MANUAL DE PRCTICA DE FSICA I

TALA ISABEL HERNNDEZ SNCHEZ

PRESENTACIN. El presente documento es un apoyo didctico ms, que complementa el desarrollo

de la Unidad de Aprendizaje de Fsica I, en la Escuela de Ingeniera en Cetys

Universidad. Este manual le da seguimiento a las competencias de la asignatura

de Esttica, adems de fortalecer la consolidacin de los desempeos a

desarrollar, ya que requieren tanto de la demostracin como de la comprobacin a

travs de la aplicacin del mtodo cientfico.

INSTRUCCIONES GENERALES.

A. Lee cuidadosamente toda la prctica.

B. Para elaborar la prctica con xito, debers primero consultar la bibliografa sugerida, con tu consulta realizars una sntesis de lo ms importante, procura ser breve y conciso.

C. Prepara con anticipacin el material y equipo que se va a necesitar para

realizar la prctica; de ser necesario, consulta a tu profesor o instructor de laboratorio que te orienten y proporcionen ms especificaciones.

D. Antes de ejecutar cada uno de los procedimientos, aclara tus dudas en

cuanto al funcionamiento y cuidados que se deben de tener con el material y equipo que no conoces.

E. Al efectuar cada uno de los pasos de la prctica, observa minuciosamente

los fenmenos ocurridos para que puedas contestar las preguntas relacionadas con ellos.

F. En los casos que se te solicite hacer mediciones de: longitud, masa, tiempo,

etc., anota estos datos en el lugar indicado sin olvidar escribir las unidades de medida.

G. Cuando se te solicite reportar observaciones, como resultado de un

procedimiento, esquematiza con dibujos (Agregar a Anexos) y/o descrbelo brevemente.

H. Al concluir el desarrollo experimental, resuelve el cuestionario lo ms

pronto posible.

I. Cuando se realice la conclusin, ya sea personal o por equipo, es indispensable mencionar si las competencias se cumplieron efectivamente no y explicar las razones.

RECOMENDACIONES PARA LA ELABORACIN DEL INFORME. Una vez realizadas las experiencias, la persona que las ha llevado a cabo debe de presentar un informe del trabajo realizado y de las conclusiones obtenidas, segn las siguientes normas:

1. Debe identificarse la persona que presenta el informe. Se incluir tambin la fecha de realizacin de la experiencia. Si se ha invertido ms de un da, conviene indicar la fecha de comienzo y terminacin del trabajo.

2. Es aconsejable tener un cuaderno de trabajo personal, independientemente de que la prctica se realice en equipo. En este cuaderno deben anotarse todos los datos referidos a la experiencia, a medida que estos se van obteniendo. Es recomendable agregar esta informacin en la seccin de Anexos

3. No conviene dejar nada pendiente de anotar aunque la actividad se tenga que interrumpir; no es aconsejable confiarse en la memoria.

4. Con la independencia del orden en que se van obteniendo los datos, stos debern presentarse ordenados por bloques lgicos.

5. Siempre que sea posible, los datos se presentarn en una tabla y en una grfica, lo que permitir una rpida visin de los factores que afectan a los fenmenos estudiados.

6. El informe debe incluir un apartado en el que se describa brevemente, pero sin omitir los detalles importantes, todos los pasos seguidos en la realizacin de la experiencia. Y si se cree necesario un diagrama de los instrumentos empleados y su montaje.

7. Cuando se utiliza una tcnica nueva, conviene detenerse en su descripcin. 8. Las conclusiones deben presentarse en lugar visible y sern claras y concisas. 9. Cuando sea posible, conviene repetir las experiencias para obtener ms datos; en

este caso se calcular el valor medio. 10. Conviene incluir en sus conclusiones un apartado en el que se reflejar la opinin

personal: si se han aclarado conceptos, la facilidad o la dificultad en la realizacin del trabajo, las propuestas para mejorar las condiciones operatorias y obtener mejores resultados, etc.

