LABORATORIO DE FÍSICA II – 11ª Edición DAFI – FCF – UNMSM OSCILACIONES EXPERIENCIA N° 03 I. OBJETIVO USO DE SIMULADORES PHET Investigar sobre el movimiento armónico simple (MAS) de cuerpos elásticos. II. MATERIALES / EQUIPOS 1 resorte de acero. 1 regla milimetrada. 1 juego de pesas. 1 cronómetro. III. FUNDAMENTO TEÓRICO Un movimiento periódico de un sistema es aquel que se repite continuamente en intervalos iguales de tiempo. Siempre tiene una posición de equilibrio. Un movimiento oscilatorio periódico se dice que es armónico cuando la información que se obtiene en cada oscilación es la misma. El tiempo que dura una oscilación se llama PERÍODO (T). El número de oscilaciones en el tiempo es la FRECUENCIA (f). El desplazamiento desde el punto medio de la trayectoria se denomina ELONGACIÓN (x). La elongación máxima es la AMPLITUD (A). Un tipo de movimiento oscilatorio lineal resulta cuando la fuerza actuante es opuesta y proporcional al desplazamiento (recuperadora), esto es, F kx (ley de Hooke). Este tipo de movimiento se denomina armónico simple (MAS). Cinemática del MAS. Las cantidades cinemáticas del MAS son las siguientes: x Asen(t ) Posición (1a ) Donde: A es la amplitud, 2 / T es la frecuencia angular, t el tiempo y fase inicial. Velocidad v A cos(t ) (1b ) Aceleración a 2 Asen(t ) 2 x la (1c ) Dinámica del MAS. Las cantidades dinámicas del MAS son las siguientes: Fuerza Elástica: F kx (2 ) d 2x Fuerza Inercial: F m dt 2 d 2x kx De las ecuaciones (2), m dt 2 EXP. N° 03 – OSCILACIONES (2a ) (3a ) 1 LABORATORIO DE FÍSICA II – 11ª Edición 1/ 2 Donde (k / m) DAFI – FCF – UNMSM d 2x 2x 0 2 dt (3b ) La ecuación (1a) satisface a (3b), y precisamente es su solución; se cumple cuando el bloque se mueve alrededor del punto de equilibrio. IV. PROCEDIMIENTO MONTAJE SIMULADORES PHET. Monte el equipo, como muestra el diseño experimental (Diseño PHET) 1. 2. Escriba el valor de la constante elástica del resorte (obtenida en la experiencia anterior. 1 – Constante elástica de un resorte): k = ………………. Determinación del Periodo de Oscilación El período de oscilación del sistema se determina mediante la ecuación: m m r 3 T 2 k 3. Desplace verticalmente esta pesa una distancia pequeña A = ………….. y déjela oscilar libremente. Describa el tipo de movimiento del sistema: ………………………...........….…………………………………………………………………………...........…. ……………………………………………………………………………………………………………………………… 4. Con el cronómetro a cero. Luego mida el tiempo para diez oscilaciones empezando a contar desde cero y determine el periodo de oscilación T t / 10 . Anote sus datos en la Tabla 1. Tabla 1 m (kg) 1 2 3 4 5 5. (Pesa + Porta pesa) t (10 osc.) 0.1 0.13 0.16 0.19 0.22 8.13;7.95;8.08; =8.05 9.11;9.33;9.01; =9.15 10.13 ;10.23;10.18; =10.18 11.05;11.21;11.16; =11.10 11.81;11.85;11.60; =11.75 T (s) 0.81 0.92 1.02 1.11 1.76 T2 (s2 ) 0.6560 0.846 1.04 1.23 3.019 Repita el paso (3) utilizando cada vez pesas de mayor valor. Anote los datos en las columnas correspondientes y complete la Tabla 1. Haga los siguientes gráficos: T versus m, T 2 versus m. EXP. N° 03 – OSCILACIONES 2 LABORATORIO DE FÍSICA II – 11ª Edición DAFI – FCF – UNMSM ¿Ambas gráficas son rectas? ………………………...........….………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………........................................................ Analice por qué son así estas curvas: ………………………...........….…………………………………………………………………………...........…. ……………………………………………………………………………………………………………………………… A partir de la gráfica T2 versus m, determine el valor de la masa del resorte. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........…. ………………………………………………………………………………………………………………………………. Determine la frecuencia angular natural de oscilación. Opere: ………………………...........….…………………………………………………………………………...........…. ………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………… ¿Influye el cambio de amplitud en el periodo? ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ¿Influye el cambio de pesas en el periodo de oscilación? ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… V. EVALUACIÓN 1. Determine la masa del resorte encontrada en la gráfica. ………………………...........….………………………………………………………………………….... .......….………………………………………………………………………………………………………… ………………………..………………………...........….………………………………………………… ………………………...........….…………………………………………………………………………… 2. Determine el error porcentual en el periodo calculado y el periodo medido. …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………...........….………………………………………………… ………………………...........….…………………………………………………………………………… 3. ¿Hay diferencia? Si fuere así, ¿a qué atribuye usted esta diferencia? ………………………...........….………………………………………………………………………….... .......….………………………………………………………………………………………………………… ………………………….………………………...........….………………………………………………… ………………………...........….…………………………………………………………………………… VI. CONCLUSIONES ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………...……………………...........….…………………………………………………………………………....... ....….……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………….………………………...........….……………………………………………………… …………………...........….……………………………………………………………………………………………………. EXP. N° 03 – OSCILACIONES 3
