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Fisica 2° · 2024
Libro de Física 2 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

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Ley de Hooke: determinar longitud inicial del resorte y masa desconocida

📄 ejercicios fisica 🎓 bachillerato · 2° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

Longitud inicial del resorte: 5,00 cm. Masa del cuerpo desconocido: 20 g (0,020 kg). Fuerza resultante: 0,20 N.

📚 exercise fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 4 min lectura

Solución — Página 87

Fisica 2° · 2024

b
Ejercicio b

Establecer la longitud inicial del resorte y la masa del cuerpo desconocido a partir de la imagen proporcionada.

  1. Identificar los datos de la tabla: La tabla muestra un único registro con Posición = 6{,}91 \, \text{cm} y Alargamiento = 1{,}91 \, \text{cm}. La masa y la fuerza están desconocidas (se preguntan).

  2. Determinar la longitud inicial del resorte: La posición representa la longitud total del resorte con la masa colgada. El alargamiento es la diferencia entre la longitud con carga y la longitud inicial. Por lo tanto:

L_{\text{inicial}} = \text{Posición} - \text{Alargamiento} = 6{,}91 - 1{,}91 = 5{,}00 \, \text{cm}

  1. Identificar la masa del cuerpo desconocido: En la imagen se observa un fiador con una masa desconocida (?) y debajo se etiqueta 20 g, que corresponde a una de las tres masas disponibles (5 g, 10 g, 20 g). La masa colgada es:

m = 20 \, \text{g} = 0{,}020 \, \text{kg}

  1. Calcular la fuerza (peso) que ejerce esta masa: Usando F = m \cdot g con g = 9{,}8 \, \text{m/s}^{2}:

F = 0{,}020 \times 9{,}8 = 0{,}196 \, \text{N} \approx 0{,}20 \, \text{N}

  1. Verificar con la Ley de Hooke (opcional): Si el alargamiento es 1{,}91 \, \text{cm} = 0{,}0191 \, \text{m}, la constante de rigidez sería:

k = \frac{F}{\Delta x} = \frac{0{,}196}{0{,}0191} \approx 10{,}3 \, \text{N/m}


Nota sobre el gráfico de la página

La página incluye una cuadrícula vacía para graficar los datos experimentales (posición vs. masa, o alargamiento vs. fuerza). Con los datos disponibles se puede iniciar una tabla de al menos tres puntos usando las masas de 5 g, 10 g y 20 g para construir la recta característica de la Ley de Hooke.

Respuesta

La longitud inicial del resorte es 5{,}00 \, \text{cm}, la masa del cuerpo desconocido es 20 \, \text{g} (0{,}020 \, \text{kg}) y la fuerza (peso) resultante es \approx 0{,}20 \, \text{N}.

Contenido de la página

Actividad b)

Establezco la longitud inicial del resorte y de la masa del cuerpo desconocido. Tomo en cuenta la siguiente imagen:

Tabla de datos

Masa (g) Fuerza (N) Posición (cm) Alargamiento (cm)
? ? 6.91 1.91

Dispositivo experimental

  • Un resorte se cuelga de un soporte fijo.
  • En el extremo inferior se suspende un fiador con una masa desconocida ((?)).
  • Debajo del fiador se indica la masa utilizada: 20 g.
  • Una regla vertical (de 0 a 18 cm) mide la posición del extremo del resorte.
  • Las masas disponibles para el experimento son de 5 g, 10 g y 20 g.

Fuentes de la actividad

Espacio para gráfico

Se incluye una cuadrícula vacía para graficar los datos experimentales (posición o alargamiento vs. masa o fuerza).

Ejemplos resueltos

Un resorte con posición de 6,91 cm y alargamiento de 1,91 cm tiene colgada una masa de 20 g. Determinar la longitud inicial del resorte y la fuerza que ejerce la masa.

