NOTA:

DEPARTAMENTO DE FISICA
FISICA I
GESTION 2024 - SEMESTRE N°I

PRACTICA DE LABORATORIO Nº3

P1 P3
P2

EQUILIBRIO DE FUERZAS

MATERIA:
LABORATORIO DE FISICA

DOCENTE:

..............................................................................

UNIVERSITARIO(A) :

..............................................................................

HORARIO: ……………………………….

GRUPO Nº:……………………………..
FECHA DE REALIZACION:…………………………….

FECHA DE ENTREGA:……………………………….

CARRERA:……………………………………………………

Pag 0
 β Φ

P
1 P
P
3
PRACTICA Nº 3
2
EQUILIBRIO DE FUERZAS

3.1. OBJETIVOS

a) Aplicar la primera condición de equilibrio.

b) Determinar tensiones aplicando la primera condición de equilibrio
c) Aplicar la teoría de errores en la evaluación de las mediciones efectuadas.

3.2. FUNDAMENTO TEÓRICO

Unidad de Fuerza
SISTEMA FUERZA NOMBRE EQUIVALENCIA
S.I. N NEWTON

C.G.S. Dn DINA

Partícula:
Una partícula es un modelo de cuerpo muy pequeño que no tiene dimensiones, sin embrago tiene masa
Cuerpo rígido:
Se define como un cuerpo ideal cuyas partes (partículas que lo forman) tienen posiciones relativas fijas entre sí cuando se
somete a fuerzas externas, es decir es no deformable. Con esta definición se elimina la posibilidad de que el objeto tenga
movimiento de vibración. Este modelo de cuerpo rígido es muy útil en muchas situaciones en las cuales la deformación del
objeto es despreciable.
El movimiento general de un cuerpo rígido es una combinación de movimiento de traslación y de rotación. Para hacer su
descripción es conveniente estudiar en forma separada esos dos movimientos.
DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE
El diagrama de cuerpo libre es la representación gráfica de todas las fuerzas internas y externas que actúan sobre una partícula o
sistema, el diagrama de cuerpo libre es necesario para poder aplicar la primera o segunda condición de equilibrio según el tipo
de problema, a partir de los cuales se podrá garantizar el equilibrio de dicho sistema.
Fuerzas externas:
Representan la acción que ejercen otros cuerpos sobre el cuerpo rígidos, son las responsables del comportamiento externo del
cuerpo rígido, causarán que se mueva o asegurarán su reposo.
Fuerzas internas: son aquellas que mantienen unidas las partículas que conforman el cuerpo rígido.
Se puede concluir que cada una de las fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo rígido pueden ocasionar un movimiento de
traslación, rotación o ambas siempre y cuando dichas fuerzas no encuentren ninguna oposición.
Primera Ley de Newton: Una partícula que se encuentra inicialmente en reposo, o moviéndose en línea recta con velocidad
constante, permanecerá en este estado siempre y cuando sobre la misma no actué una fuerza externa.
Tercera Ley de Newton: Las fuerzas de acción y reacción entre dos partículas son colineales e iguales en intensidad y
opuestas en sentido
Primera Condición de Equilibrio: (Equilibrio de traslación)
" La suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el sólido es igual a cero" . Esto ocurre cuando el cuerpo no se traslada
o cuando se mueve a velocidad constante; es decir cuando la aceleración lineal del centro de masa es cero al ser observado
desde un sistema de referencia inercial.
= F1 + F2 +F3 + ..... + FN = 0
En esta ecuación de equilibrio no aparecen las fuerzas internas ya que ellas se cancelan mutuamente en pares debido a la
tercera Ley de Newton. Si las fuerzas estuvieran en el espacio, la ecuación anterior ha de ser expresada por las siguientes
relaciones:

= F1x + F2x + F3x +…. + Fnx = 0

= F1y + F2y + F3y +....... + Fny = 0
= F1z + F2z + F3z +….... + Fnz = 0
Obviamente en dos dimensiones (o sea en el plano) tendríamos solamente dos ecuaciones y en una dimensión se tendría una
única ecuación.

Pag 1
TIPOS DE FUERZAS
Desde el punto de vista de la mecánica pueden considerarse 5 tipos de fuerzas que se pueden presentar en una partícula o
sistema de partículas y una o varias fuerzas externas estas son:
a) Peso
b) Normal
c) Tensión
d) Fuerza de rozamiento
e) Reacción
a) PESO ( W )
Es la primera fuerza a representar en un problema y está siempre presente cuando una partícula tiene una masa distinta a cero y
se representa como un vector que siempre una dirección vertical y un sentido hacia abajo sin importar la posición del cuerpo,
como se indica a continuación:

m
m m

W W
Ejemplo N° 1 W
Ejemplo N° 3
Ejemplo N° 2

m1

m1
W1 m2
m2
m2 m1 W1
W2
Ejemplo N° 4 W2
W2 W1 Ejemplo N° 6
Ejemplo N° 5
b) TENSIÓN (T)
Objetos como sogas, cadenas, alambres o incluso cables, pueden ser usados para la transmisión de fuerza a un determinado
objeto, que se extraen en dirección contraria. Esta fuerza se traslada a lo largo de la soga y tira en aquellos cuerpos que se
encuentren sujetos en sus extremos opuestos. El valor de la fuerza de tensión es siempre equivalente al de la tensión que tenga
la cuerda en aquel momento.

