Verificación del Equilibrio Estático de Fuerzas: Métodos y Precisión Experimental
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Introducción y Fundamento Teórico
En el ámbito de la física, específicamente en lo que corresponde a la observación del movimiento, la Primera Ley de Newton (también conocida como Ley de Inercia) establece que si un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento con velocidad constante, su fuerza neta tendrá un valor de 0 Newtons (0 N). Nuestro objetivo principal en este experimento es precisamente demostrar esta premisa: que la fuerza neta sobre un objeto en equilibrio es nula. En el caso particular de la pesa utilizada, al tener una velocidad igual a 0, se encuentra en estado de equilibrio, confirmando así la Primera Ley de Newton. Por lo tanto, podemos afirmar que la fuerza neta es 0.
Metodología Experimental
Cálculos Preliminares
En primer lugar, fue necesario determinar el valor en Newtons de cada pesa, lo que nos permitió conocer el valor de la fuerza de tensión. Estos cálculos se realizaron utilizando la ecuación fundamental de la dinámica: F = m · g, donde g es la aceleración debido a la gravedad, con un valor de 9.8 m/s2. Posteriormente, establecimos una escala adecuada para facilitar el trabajo con el método gráfico.
Método Analítico
Para el método analítico, una vez que obtuvimos el valor de cada pesa en Newtons, aplicamos el Teorema del Coseno. Este teorema nos permitió determinar el módulo de la fuerza resultante o fuerza neta, basándonos en los valores de las fuerzas y los ángulos entre ellas.
Método Gráfico
El método gráfico se abordó mediante dos enfoques principales:
Uso del Método del Paralelogramo
Para este método, tomamos las medidas de las fuerzas y, a partir de estas, las convertimos a Newtons utilizando la escala previamente establecida.
Uso del Método del Polígono
Similar al método del paralelogramo, el método del polígono también se empleó para la representación y suma vectorial de las fuerzas, permitiendo una verificación visual del equilibrio.
Cálculo de Errores
Con base en los cálculos obtenidos, procedimos a determinar el error absoluto y el porcentaje de error. El error absoluto se calcula restando el valor obtenido mediante el método gráfico del valor obtenido por el método analítico.
Cálculo del Porcentaje de Error
Una vez que obtuvimos el valor del error absoluto, calculamos el porcentaje de error utilizando una regla de tres simple.
Error en el Método Gráfico (Polígono)
El error específico del método gráfico (polígono) se calculó también mediante una regla de tres.
Error en el Método Analítico
Para calcular el error dentro del método analítico, utilizamos el Teorema del Seno para hallar un ángulo del triángulo formado por las fuerzas, y posteriormente calcular el porcentaje de error asociado a esta medición.
Conclusión
Después de haber realizado este experimento, podemos concluir que el equilibrio estático se cumple cuando la suma de todas las fuerzas (FN) es igual a 0. En este caso, observamos que en el nudo las fuerzas se anulan y su suma es prácticamente 0. Este resultado, aunque cercano al valor teórico, se vio afectado por diversos factores, incluyendo los márgenes de error inherentes a la medición, el pulso del estudiante al tomar los datos a mano, la manipulación de los instrumentos de trazado y la propagación del error. Todos estos elementos influyeron en la dirección, el módulo y el sentido de nuestra fuerza neta final.