Fuerzas en un Elevador (Fis 151/Fis 1513)

Fuerzas en un Elevador

Objetivo

Estudiar las fuerzas que actuan sobre una masa en el interior de un elevador.

Introducción

¿Qué ocurre en el interior de un ascensor que acelera hacia arriba o hacia abajo? En la figura 0 aparece una mujer de pie sobre una balanza y el ascensor tiene una aceleración “a” hacia arriba. Las fuerzas que actúan sobre la mujer son dos: la fuerza peso (P = mg) y la fuerza que la balanza ejerce sobre ella (N). Ésta, según el principio de acción y reacción, es la misma fuerza que ejerce sobre la balanza, pero en sentido opuesto. Aplicando la segunda ley de Newton sobre la mujer llegamos a la ecuación,

y despejando la fuerza Normal, tenemos que

Materiales

- Sistema Reticulado Pasco

- Sensor de Movimiento Rotacional (RMS)

- Barras

- Prensas C

- 1 Celda de Carga

- Porta masa

- Masa de aprox .

- PC con Programa Data Studio

Construcción del Elevador

1.- Arme los dos costados del elevador como indica la figura 1.

2.- Use las vigas 3 como puntales para conectar los costados del elevador.

3.- Arme el sostenedor de masa (Figura 2) y ubíquelo en el elevador.

4.- Corte una cuerda de 2 metros de longitud. Utilice un sujeta cable y un conector deslizante para fijar la viga superior del elevador.

5.- Ajuste el sensor de movimiento rotacional (RMS)en una barra y ajuste todo el sistema armado en los pasos anteriores al mesón del laboratorio. Deberá utilizar dos soportes universales, en uno de los cuales deberá poner una masa en su base, de tal modo que haga de contrapeso en el sistema.(Tenga precaución con este peso)

6.- Inserte el cilindro de masa sobre el sostenedor.

Análisis

Parte I

1.- Grafique la fuerza normal versus la aceleracion del ascensor para predecir la fuerza que la celda de carga medirá cuando el ascensor:

a) está en reposo

b) se desplaza hacia arriba con aceleración constante

c) se desplaza hacia abajo con aceleración constante

2.- Prediga la fuerza Normal actuante sobre la masa, bajo las siguientes condiciones:

a) elevador en reposo

b) elevador moviéndose a velocidad constante Realice el diagrama de fuerzas respectivos para a) y b)

3.- Prediga donde la masa experimentará la fuerza normal máxima y mínima durante la siguiente trayectoria:

a) el elevador en reposo en el suelo

b) el elevador comienza a ascender

c) el elevador finalizando la trayectoria en la parte superior del ascenso.

Parte II: Actividad con Data Studio

Montaje y configuración de los Sensores

El RMS va conectado a Intefaz Science Workshop (Interfaz negra). La celda de carga va conectada a Interfaz Pasport (Interfaz azul). Con el RMS deberá medir velocidad del elevador. La celda de carga medirá la fuerza normal en la masa utilizada (aprox. .).

1.- Conecte el RMS a la interfaz Pasco Science Workshop y calibre el sensor de la siguiente manera:

a) Presionar: Añadir sensor o Instrumento.

b) Luego en la opción MEDIDAS, seleccione Velocidad-Canales 1 y 2.

c) Escala lineal, seleccione otro.

d) Distancia de una rotación:

e) velocidad de Muestreo:

El diámetro de la polea es de .

2.- Ahora conecte la celda de carga en al interior del elevador y luego al Amplificador de carga en el canal 1. Conecte el amplificador al sistema interfaz Pasport-PC. Configure el muestreo de datos en , como indica la Figura 4

3.- Ejecute el software para registrar la fuerza detectada al interior del elevador. Para ello deberá observar el registro a través del gráfico. Ver Figura 5

4.- Antes de posicionar la masa al interior del elevador, presione el botón ZERO (Tare) en el amplificador de carga.

NOTA: En esta experiencia Ud. tendrá que tener 2 programas simultáneos en ejecución. El Programa Data Studio para la Interfaz ScienceWorkshop y para la Pasport

Procedimiento

1.- Antes de haber comenzado el movimiento, un compañero de grupo debe comenzar a registrar el recorrido (INICIO) en el programa Data Studio.

2.- Deslice la cuerda sobre la polea. Comience a subir el elevador desde el suelo con la mano. Ud. deberá darle al movimiento una aceleración inicial y luego manejar el movimiento de frenado.

3.- Lleve el elevador, hasta la parte superior del sistema y detenga el movimiento un poco antes de llegar a la polea. En ese momento, su compañero de grupo deberá presionar STOP en el programa.

Preguntas:

1.- En la grafica velocidad vs tiempo, identifique la zona en la cual la aceleración es constante.

2.- En el gráfico el la Fuerza (Celda de Carga) vs tiempo, identifique el intervalo de tiempo que representa aceleración constante. Obtenga el valor medio.

3.- Calcule el valor de la Fuerza Normal de acuerdo al modelo, dada la aceleración obtenida experimentalmente. Compare el valor calculado de la Fuerza con el obtenido en el punto 2. Comente sobre las discrepancias que puedan haber.

4.- Repita el procedimiento anterior, pero con el elevador moviéndose hacia abajo