Por lo tanto, el informe debe responder al siguiente esquema general: 1. Ttulo de la prctica (experiencia) realizada. 2. Competencias que se persiguen. 3. Introduccin. Consiste en una introduccin terica referente a la experiencia a

realizar. Utilizar bibliografa sugerida en la Carta Descriptiva de Esttica para generar un buen marco terico para la experiencia.

4. Relacin de Material y Equipo utilizado. 5. Una descripcin del procedimiento seguido junto con un diagrama de los

instrumentos empleados y su montaje. 6. Resultados experimentales obtenidos con un encabezado para identificar cada

parte de los datos tomados as como cada clculo. El mtodo usado para cada clculo y las unidades de todos los valores numricos. Se debe usar el nmero apropiado de cifras significativas proporcionado por el facilitador.

7. Interpretacin de los resultados y conclusiones. 8. Opinin Personal 9. Anexos 10. Bibliografa.

CONTENIDO TEMTICO.

1) Unidades de Medida

2) Vectores

3) Partculas en equilibrio

4) Momentos

5) Centroides

6) Armaduras

PRCTICA 1. UNIDADES DE MEDIDA.

1. INTRODUCCIN: Existen dos sistemas de unidades utilizados en la ingeniera. El sistema Ingles es comnmente utilizado en Estados Unidos de Amrica; y el Sistema Internacional de medidas es reconocido y utilizado por la comunidad cientfica internacional como el medio preciso (y exacto) a travs del cual se dan a conocer los resultados de las investigaciones realizadas en los distintos contextos de la ciencia. La siguiente tabla muestra las unidades utilizadas en cada sistema.

Nombre Longitud Tiempo Masa Fuerza

Sistema Internacional de Unidades (SI)

Metro (m)

Segundo (s)

Kilogramo (Kg)

Newton (Nw)

Sistema de Unidades comunes en Estados Unidos

Pie (ft)

Segundo (s)

Slug (lb.s2/ft)

Libra (lb)

Nombre Longitud Tiempo Masa Fuerza Sistema Internacional

2. OBJETIVO (COMPETENCIA): Identificar la importancia de la ingeniera, su evolucin y rama de aplicacin, distinguiendo las caractersticas deseables del ingeniero para la aplicacin de las diferentes metodologas de solucin de los problemas en forma diligente y objetiva.

3. PROCEDIMIENTO: Realizar un levantamiento en tres dimensiones de su aula de clase al tomar las medidas en metros (m) y pies (ft), del permetro y altura de muros. 1. Realizar un croquis a mano alzada del sitio. 2. Medicin de longitud y altura de muros. 3. Transcribir el croquis mediante algn software. 4. Obtener permetro del espacio, rea de muros y volumen de espacio.

4. MATERIAL Y EQUIPO: 1. Flexmetro. 2. Cuaderno de anotaciones y pluma. 3. Calculadora

5. RESULTADOS: En un croquis realizado mediante algn software plasmar las dimensiones obtenidas en cada sistema de unidades sealado segn corresponda en cada una de los elementos que conforman el aula de clase.

6. CONCLUSIONES Concluir sobre la importancia que tiene conocer los sistemas de medicin de dimensiones y su aplicacin en nuestro entorno.

7. ANEXOS: Incluir croquis de levantamiento realizado el da de la prctica.

PRCTICA 2. VECTORES.

1. INTRODUCCIN: Dos problemas comunes en esttica implican encontrar la fuerza resultante, conocidas sus componentes, o resolver una fuerza conocida en dos componentes. Por otro lado cuando tiene que obtenerse la resultante de ms de dos fuerzas, es ms fcil encontrar las componentes de cada fuerza a lo largo de ejes especificados, sumar esas componentes algebraicamente, y luego formar la resultante.

2. OBJETIVO (COMPETENCIA): Encontrar la resultante y la equilibrante de un sistema de fuerzas concurrentes, mediante el uso de dinammetros y por el mtodo del paralelogramo.

