laboratorio cinemática rotacional | Guías, Proyectos, Investigaciones de Física

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

SEGUNDO SEMESTRE 2020

LABORATORIO VIRTUAL

MOVIMIENTO PENDULAR

Asignatura: FÍSICA CALOR Y ONDAS Clase No 5124 (Miércoles - Jueves)

Docente: Clara Inés Ortiz Viviescas Programa: Ciencias Básicas

Semestre: I Fecha de elaboración: 2 de septiembre de 2020

OBJETIVO: Identificar las variables que influyen el periodo de oscilación de péndulos simples

PÁGINA PARA INTERACTUAR CON LA PRÁCTICA EXPERIMENTAL:

https://phet.colorado.edu/sims/html/pendulum-lab/latest/pendulum-lab_es.html

NOMBRES: ____________________________________________ FECHA: ____________________

___________________________________________

____________________________________________

REFERENTES TEÓRICOS

Material de apoyo colgado en el aula virtual.

Generalidades de los péndulos https://www.youtube.com/watch?v=FZOPUJOBaiY

La longitud vs Periodo: https://www.youtube.com/watch?v=lfgBnUMz7Pw

Masas diferentes vs Periodo: https://www.youtube.com/watch?v=9fBr_g1hdV4

Masa y tamaños diferentes vs Periodo: https://www.youtube.com/watch?v=oO29Rwr_kPo

Péndulos y la energía: https://www.youtube.com/watch?v=gMkdZzHrCYY

“Un péndulo simple es un sistema constituido por una partícula de masa m (llamada

lenteja o ) la cual cuelga de un punto fijo mediante una cuerda o hilo inextensible

cuya masa es despreciable”

Algunas de las variables involucradas en la oscilación de un péndulo son:

- Periodo de oscilación: tiempo que emplea la lenteja en volver a su posición inicial.

- Amplitud: Angulo que indica la posición del péndulo con respecto a un eje vertical.

- Longitud del péndulo: Longitud de la cuerda o hilo.

- Lenteja: Masa suspendida del péndulo.

El movimiento que efectuado por un péndulo es un tipo de movimiento

periodo que puede considerarse como movimiento armónico simple si y

solo si la fuerza restauradora está dirigida hacia el punto de equilibrio y si

esta fuerza es proporcional a la elongación (Ley de Hooke).

Esta situación descrita se presenta si tenemos un péndulo simple de

longitud L deslazado de su posición de equilibrio un ángulo  como lo

muestra la figura.

La fuerza restauradora es la fuerza meta que obra sobre la lenteja, igual a la

componente horizontal del peso:

Fs=−mgsenθθ

(1)

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MOVIMIENTO PENDULAR

Asignatura: FÍSICA CALOR Y ONDAS Clase No 5124 (Miércoles - Jueves) Docente: Clara Inés Ortiz Viviescas Programa: Ciencias Básicas Semestre: I^ Fecha de elaboración:^ 2 de septiembre de 2020 OBJETIVO : Identificar las variables que influyen el periodo de oscilación de péndulos simples PÁGINA PARA INTERACTUAR CON LA PRÁCTICA EXPERIMENTAL : https://phet.colorado.edu/sims/html/pendulum-lab/latest/pendulum-lab_es.html NOMBRES: ____________________________________________ FECHA: ____________________

REFERENTES TEÓRICOS

Material de apoyo colgado en el aula virtual. Generalidades de los péndulos https://www.youtube.com/watch?v=FZOPUJOBaiY La longitud vs Periodo: https://www.youtube.com/watch?v=lfgBnUMz7Pw Masas diferentes vs Periodo: https://www.youtube.com/watch?v=9fBr_g1hdV Masa y tamaños diferentes vs Periodo: https://www.youtube.com/watch?v=oO29Rwr_kPo Péndulos y la energía: https://www.youtube.com/watch?v=gMkdZzHrCYY “Un péndulo simple es un sistema constituido por una partícula de masa m (llamada lenteja o ) la cual cuelga de un punto fijo mediante una cuerda o hilo inextensible cuya masa es despreciable” Algunas de las variables involucradas en la oscilación de un péndulo son:

Periodo de oscilación: tiempo que emplea la lenteja en volver a su posición inicial.
Amplitud: Angulo que indica la posición del péndulo con respecto a un eje vertical.
Longitud del péndulo: Longitud de la cuerda o hilo.
Lenteja: Masa suspendida del péndulo. El movimiento que efectuado por un péndulo es un tipo de movimiento periodo que puede considerarse como movimiento armónico simple si y solo si la fuerza restauradora está dirigida hacia el punto de equilibrio y si esta fuerza es proporcional a la elongación (Ley de Hooke). Esta situación descrita se presenta si tenemos un péndulo simple de longitud L deslazado de su posición de equilibrio un ángulo  como lo muestra la figura. La fuerza restauradora es la fuerza meta que obra sobre la lenteja, igual a la componente horizontal del peso:

Fs =− mgsenθθ (1)

donde g es la gravedad y el signo negativo indica que FS está dirigida en dirección opuesta al desplazamiento angular . Dado que FS es proporcional al seno de  y no a  mismo, el

movimiento no es un MAS. Sin embargo, si  es pequeño, entonces senθθ es muy cercano a 

cuando este se especifica en radianes. Entonces tendremos que para ángulos entre 0° y 10°:

Fs =− mgsenθθ≈ − mgθ (2)

Sustituyendo θ =^

x

L

donde L es la longitud del péndulo y x es el arco s tendremos

Fs =− mg

x

L

Efectuando una comparación de esta ecuación con la ecuación de Hooke ( Fs =− kx ) se tiene que

k =

mg

L

Si se sustituye k en la ecuación de periodo para un MAS

T = 2 π

m

k

se tendrá T^ =^2 π

m

mg

L

Entonces T = 2 π

L

g

MATERIALES  INTERACCIÓN CON EL PROGRAMA EN LA SECCIÓN DE INTRODUCCIÓN  Pon a oscilar el péndulo.  Modificar su longitud.  Modificar su masa.  Modifica la gravedad  Instala el cronometro.  Sigue el rastro del movimiento del péndulo.  Ubica el lanzamiento desde un determinado ángulo  Desplazar la regla para medir la altura a la que se encuentra el péndulo  Comparar el comportamiento de dos péndulos en forma simultánea. ACTIVIDAD 1.

En la sección de Laboratorio elabore el montaje para un péndulo simple que tenga 40cm de longitud con una lenteja de 0. 20kg de masa (trabaje con la gravedad de la Tierra). Desplace el péndulo hasta una amplitud de 2° , libérelo y recolecte el periodo de oscilación. Ponga a oscilar el péndulo en movimiento lento para que le sea más sencillo recolectar el valor.

V.D. V.C.

Ahora manteniendo la longitud de 100cm, un lanzamiento desde 10° de amplitud y una masa de 0,8kg, deje oscilar el péndulo en la Luna, en Júpiter y en un planeta X que posee la mayor gravedad. Libere el péndulo y registre en cada uno de estos planetas el periodo de oscilación.
Anexe los datos en una tabla (Tabla 4: Periodo de oscilación del péndulo vs gravedad) identificando la variable independiente (VI), la variable dependiente /VD) y las variables controladas en esta parte del experimento (VC). Tabla 4: Periodo de oscilación del péndulo vs gravedad V.I. V.D. V.C. ANÁLISIS DE RESULTADOS
A partir de los resultados registrados en la Tabla 1, que conclusión puede extraer. Exporte los datos de esta tabla (Tabla 1) a Excel y anexe la gráfica con la cual valida lo expuesto.
A partir de los resultados registrados en la Tabla 2, que conclusión puede extraer. Exporte los datos de esta tabla (Tabla 2) a Excel y anexe la gráfica con la cual valida lo expuesto.
A partir de los resultados registrados en la Tabla 3, que conclusión puede extraer.
Exporte los datos de esta Tabla 3 a Excel. ¿Qué línea de tendencia le asignaría para obtener la gráfica? Anexe la gráfica.

Tome los valores registrados en la Tala 3 y elabore una nueva Tabla 5 para L v T^2. Exporte los datos a Excel. ¿Qué gráfica obtiene ahora? Anexe la gráfica. Tabla 5. V.I. V.D.
A partir de la gráfica que relación debe establecerse entre el periodo de oscilación de un péndulo y la Longitud. Argumente.
Exporte los datos de esta Tabla 4 a Excel. ¿Qué línea de tendencia le asignaría para obtener la gráfica? Anexe la gráfica.

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Fs =− mgsenθθ (1)

movimiento no es un MAS. Sin embargo, si  es pequeño, entonces senθθ es muy cercano a 

Fs =− mgsenθθ≈ − mgθ (2)

Sustituyendo θ =^

x

L

Fs =− mg

x

L

Efectuando una comparación de esta ecuación con la ecuación de Hooke ( Fs =− kx ) se tiene que

k =

mg

L

T = 2 π

m

k

se tendrá T^ =^2 π

m

mg

L

Entonces T = 2 π

L

g