Sistemas de Poleas (Fis 151/Fis 1513)

Latest revision as of 06:31, 29 October 2014

[edit] Sistemas de Poleas

[edit] Objetivo

Estudiar y aplicar el funcionamiento de un sistema de poleas.

[edit] Introducción

La variedad de aplicaciones que presenta el funcionamiento de los sistemas de maquinas simples y compuestas conduce a lo importante que es descubrir y conocer sus principios de funcionamiento y de este modo ampliar el rol que cumple la física en este y otros campos de la ciencia y la tecnología.

En estas experiencias se utilizarán diversos tipos de poleas. Estas se utilizan normalmente para cambiar la dirección de las fuerzas, siendo más fácil levantar la carga.

[edit] Experimento I: “Estudio de Reducción en un sistema de Poleas”

[edit] Objetivo:

Analizar y comprender intuitivamente la relación existenteentre las diversas variables físico-matemáticas presentes en un sistema de poleas.

[edit] Materiales

- Polea 4 pasos

- 2 trozos de cuerdas

- 2 ganchos con pesas

- Balanza digital

- Sistema base para colgar poleas

[edit] Procedimiento

1.- Arme el sistema que indica la figura 0, utilizando una polea 4 pasos. Pegar una huincha en la varilla izquierda del sistema.

2.- Arme 2 colgantes con pesas, y luego máselos en una balanza digital.

3.- Escoja dos poleas a utilizar. Con un pie de metro mida sus diámetros. Enrolle las cuerdas, en sentido contrario una con respecto a la otra, en cada una de ellas (figura 1).

4.-Desplace un colgante una cierta distancia, mídala (). Mida el desplazamiento del otro colgante () con respecto al punto inicial.

5.- Cuelgue masas en ambos colgantes hasta dejar el sistema en equilibrio. Anote el valor de estas masas (Figura 2) para 2 configuraciones distintas.

[edit] Análisis

1.- A partir de la experiencia realizada con la polea 4 pasos y con los datos obtenidos, encuentre la razón entre los radios de las poleas utilizadas.

2.- Encuentre la razón entre los desplazamientos.

3.- Cuando el sistema se encuentra en equilibrio, encuentre la relación entre las masas colgantes. Compare esta relación con la de los radios y la de los desplazamientos.

4.- A partir de los estudios realizados en los puntos anteriores del análisis. ¿Cuál es la interpretación física que Ud. le daría a las relaciones obtenidas de este sistema de poleas?. Fundamente.

[edit] Experimento II: “El Polipasto”

[edit] Objetivo:

Analizar y comprender intuitivamente la relación existente entre las diversas variables físico-matemáticas presentes en un sistema de poleas.

[edit] Introducción

En esta experiencia se utilizará un polipasto, que es un sistema formado por poleas fijas y poleas móviles, las cuales están distribuidas y sujetas a través de cuerdas, el cual se usa para levantar una masa determinada, pero realizando un esfuerzo menor. El polipasto es una combinación de poleas fijas y móviles recorridas por una sola cuerda que tiene uno de sus extremos anclado a un punto fijo.

Los elementos de este sistema son los siguientes:

La polea fija tiene la función de modificar la dirección de la fuerza externa a ejercer sobre la cuerda. La polea móvil tiene la función de proporcionar ganancia mecánica al sistema. La cuerda transmite las fuerzas entre los diferentes elementos. Su resistencia a la tracción ha de estar en función del valor de la resistencia y de la ganancia mecánica del sistema, que a su vez depende del número de poleas móviles y de su combinación con las fijas.

[edit] Materiales

- Polipasto de 6 poleas

- cuerda

- Sensor de Fuerza, (Pasco)

- 1 Dinamómetro de 10 N

- Masa de .

- Balanza digital

- Sistema base para colgar poleas

- Computador con programa Data Studio.

[edit] Procedimiento

1.- Arme el polipasto tal como aparece en la figura 3.

2.- Conecte en la parte inferior del sistema el sensor de fuerza Pasco.(ver figura 5)

3.- En el otro extremo de la cuerda ate un dinamómetro de , el cual medirá la fuerza externa aplicada al sistema. (ver figura 6)

4.- Encienda el computador y ejecute el programa Data Studio. Seleccione el Sensor de Fuerza.

5.- En el menú del programa, selecciones Opciones y active la opción de ingresar información por teclado. En este caso Ud. ingresará el valor que indica el dinamómetro.

6.- Una vez ajustado bien el dinamómetro al polipasto, comience a aumentar la fuerza externa (de a 1 N), registre el valor entregado por el dinamómetro seleccionando en el programa Keep e ingrese los valores a medida que vaya aumentando la fuerza.

[edit] Análisis

1.- En el mismo programa, obtenga el gráfico Fuerza sensor vs fuerza dinamómetro. Interprete físicamente el valor de la pendiente.

2.- Reemplace el sensor de Fuerza por una masa de . En base al punto anterior calcule la masa que se necesita para levantar los 500 gr.

3.-¿Puede encontrar alguna relación entre la fuerza aplicada y el numero de poleas que conforman el polipasto para levantar una cierta masa?

Encuentre el error experimental con respecto al teórico.

[edit] Experimento III: “ Cálculo de ”

[edit] Objetivo

Obtener el valor de la aceleración de gravedad utilizando un sistema de poleas.

[edit] Introducción

En esta experiencia se utilizará una polea de dos pasos, la cual conforma el Sensor de movimiento Rotacional, con el cual se procederá a variar la masa del sistema y medir las variables del movimiento rotacional que permitirá comprobar el valor de .

De la figura 7 se obtiene la ecuación del movimiento para el sistema:

donde,

siendo la masa de las poleas, y considerándola despreciable ()

Luego

Para este sistema se tiene las siguientes ecuaciones de fuerzas:

Reemplazando (1) en (3), y considerando la restricción cinemática:

donde . Despejando , se obtiene

[edit] Materiales

- Sensor de Movimiento Rotacional Pasco

- 2 trozos de hilo

- 2 ganchos con masas

- Balanza digital

- Sistema base para colgar poleas

- Computador con programa Data Studio.

[edit] Procedimiento

1.- Instale el Sensor de movimiento rotacional en la base metálica, y conéctelo a la interfaz. Asegúrese que el cable amarillo esté en el Canal A y el cable negro en el Canal B.

2.- Cuelgue los hilos en las poleas del sensor con las pesas y sus ganchos previamente masadas en la balanza. Ver Figura 8.

3.- Cuando amarre los hilos en las poleas, asegúrese que los nudos queden por detrás de ésta, para no trancar el movimiento.

4.- En el programa Data Studio seleccione el sensor rotacional. En el mismo icono de este sensor seleccione la medición que realizará el sensor, rapidez angular y la frecuencia de muestreo, .

5.- En el programa presione Start, y en ese momento suelta el sistema, presione Stop cuando las pesas hayan terminado su recorrido.

6.- Obtenga el gráfico rapidez angular vs tiempo. Observe la curva obtenida y encuentre el mejor valor para la pendiente del gráfico. Para ello realice un ajuste lineal (incorporado en el programa).

7.- Realice la experiencia nuevamente para 5 pares diferentes de masas colgantes. Repita el punto 6 para cada experiencia. Realice una tabla como la siguiente:

8.- Usando Excel, realice una gráfica de las aceleraciones angulares obtenidas en el punto versus . Interprete físicamente el valor de la pendiente obtenida.