3. PROCEDIMIENTO: 1. A la mitad de un lpiz ate dos cordones de tal manera que uno quede a la izquierda y otro a la derecha. Pdale a un compaero sujetar uno de los extremos y Usted tire del otro, evitando mover el lpiz. Qu se puede concluir del valor de las dos fuerzas que actan sobre el lpiz? Para cuantificar el valor de las fuerzas enganche un dinammetro en cada extremo de los cordones y vuelvan a tirar de ambos dinammetros sin mover el lpiz. Registren las lecturas que marcan los dinammetros. 1. Cmo son esas lecturas? 2. Sujete tres cordones a la argolla metlica. Con ayuda de otros dos compaeros tire cada uno un extremo de los cordones, de tal manera que la argolla no se mueva. Cul es su conclusin acerca de las fuerzas que actan sobre la argolla? Enganche un dinammetro a cada extremo de los cordones. 3. Coloque debajo de la argolla una hoja de papel y trace sobre ella las lneas correspondientes a las posiciones de los cordones. Anote en cada trazo el valor de la lectura de los dinammetros, as como el ngulo que forman entre s, medido con su transportador. Con los trazos hechos en la hoja y mediante una escala, represente el diagrama vectorial. Considere la fuerza F3, la cual se lee en el dinammetro C, como la equilibrante de las otras dos fuerzas F1 y F2.

4. MATERIAL Y EQUIPO: 1. Tres dinammetros (bscula axial 2. Tres prensas de tornillo (palomas para sujetar en mesas). 3. Una regla graduada. 4. Un transportador. 5. Una argolla metlica. 6. Tres trozos de cordn. 7. Un lpiz. 8. Tres hojas de papel. 5. RESULTADOS: Como parte de los resultados responde lo siguiente: 1. Qu condicin se debe cumplir para que un cuerpo est en equilibrio? 2. Cmo se determina la resultante de dos fuerzas concurrentes en forma grfica? 3. Cmo define a la resultante de un sistema de fuerzas? 4. Qu caractersticas tiene la equilibrante de un sistema de fuerzas?

5. Qu mtodo grfico utilizara para sumar tres o ms fuerzas concurrentes?

6. CONCLUSIONES Comentar la importancia de determinar la resultante y la equilibrante de un sistema de fuerzas concurrentes, mediante el uso de dinammetros y por el mtodo del paralelogramo. 7. ANEXOS: Mostrar los croquis de cada uno de los procedimientos.

PRACTICA 3. PARTCULAS EN EQUILIBRIO.

INTRODUCCIN: Cuando una partcula est en reposo o se mueve con velocidad constante, se dice que est en equilibrio. Esto significa que todas las fuerzas que actan sobre la partcula formen una resultante de fuerza nula. Para tomar en cuenta todas estas fuerzas es necesario trazar un diagrama de cuerpo libre, es decir, mostrar todas las fuerzas, indicadas con sus magnitudes y direcciones conocidas o desconocidas.

COMPETENCIA: Representar las fuerzas actuantes en una partcula en equilibrio que se encuentra en el espacio, con vectores de posicin representados por esferas de poliestireno y palillos de madera para plantear y encontrar la solucin de problemas, en trabajo colaborativo y ambiente de respeto. PROCEDIMIENTO: De acuerdo con la figura 3.46, donde se indica que un cable denominado AB est sometido a una tensin de 700 N, determinar la tensin presente en los cables AC y AD y la magnitud de la fuerza vertical F. 1. Formar equipos de 2 personas. 2. Representar el espacio vectorial con tres palillos perpendiculares entre si, unidos por una esfera de poliestireno, identificando claramente la ubicacin de los ejes X, Y, Z, una vez concluido tome una fotografa donde se aprecien estos elementos. 3. Cada una de las fuerzas represntelas tal como aparecen en la figura, apoyados de palillos y esferas de poliestireno, y tome una fotografa donde se pueda apreciar dicha representacin. Enseguida esas mismas fuerzas represntelas con vectores de posicin (r), es decir, el origen de todas las fuerzas ahora es (0, 0, 0), nuevamente tome una fotografa donde se aprecie la esta representacin. 4. Realice una comparativa entre las 2 representaciones de los fuerzas del punto No. 2, y comente sobre la ventaja de trabajar con vectores de posicin. 5. Una vez que se tenga comprendido y conceptualizado el problema, apoyado en las evidencia(fotografas), proceda a resolver: a. Desarrollando los vectores de posicin y su respectiva magnitud, para determinar sus respectivos vectores unitarios.

b. Utilizando las ecuaciones de equilibrio de fuerza Fx=0, Fy=0 y Fz=0, determine el

valor de las tensiones que describe el problema.

