Introducción a la Física Experimental

Universidad de La Laguna

PLANO INCLINADO Para la realización de esta práctica el alumno deberá venir al laboratorio provisto con hojas de papel milimetrado.

Objetivo: Verificar experimentalmente la descomposición de fuerzas en un plano inclinado.

Material: 2 rieles de 30 cm 1 pieza de unión 1 varilla soporte 1 soporte de la varilla 1 jinetillo con tornillo 1 porta dinamómetro 1 dinamómetro 1 carro para experimento 1 bobina de hilo 1 pesa de 50g con ranura 6 pesas con gancho 1 pie de trípode con varilla y nuez 1 pie de trípode 1 regla graduada

Figura 1.

Introducción: En esta práctica se comprobarán distintas relaciones de carácter vectorial (suma y descomposición) para las fuerzas que actúan sobre un cuerpo situado sobre un plano inclinado. Si colocamos un cuerpo de masa m sobre un plano inclinado de ángulo α y escogemos un sistema de ejes cartesianos de tal forma que uno de los eje lo tomamos paralelo al plano inclinado y el otro perpendicular al mismo, podemos descomponer su peso, W, en dos componentes: Wx a lo largo del plano inclinado. Wy, en la dirección del eje perpendicular (o normal) al plano inclinado.

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Si consideramos que el cuerpo se encuentra en todo momento en equilibrio estático y sujeto por un extremo por medio de un dinamómetro, las fuerzas que actúan sobre el sistema se pueden representar esquemáticamente en la figura 2, donde Fdin es la fuerza que mide el dinamómetro y N es la fuerza de reacción del plano inclinado sobre el cuerpo.

y Fdin

N Wx

h

x

Wy W

α

l

Figura 2.

Por lo tanto, podemos escribir los módulos de las componentes del peso de la siguiente manera: Wx= m g senα = Fdin Wy= m g cosα = N.

Realización práctica: 1. Realizar el montaje descrito en la figura 1. No separar los 2 rieles. No intentar separar el dinamómetro del portadinamómetro. Se aconseja sujetar el montaje por los dos lados con la ayuda de los dos pies de trípodes para evitar que el sistema deslice. 2. Determinar los pesos del carro y de las pesas con gancho. Para tal objetivo colocar el dinamómetro en el soporte con varilla y nuez. Antes de la realización de las medidas se debe comprobar que el dinamómetro está enrasado a cero.

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3. Para un mismo ángulo α determinar las componentes Wx y Wy. El ángulo α se determina a partir de la altura h y la longitud l. 4. Comprobar que Wx= Fdin, donde Fdin es la fuerza que señala el dinamómetro. Comprobar que Wy = N. 5. Repetir este proceso para 5 masas diferentes y rellenar la tabla de datos correspondiente (tabla 1). 6. Representar gráficamente: (a) la fuerza normal (N) frente al peso (W). (b) la fuerza medida por el dinamómetro (Fdin) frente al peso (W). 7. Ajustar mediante mínimos cuadrados la gráfica (b). Obtener el ángulo que forma el plano inclinado mediante la pendiente de la recta ajustada y comparar este valor con el calculado utilizando la altura y longitud del plano inclinado. 8. Para una misma masa m y 5 ángulos diferentes determinar las componentes Wx y Wy para cada una y rellenar la tabla de datos correspondiente (tabla 2). . 9. Comprobar para cada caso que Wx=Fdin, donde Fdin es la fuerza que señala el dinamómetro. Comprobar que Wy = N. 10. Representar gráficamente: (a) la fuerza normal (N) frente al ángulo (α). (b) la fuerza medida por el dinamómetro (Fdin) frente al ángulo (α). Comentar las diferencias entre las dos gráficas. 12. Comprobar la siguiente relación para dos ángulos diferentes y dos masas diferentes: (mg)2=(mgcosα)2+F2din

W=mg = (W2x +W2y)0.5

NOTA: •

Al terminar la realización de esta práctica el alumno debe entregar; ANTES DE SALIR DEL LABORATORIO, al profesor encargado, la hoja de resultados que se adjunta.

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PLANO INCLINADO ALUMNO:......................................... GRUPO:..................... DIA:.................... PROFESOR ENCARGADO:..........

Tabla 1: Longitud (m) = Altura (m) = Ángulo de inclinación: (Detalle de los cálculos realizados)

m(kg)

W (N)

Wx (N)

Fdin±∆Fdin(N)

Comprobación del punto (9) del guión de prácticas:

Representación de las gráficas (a) y (b): Ajuste por mínimos cuadrados de la gráfica (b): Cálculos detallados:

Recta de ajuste y=ax+b:

Wy(N)

N (N)

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Ángulo del plano inclinado α: (Detalle de los cálculos) Comparación con el valor de α calculado trigonométricamente:

Tabla 2: Masa utilizada m(kg): h (m)

l (m)

α

Wy (N)

Wx (N)

Representación de las gráficas ( a) y (b): Comprobación del punto 12 del guión de prácticas:

Fdin (N)

N(N)

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