LEY DE HOOKE. - FISICA - GRADO 10

 

INSTITUCIÓN EDUCATIVA TECNICA AGROPECUARIA PALERMO

ÁREA: FÍSICA

GUÍA DE LABORATORIO No. 3

LEY DE HOOKE

Análisis de la relación entre la fuerza aplicada y la deformación de diferentes bandas elásticas

Grado: 10°

Tiempo: 2 horas

Trabajo: Grupos de 3 estudiantes

Nombre: ________________________________________________

Curso: _______________________

Fecha: _______________________

Docente: _______________________________________________

 

LOGRO

Comprende y verifica experimentalmente la Ley de Hooke mediante el análisis del comportamiento de diferentes bandas elásticas sometidas a distintas cargas, estableciendo la relación entre fuerza y deformación.

 

OBJETIVOS

Al finalizar el laboratorio el estudiante estará en capacidad de:

• Reconocer el comportamiento de materiales elásticos.
• Aplicar la Ley de Hooke mediante un experimento.
• Medir correctamente deformaciones utilizando instrumentos de medición.
• Analizar la relación entre masa, fuerza y desplazamiento.
• Registrar información experimental en tablas.
• Elaborar gráficas e interpretar resultados.
• Formular conclusiones con base en la evidencia obtenida.

 

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

¿Qué es la elasticidad?

La elasticidad es la propiedad que poseen algunos materiales para deformarse cuando reciben una fuerza y recuperar su forma original al desaparecer dicha fuerza. Cuando la fuerza aplicada supera el límite elástico, el material puede deformarse de manera permanente o romperse.

Ejemplos de materiales elásticos:

• Resortes.
• Bandas de caucho.
• Cables.
• Suspensiones de vehículos.
• Llantas.

 

La Ley de Hooke establece que la deformación o estiramiento (x) que sufre un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza (F) aplicada sobre él:

F = k x

Donde:

• F: Fuerza aplicada en Newtons (N). Se calcula a partir de la masa total de la volqueta cargada: F = mg (asumiendo g aprox 9.8 (m/s^2).
• k: Constante elástica de la banda (indica la rigidez de la banda).
• x: Deformación o estiramiento del material (x = L(final) - Lo).

 

Fuerza Peso

La masa colocada dentro de la volqueta produce una fuerza debido a la gravedad.

F=m×g

donde

g = 9,8 m/s²

 

Pregunta de investigación

¿Qué ocurre con el desplazamiento o estiramiento de una banda elástica cuando aumenta progresivamente la masa aplicada?

 

HIPÓTESIS

Antes de comenzar escriba su hipótesis.

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MATERIALES

• Volqueta de juguete.
• Arena.
• Bandas elásticas redondas.
• Bandas elásticas planas de diferentes anchos.
• Balanza digital (gramos).
• Regla.
• Flexómetro.
• Cuaderno.
• Lápiz.

 

NORMAS DE SEGURIDAD

• Manipule cuidadosamente las bandas.
• No sobreestire el material.
• Evite lanzar arena.
• Tome las mediciones con precisión.
• Trabaje colaborativamente.
• Registre todos los datos.

 

PROCEDIMIENTO

PARTE I

Observación inicial

Observe cuidadosamente las bandas.

Complete.

Banda	Forma	Espesor	Ancho	Longitud	Observaciones
A
B
C

PARTE II

Medición inicial

Mida la longitud sin carga.

Banda	Longitud inicial (cm)
A
B
C

 

PARTE III

Preparación de las cargas

Con ayuda de la balanza pese diferentes cantidades de arena.

Se recomienda utilizar aproximadamente:

• 100 g
• 200 g
• 300 g
• 400 g
• 500 g

Anote las masas reales.

Ensayo	Masa (g)
1
2
3
4
5

 

EXPERIMENTO 1

Predicción

Antes del experimento responda.

¿Cuál banda cree que se estirará más?

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¿Cuál soportará mayor carga?

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¿Por qué?

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EXPERIMENTO 2

Medición de la deformación

Instale la primera banda.

Coloque la primera masa.

Mida el desplazamiento.

Repita con las cinco masas.

Banda A

Masa (g)	Longitud final (cm)	Deformación (cm)

Repita exactamente el procedimiento con las bandas B y C.

 

Banda B

Masa (g)	Longitud final	Deformación

 

Banda C

Masa	Longitud final	Deformación

 

EXPERIMENTO 3

Conversión de unidades

Complete.

Masa (g)	Masa (kg)

 

EXPERIMENTO 4

Cálculo de la fuerza

Utilice

F=m×9,8

Masa (kg)	Fuerza (N)

 

EXPERIMENTO 5

Cálculo de la deformación

Utilice

Δx=Lf−Li

Complete todas las tablas anteriores.

 

EXPERIMENTO 6

Comparación de resultados

Complete.

Banda	Máxima deformación	Observación
A
B
C

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Responda.

¿Cuál presentó mayor deformación?

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¿Cuál fue la más rígida?

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¿Cuál soportó mayor fuerza?

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EXPERIMENTO 7

Recuperación de la forma

Retire toda la carga.

Espere un minuto.

Observe.