MATERIAL Y EQUIPO: 1. Esferas de poliestireno con tamao mximo igual a 2 plg. 2. Palillos de madera con longitud mxima de 15 cm, y punta en ambos extremos. 3. Cmara fotogrfica. 4. Cuaderno de notas. 5. Hojas tamao carta. RESULTADOS: a. La estructura del reporte debe hacer de acuerdo al procedimiento, adjuntando las fotografas como parte de la evidencia. b. Presentar anlisis y resultados a la solucin del problema. CONCLUSIONES Comentar la importancia de conceptualizar los problemas de equilibrio de partculas en el espacio a travs de una representacin fsica como estrategia para encontrar la solucin correcta. ANEXOS. Mostrar los croquis de cada uno de los procedimientos.

PRACTICA 4. MOMENTOS.

INTRODUCCIN: El momento de una fuerza con respecto a un punto o eje proporciona una medida de la tendencia de la fuerza a ocasionar que un cuerpo gire alrededor del punto o eje. Entre mayor es la fuerza o la distancia perpendicular a la lnea de accin de la fuerza mayor es el efecto de rotacin.

COMPETENCIA: Conocer la tendencia a girar de un cuerpo cuando es sometido a la accin de una fuerza, identificando en su entorno las representaciones fsicas de esta magnitud mecnica, para resolver problemas de momentos involucrados en el equilibrio de partculas en realizando trabajo colaborativo.

PROCEDIMIENTO: 1. Agruparse en equipo de 2 personas. 2. Identificar fsicamente en su entorno al menos 5 situaciones en las que se este generando Momento respecto a un punto o a un eje, evidenciando a travs de fotografas. 3. Representar a escala una situacin de momentos, utilizando material tal como: madera, alambre, cartn, etc, indicando los elementos que se involucran. 4. Asignarle valor a la fuerza con la ayuda de un dinammetro. 5. Realizar un diagrama de cuerpo libre (DCL) de la representacin a escala, indicando la magnitud de las fuerzas y la longitud a escala de los brazos de palanca. 6. Realizar el anlisis matemtico para la determinacin de la magnitud y direccin del momento generado.

MATERIAL Y EQUIPO: a. Cmara fotogrfica. b. Dinammetro con capacidad de 10 N. c. Escalmetro. d. Material diverso para representacin a escala: cartn, alambre, madera, por citar algunos. e. Tachuelas, que permitan ajustar el punto respecto al cual se generara la tendencia al giro. f. Cuerda para sujetar dinammetro.

RESULTADOS: a. La estructura del reporte debe hacer de acuerdo al procedimiento, adjuntando las fotografas como parte de la evidencia. b. Presentar anlisis y resultados a la solucin del problema

CONCLUSIONES Comentar en relacin a la importancia que genera el identificar en nuestro entorno situaciones mecnicas, particularmente de momentos o tendencia al giro, desempeando una funcin dentro de un sistema.

PRCTICA 5. CENTROIDES.

INTRODUCCIN: Los centroides y los centros de masa han sido de gran utilidad a travs de la historia. Los centros de masa nos sirven para determinar en los cuerpos el punto donde est concentrada toda la masa, y esto nos ayuda a determinar el punto en el que si aplicamos una fuerza no nos dar torque alguno.

COMPETENCIA: Localizar experimentalmente, con actitud reflexiva y en trabajo colaborativo, el centro de gravedad de algunas placas delgadas de acrlico y posteriormente comparar los resultados con los obtenidos en forma terica.