Ejemplo N° 7
Ejemplo N° 9
Ejemplo N° 8

T1
m1 T1
T2
m1
T2 m2
T1 T2
m2
m1 m2
Ejemplo N° 10

Ejemplo N° 11

Pag 2
3.3. MATERIALES
➢ 3 soportes metálicos con base
➢ 2 poleas fijas
➢ 3 porta pesas con pesos conocidos
➢ 1 disco óptico grande de 0 a 360º.
Figura Nº4
3.4. PROCEDIMIENTO
Esta práctica está dividida en 2 partes
a) Verificación de la primera condición de equilibrio  Fx = 0 ;  Fy =0
Una vez armado el equipo como se muestra en la figura Nº 4, se procede a colgar en
P1 una porta pesa con una tuerca grande y 4 pequeñas y en P3 se cuelga una porta β Φ
pesa con 5 tuercas pequeñas, en P2 se cuelga una porta pesa con 4 tuercas P1 P3
pequeñas de modo que los mismos estén en equilibrio.
En el punto de quiebre (donde cuelga el peso P2 ) se coloca el disco óptico de modo P2
que coincida con el centro del mismo, para luego proceder a realizar la lectura de los
ángulos Φ y  y se determina en la balanza los pesos P1, P2, P3 incluyendo el porta
pesa en cada caso
Se realiza el mismo procedimiento 5 veces variando solo el peso de P2 , primero con 5 tuercas , luego con 6,7,8,9,10 tuercas,
los pesos P1 y P3 se mantienen constantes durante toda la prueba, solo varia P2 y los ángulos Φ y .

3.5. DATOS DE LA PRÁCTICA

a) Verificación de la primera condición de equilibrio  Fx = 0 ;  Fy =0

Nº ANGULO ANGULO PESO PESO PESO

β (º) Φ(º) P1 ( gf ) P2 ( gf ) P3 ( gf )
1
β Φ
2 P1 P3
3
P2
4
5
3.6. CALCULOS A REALIZAR EN LA PRÁCTICA.

a) Verificación de la primera condición de equilibrio  Fx = 0 ;  Fy =0

Nº ANGULO ANGULO PESO PESO PESO Σ Fx Σ Fy

β (º) Φ ( º ) P1 ( Dn ) P2 ( Dn ) P3( Dn ) ( Dn ) ( Dn )
→.+
1 F x = P3  cos( ) − P1  cos(  )
2
3 +

4   Fy = P3  sen( ) + P1  sen(  ) − P2
5

b) Determinación de tensiones aplicando la primera condición de equilibrio  Fx = 0 ;  Fy =0

Nº ANGULO ANGULO PESO PESO T1 T2

β (º) Φ(º) P1 ( Dn ) P2 (Dn ) (Dn) (Dn) →.+

1
F y = 0: T1 =P1
2 +
P2 − P1  sen(  )
3   Fy = 0 T2 =
4
sen( )
5

Pag 3
 c) Verificación gráfica mediante un diagrama de fuerzas de que el sistema esté en equilibrio
Para realizar la verificación debe trabajar en un papel milimetrado asumiendo una escala de fuerzas.
Solo se trabajará en el nodo central con las tres tensiones determinadas en el inciso b.
Para verificar si el sistema está en equilibrio se verifican si las fuerzas forman un polígono cerrado.

3.7. RESULTADOS DE LA PRÁCTICA

a) Verificación de la primera condición de equilibrio  Fx = 0 ;  Fy =0

Nº Σ Fx Σ Fy
( Dn) (Dn )
1
2
3
4
5

c) Determinación de tensiones aplicando la primera condición de equilibrio  Fx = 0 ;  Fy =0

Nº T1 T2
(Dn) (Dn)
1
2
3
4
5
3.8. CUESTIONARIO
1) ¿Bajo qué condiciones dos fuerzas de módulos iguales pueden estar en equilibrio?
2) ¿Cómo puedes verificar si sobre un cuerpo está actuando una fuerza neta diferente de cero?
3) ¿Cuál es el valor de la reacción normal de un cuerpo de mas a 10 kg que esta colgada de un techo mediante una cuerda con peso
despreciable?
4) ¿Por qué un sistema de fuerzas coplanares cíclicas da como resultante el vector nulo?
5) ¿Qué es un diagrama de cuerpo libre?
6) ¿Que garantizan la primera y segunda condición de equilibrio?
7) Dos estudiantes tratan de romper una cuerda, primero jalan el uno contra el otro y fallan, luego atan uno de los extremos y jalan juntos
del otro extremo libre, ¿El segundo procedimiento es mejor que el primero? Explique su respuesta
8) Enumerar todos los errores sistemáticos y accidentales que se pudieran haber cometido durante el desarrollo de la práctica.
9) ¿Es posible aplicar la tercera condición de equilibrio en la solución de todos los sistemas en equilibrio?
10) Es posible que un cuerpo que se mueva con aceleración constante este en equilibrio. (fundamentar respuesta)
11) ¿Qué tipo de error es el que se comete al medir los ángulos en el disco óptico?
12) ¿Es posible que la reacción normal tenga una dirección verticalmente hacia abajo? Indique un ejemplo.
13) Si se tira de dos extremos de una cuerda, con fuerzas de igual magnitud, si la cuerda se encuentra en equilibrio ¿Por qué la tensión de la
cuerda no vale cero?
14) Un hombre jala mediante una cuerda un bloque que se encuentra sobre una superficie horizontal, aplicando el principio de la acción y
reacción el bloque no debería moverse, entonces como explica que el hombre pueda mover el bloque
15) Una masa está en equilibrio sobre una mesa, indique y grafique que fuerzas y reacciones actúan sobre la misma

Pag 4