Banda	Recuperó su longitud	Sí	No
A
B
C

Explique.

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EXPERIMENTO 8

Límite elástico

Aumente lentamente la carga.

Observe.

¿Cuándo dejó de comportarse de forma elástica?

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EXPERIMENTO 9

Elaboración de gráficas

Construya las siguientes gráficas.

Gráfica 1

Masa (g) vs Deformación (cm)

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Gráfica 2

Fuerza (N) vs Deformación (cm)

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Gráfica 3

Comparación entre las tres bandas.

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EXPERIMENTO 10

Determinación de la constante elástica

Seleccione tres datos experimentales.

Calcule

k=Fx=​

Fuerza	Deformación	Constante k

¿Qué banda presenta el mayor valor de k?

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¿Qué significa ese resultado?

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ANÁLISIS DE RESULTADOS

Responda de forma argumentada.

1. ¿Qué ocurrió con el desplazamiento al aumentar la masa?

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2. ¿Existe una relación entre masa y deformación? Explique.

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3. ¿Todas las bandas respondieron igual? ¿Por qué?

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4. ¿Qué material recomendaría para fabricar el sistema de suspensión de un vehículo de juguete? Justifique.

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5. ¿Qué sucedería si la masa siguiera aumentando indefinidamente?

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6. ¿Cómo influye el diámetro o el ancho de la banda en su comportamiento?

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PREGUNTAS TIPO ICFES

1. En el laboratorio se observa que, al duplicar la masa colocada sobre la volqueta, la deformación de una banda también se duplica. Esto indica que la banda:

A. Perdió su elasticidad.

B. Se comporta de acuerdo con la Ley de Hooke dentro de su límite elástico.

C. Disminuyó su masa.

D. Cambió su composición química.

 

2. ¿Cuál es la variable independiente del experimento?

A. La deformación.

B. El tipo de banda.

C. La masa aplicada.

D. La longitud final.

 

3. La deformación de una banda depende principalmente de:

A. Su color.

B. La fuerza aplicada y las propiedades del material.

C. El tiempo del experimento.

D. La temperatura ambiente únicamente.

 

4. Si una banda requiere mayor fuerza para producir el mismo estiramiento que otra, significa que:

A. Tiene una constante elástica mayor.

B. Tiene menor masa.

C. Es más liviana.

D. Posee menor elasticidad.

 

5. ¿Qué instrumento permite determinar la fuerza aplicada de manera indirecta en este laboratorio?

A. El flexómetro.

B. La balanza, al medir la masa y calcular el peso.

C. La regla.

D. El cuaderno.

 

6. ¿Qué evidencia experimental indica que una banda superó su límite elástico?

A. Recupera completamente su longitud inicial.

B. Presenta deformación permanente después de retirar la carga.

C. Se estira proporcionalmente a la fuerza.

D. Mantiene constante su longitud.

 

7. En una gráfica Fuerza vs. Deformación para un material elástico ideal, la relación esperada es:

A. Una línea recta creciente.

B. Una línea recta decreciente.

C. Una línea horizontal.

D. Una curva sin tendencia definida.

8. ¿Por qué es importante realizar varias mediciones con diferentes masas?

A. Para obtener datos suficientes que permitan identificar la relación entre fuerza y deformación y reducir errores experimentales.

B. Para cambiar las propiedades de la banda.

C. Para disminuir la gravedad.

D. Para aumentar la precisión de la balanza.

 

9. Si dos bandas tienen la misma longitud inicial pero una se deforma menos con la misma carga, se concluye que:

A. Es más rígida y posee una mayor constante elástica.

B. Tiene menor masa.

C. Es menos resistente.

D. Su longitud inicial era incorrecta.

 

10. La principal conclusión que se espera verificar con este laboratorio es que:

A. La deformación de un material depende de la fuerza aplicada y de sus propiedades elásticas.

B. Todas las bandas se comportan exactamente igual.

C. La masa no influye en la deformación.

D. El color de la banda determina su elasticidad.

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CONCLUSIONES

Escriba tres conclusiones fundamentadas en los resultados experimentales.

1. ---

2. ---

3. ---

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RETO DE INGENIERÍA

Con base en los resultados obtenidos, diseñen una propuesta para el sistema de suspensión de una volqueta de juguete. Elaboren un esquema indicando:

• La banda seleccionada.
• La carga máxima recomendada.
• La justificación técnica basada en las mediciones y cálculos realizados.
• Dos posibles aplicaciones de ese tipo de banda en la vida cotidiana.

 

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Criterio	Valor
Participación y trabajo colaborativo	15 %
Manejo adecuado de materiales e instrumentos	15 %
Registro organizado y preciso de datos	20 %
Cálculos y representación gráfica	20 %
Análisis e interpretación de resultados	20 %
Conclusiones y respuestas tipo ICFES	10 %

Logro esperado: El estudiante verifica experimentalmente la Ley de Hooke, relacionando la fuerza aplicada con la deformación de diferentes bandas elásticas, interpreta datos y gráficas, y utiliza la evidencia obtenida para explicar el comportamiento elástico de los materiales y proponer aplicaciones en contextos reales.