  1. L_{\text{inicial}} = 6{,}91 - 1{,}91 = 5{,}00 \, \text{cm}
  2. m = 20 \, \text{g} = 0{,}020 \, \text{kg}
  3. F = 0{,}020 \times 9{,}8 = 0{,}196 \, \text{N} \approx 0{,}20 \, \text{N}

Tablas (2)

Masa (g) Fuerza (N) Posición (cm) Alargamiento (cm)
? ? 6.91 1.91
Masa disponible Valor
Pesas 1 5 g
Pesas 2 10 g
Pesas 3 20 g

Fórmulas y ecuaciones

L_{\text{inicial}} = \text{Posición} - \text{Alargamiento} = 6{,}91 - 1{,}91 = 5{,}00 \, \text{cm}

F = m \cdot g = 0{,}020 \, \text{kg} \times 9{,}8 \, \text{m/s}^2 = 0{,}196 \, \text{N}

k = \frac{F}{\Delta x} = \frac{0{,}196 \, \text{N}}{0{,}0191 \, \text{m}} \approx 10{,}3 \, \text{N/m}

L_{\text{inicial}} = \text{Posición} - \text{Alargamiento}

F = m \cdot g

F = k \cdot \Delta x

k = \frac{F}{\Delta x}

Glosario (6)

Alargamiento
Aumento de longitud que experimenta un resorte cuando se le aplica una fuerza; se denota Δx y se expresa en centímetros o metros.
Ley de Hooke
Principio físico que establece que la fuerza restauradora de un resorte es directamente proporcional a su alargamiento: F = -k·Δx.
Constante de rigidez (k)
Constante que caracteriza la dureza de un resorte; mide la fuerza necesaria por unidad de alargamiento, en N/m.
Posición
Longitud total del resorte con la masa colgada, medida desde el punto de fijación superior con una regla.
Fuerza de restauración
Fuerza que ejerce un resorte estirado o comprimido para retornar a su longitud de reposo.
Peso
Fuerza con la que la gravedad actúa sobre un cuerpo; se calcula como F = m·g.

Preguntas para practicar

¿Por qué es necesario conocer la longitud inicial de un resorte antes de realizar un experimento de Ley de Hooke?

La longitud inicial permite calcular el alargamiento (Δx = longitud con carga − longitud inicial), que es la magnitud fundamental que aparece en la Ley de Hooke F = k·Δx. Sin ella, no podríamos relacionar la fuerza aplicada con la deformación del resorte, ya que el alargamiento es el aumento de longitud respecto a la posición de reposo.

¿Qué relación se espera observar entre la masa colgada y el alargamiento del resorte?

Se espera una relación directamente proporcional: a mayor masa (y por lo tanto mayor fuerza), mayor alargamiento, siempre que no se supere el límite elástico del resorte. Al graficar alargamiento vs. masa se obtiene una recta que pasa por el origen cuya pendiente está relacionada con la constante de rigidez k.

Temas y conceptos clave

Ley de HookeAlargamiento de resortesLongitud inicial de un resorteDeterminación de masa desconocida mediante resorteposiciónalargamientomasafuerzalongitud inicialconstante de rigidezLey de Hooke

Fuentes y referencias

  • https://n9.cl/gtcon
  • https://www.educaplus.org/game/ley-de-hooke
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Figuras de la página (1)

Captura del simulador educaplus de Ley de Hooke: un resorte cuelga de un soporte fijo, con un fiador en el extremo inferior que lleva una masa desconocida (marcada con ?) y la etiqueta 20 g debajo. Una regla vertical (0 a 18 cm) mide la posición del extremo del resorte; un marcador rosa señala la posición alrededor de 5-6 cm.
Figura 1 image

Preguntas que la gente también hace

¿Cómo se calcula la longitud inicial de un resorte si se conoce la posición con carga y el alargamiento?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Qué es el alargamiento en la Ley de Hooke y cómo se relaciona con la fuerza aplicada?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Cómo se determina la constante de rigidez de un resorte experimentalmente?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
📌 Antes de leer esto
  • • Unidades de masa (gramos a kilogramos)
  • • Relación fuerza-peso F = m·g
  • • Concepto de alargamiento (Δx)
  • • Uso de una regla para medir longitud en centímetros
Siguiente tema sugerido
Gráfica de fuerza vs. alargamiento y cálculo de la constante de rigidez del resorte
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b) Establezco la longitud inicial del resorte y de la masa del cuerpo desconocido. Tomo en cuenta la siguiente imagen:

Masa | Fuerza |Posición Alargamiento (9) (N) (cm) (cm)

2 ? 6,91 1,91

Fuente: https://n9.cl/gtcon

Fuente: https://www.educaplus.org/game/ley-de-hooke

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