MATERIAL Y EQUIPO: 1) Placas de Acrlico 2) Flexmetro 3) Plomada PROCEDIMIENTO:

1. Tome una placa de acrlico y sostngala por el cordn frente a una hoja de papel milimtrico la cual deber estar adherida a la pared, deje oscilar el modelo a manera de pndulo hasta que llegue a la posicin de reposo. Para esta posicin, con ayuda de la plomada trace sobre la parte inferior del modelo una pequea marca que corresponda a la vertical que pase poe el punto de suspensin como se muestra en la figura. Trace una recta uniendo el punto de suspensin y la marca.

2. Repita la actividad 1 suspendiendo ahora la placa de acrlico por el siguiente cordn

3. La interseccin de las dos rectas trazadas sobre la placa de acrlico corresponde al centroide del rea compuesta de dicha placa.

4. Sobre la hoja de papel milimtrico establezca un sistema de referencia y mida los valores de las coordenadas centroidales del rea compuesta (Xc, Yc) obtenidas experimentalmente.

5. Repita las actividades 1 a 4 utilizando ahora las otras placas de acrlico, deber usar una hoja de papel milimtrico por cada placa de acrlico.

RESULTADOS: Parte 1. 1. Mida las dimensiones de la placa de acrlico usando el mismo sistema de

referencia que sirvi para medir las coordenadas Xc y Yc obtenidas en la parte 1, 2. Complete la tabla siguiente:

Figura rea X Y AX AY

1

2

3

4

5

3. Calcule las coordenadas centroidales haciendo uso de las expresiones siguientes:

=_______cm

=_______cm

4. Repita las actividades 1 a 3 utilizando las otras placas de acrlico.

Parte 2.

1. Con ayuda del profesor dibuje las placas de acrlico en Autocad y determine las coordenadas centroidales de cada una. Xc=__________(cm) Yc=__________(cm) Figura compuesta

Xc=__________(cm) Yc=__________(cm) Trapecio Xc=__________(cm) Yc=__________(cm) Sector circular

CUESTIONARIO.

1. A partir de los resultados obtenidos en las actividades de la parte 1 y la parte 2, haga la comparacin de los valores de las coordenadas centroidales de las superficies utilizadas y calcule el porcentaje de error haciendo uso de las experesiones siguientes:

%Ex =

%Ey

2. compare los valores obtenidos con el resultado que se obtiene al utilizar el

programa Autocad.

CONCLUSIONES Comentara importancia de determinar el Centroide o Centro de Masa de figuras geomtricas bidimensionales utilizando el procedimiento de esta prctica.

ANEXOS: Mostrar croquis de cada uno de los procedimientos.

PRCTICA 6. ARMADURAS

INTRODUCCIN: Una armadura es una estructura compuesta de miembros esbeltos unidos entre s en sus puntos extremos. Los miembros usados comnmente en construccin consisten en puntales de madera o barras metlicas. Las conexiones en los nudos estn formadas usualmente por pernos o soldadura en los extremos de los miembros unidos a una placa comn.

COMPETENCIA: Resolver problemas de armaduras y maquinas simples utilizando los conocimientos adquiridos en las unidades previas, para comprobar el funcionamiento de mquinas y estructuras reales sometidos a los efectos de un sistema de fuerzas, con objetividad, creatividad y actitud propositiva.

PROCEDIMIENTO: Construya cada una de las armaduras mostradas en las imgenes.

MATERIAL Y EQUIPO: Conectores de plstico Varillas de plstico Varillas de plstico flexibles RESULTADOS: d. La estructura del reporte debe hacer de acuerdo al procedimiento, adjuntando las fotografas como parte de la evidencia. e. Presentar anlisis y resultados a la solucin del problema

CONCLUSIONES: Comentar respondiendo a las siguientes preguntas:

1. Cul de las diferentes armaduras que construy cree que es ms resistente? Por qu? 2. Cul de este tipo de armaduras utilizara en la construccin de un puente? 3. Qu problemas encontr durante la construccin de cada armadura? ANEXOS:

Mostrar los croquis de cada uno de los procedimientos.