esfuerzo elevado. Esto no se si deja o lo cambias : Las caracterstica elsticas de un material homogneo e isotrpico quedan completamente definidas si se conocen las constantes elsticas: Mdulo de Young (E) y el Coeficiente de Poisson ().

Cuando, se flexiona una varilla, experimenta un alargamiento por su parte convexa y una contraccin por la cncava. El comportamiento de la varilla est determinado por el mdulo de Young del material de que est hecha, de modo que el valor de dicho mdulo puede determinarse mediante experimentos de flexin.

Utilizamos una regla metlica, de seccin transversal rectangular apoyado sobre dos extremos. Si se aplica una fuerza vertical (F) en el punto medio de la regla, la deformacin elstica que sta experimenta es un descenso de dicho punto, llamado flexin (s) que , por la Ley de Hooke, es proporcional a la fuerza aplicada.

s = kF

Siendo k, la constante elstica que depende de las dimensiones geomtricas de la varilla y del mdulo de Young (E) del material.

Siendo: L la longitud de la varilla.a: el ancho de la varilla. b: la altura o espesor de la misma.

Si F se mide en Kg. Y todas las longitudes en mm, entonces el mdulo de Young se expresar en Kg/mm2.

PROCEDIMIENTO:

MONTAJE 1:Monte el equipo, como muestra el diseo experimental.

Cambie los datos por lo de las hojas verifica

1. Utilice la balanza para determinar los valores de las masas del resorte y del porta pesas.m(resorte) = 0.0453 Kgm(porta pesas) = 0.07325Kg

Cree Ud. Que le servir de algo estos valores?Por qu?.Rpta: S, porque estos datos obtenidos lo usaremos para encontrar el valor de k.2. Cuelgue al resorte de la varilla y anote la posicin de su extremo inferior.Posicin 1: 0.2m

3. Luego coloque la porta pesas en el extremo inferior del resorte y anote la posicin correspondiente.Posicin 2: 0.25m

4. Seguidamente, coloque una pesa pequea (m = 0.01Kg) en la porta pesas y anote la posicin correspondiente.Posicin 3: 0.265m

Marque con un aspa cul ser en adelante su posicin de referencia.

2 3 1

Rpta: Tomamos como posicin de referencia el nmero 3.

Por qu considera dicha posicin?Rpta: Porque ya se encuentra implementado el porta pesas con el que trabajaremos para hacer posible la adicin de masas que se necesita el experimento, y as poder ser ms precisos y exactos en la toma de datos.

5. Adicione pesas a la porta pesas, cada vez de mayores masas. En la Tabla 1 anote los valores de las posiciones X1 correspondientes (incluida la posicin de referencia).

6. Ahora, retire una a una las pesas de la porta pesas. Anote las posiciones X2 correspondientes y complete la Tabla 1.

Recuerde que:

Donde: X1: es la longitud cuando aumenta el peso.X2: es la longitud cuando disminuye el peso. Ya Cambie los datos:

TABLA 1Masa del porta pesas = 73.25 g

m(kg)X1( m)X2(m)X(m)F(N)K (N/m)

10.32055 0.2650.2640.2643.13811.886

20.370550.280.2840.2823.62812.865

30.420550.3020.3030.30254.11713.609

40.470550.3230.3240.32354.60714.241

50.520550.3360.3390. 33755.09615.032

60.540550.3450.3460.34555.29215.294

70.560550.3540.3540.3545.48815.502

K(Prom.)= 14.099

nX(m)F(N)XFX2

10.2643.1380.82840.0696

20.2823.6281.02300.0795

30.30254.1171.24530.0915

40.32354.6071.49030.1046

50. 33755.0961.71990.1139

60.34555.2921.82830.1193

70.3545.4881.94270.1253

=2.209=31.366=10.0783=0.7039

Donde :

Siendo: =

=26.4727

Determine la constante elstica K del resorte:

De los datos de la tabla 1: K =26.4727 (mnimos cuadrados)

MONTAJE 2:

Monte el equipo, como muestra el diseo experimental.

1. Mida las dimensiones geomtricas de la regla metlica:Longitud (L): 0.5mAncho (a): 0.025mEspesor (b): 0.00115m

2. Coloque la regla metlica en posicin horizontal apoyndola de modo que las marcas grabadas cerca de los extremos de esta descansen sobre las cuchillas.

3. Determinar la posicin inicial del centro de la varilla, con respecto a la escala vertical graduada.Posicin Inicial: 0.49m

4. Vaya cargando gradualmente la varilla, por su centro, y midiendo las flexiones correspondientes (s) anote los resultados en la Tabla 2.

5. Una vez que considere haber obtenido una deformacin suficiente, descargando gradualmente la varilla, midiendo y anotando las flexiones correspondientes (s).

6. Con los resultados obtenidos, calcule el valor promedio de los pares de s y s para cada carga. Anote en la Tabla 2.

CAMBIAR TABLA

TABLA 2NCarga m (Kg)S (mm)S (mm)S (Promedio)

10.070.4680.4670.4675

20.120.4700.4690.4695

30.170.4720.4700.4710

40.220.4750.4730.4740

50.270.4770.4750.4760

60.320.4780.4770.4775

70.370.4800.4800.4800