Abril 2,2009 física Código: básicas Laboratorio física calor y ondas norte-Colombia Alexander Márquez rodríguez moreno pautt
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Departamento de Ciencias universidad del
Andrea
Ing eniería
Bresnev oliveros taborda
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RESUMEN En este informe, se explicara el efecto y los fenómenos que ocurren en un péndulo físico al ser balanceado de un punto inicial con respecto al eje horizontal con un Angulo no mayor de 15 grados, se espera tener conclusiones congruentes con los conceptos del marco teórico y los aprendidos en clase. ABSTRAC In this report, one was explaining the effect and the phenomena that happen in a physical pendulum on having been balanced of an initial point with regard to the horizontal axle by a not major Angle of 15 degrees, one expects to have congruent conclusions with the concepts of the theoretical frame and the learned ones in class. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: •
Analizar las características de un péndulo físico, y determinar su momento de inercia.
OBJETIVOS ESPECIFICOS •
Analizar por medio de esta práctica, el movimiento de un péndulo.
•
Tener claro cada uno de los componentes de un péndulo físico.
•
Determinar el momento de inercia del péndulo.
INTRODUCCIÓN E n el estudio de los movimiento periódico de la materia y los efectos de oscilación que presentan algunos cuerpos en movimiento, el hombre descubrió muchas aplicaciones directas para el desarrollo, en efecto de cosas más precisas, dado el caso de los relojes y las maquinarias que usan de base ecuaciones que derivan del estudio del péndulo físico.
Péndulo físico El físico y astrónomo italiano galileo Galilei, en su búsqueda científica de la sabiduría, encontró interesante, el movimiento que describía un péndulo al ser despedido de cierta altura con una inclinación determinada menor de 15 grados para ser balanceado. Determino que el periodo de oscilación era independiente de la masa del cuerpo en el extremo de la cuerda y de la amplitud del movimiento, al concluir que solo dependía de la longitud de la cuerda del extremo a extremo de ella.
MARCO TEÓRICO PÉNDULO FÍSICO: El péndulo físico, también llamado péndulo mixto, consiste en un compuesto formado por un cuerpo rígido de forma irregular, móvil en torno a un punto o a eje fijos, y que oscila solamente por acción de su peso.
Por el teorema de steiner de los ejes paralelos, determinamos el momento de inercia para la varilla con un eje fijo y de ubicación cambiante. I cm es el momento de inercia de toda la barra, M es la masa de toda la varilla y y, es la distancia del primer punto de giro hasta orificio siguiente en la barra.
al cambiar de posición al orificio de rotación, el momento de inercia de toda la varilla cambia según esta fórmula:
Péndulo físico
En la formula (1), denotamos que esta solo nos sirve para la barra en el orificio del eje inicial.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Teniendo conectadas las clavijas de sensor y el interfaz al computador, se procede a abrir el software Data Studio. 2. Se ajusta la frecuencia del sensor a 25 Hz. 3. En el sensor de rotación, se suspende el péndulo en el primer orificio, se mide el brazo de giro (d), y el delta (δ)-. 4. Luego de haber tomado estos datos, ponemos a oscilar el péndulo a un ángulo menor de 15º. 5. Al soltarlo, damos inicio al software para que nos arroje la grafica posición vs tiempo. 6. Con base a la grafica obtenida, se ajusta la grafica con un ajuste sinusoidal para obtener el periodo (T). 7. Se repite el procedimiento de 3 a 6 hasta llegar al punto medio del péndulo. ANÁLISIS DE DATOS OBTENIDOS En la figura 1, como se muestra, los datos del periodo disminuyen a medida que disminuye la medida del brazo de giro. Es lógico pensar que al ser el brazo más corto, el tiempo en que demora para oscilar de un punto a otro es menor que para un brazo más largo. Esto es lo que pretendemos concluir al finalizar este informe.
Figura 1 para la figura 2, tenemos que cada vez que disminuye el brazo de giro el centro de masa se rueda más cerca del punto más próximo al polo de la barra que
Péndulo físico apunta hacia abajo, al notar esto, se comienza a producir un efecto en que el centro de masa de la varilla restante del lado que sobre del brazo se está aproximando al valor del centro de masa del brazo de giro que apunta hacia el piso, por lo tanto la oscilación en este punto, no tiene tanta variación en el periodo de la barra al variar el punto de giro. Figura 2 Para la figura 3, el aumento del periodo es notable, por lo tanto hemos determinado que este fenómeno se a producido por que el centro de masa del brazo de giro y del pedazo de la varilla restante está casi en el punto de equilibrio, por lo tanto la barra se demora mas para oscilar de un punto a otro.
Figura 3. Esta sería la grafica ideal hasta este punto, se ha dejado de tomar más datos hasta ese punto, ya que por los datos dados en la figura 1,2,3, la grafica seria, la que se muestra en la figura 5 completa de los datos resultantes, después de tomar todos los valores dados de los doce orificios en la varilla. Aquí se presenta un comportamiento ideal para un péndulo físico de cuerda con momento de inercia Mr2 donde M es la masa del objeto en el extremo inferior de la cuerda y r, el radio que describe del inicio de la cuerda hasta el cuerpo oscilador Figura 4.
Experimental
Como es de notarse y como ya hemos reseñado, la grafica experimental completa de la experiencia es totalmente correcta para el comportamiento descrito de la varilla al variar el rango de periodo cada vez que se acerca más y más al centro de la varilla.
Péndulo físico
Figura 5. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Los datos al menos fueron casi congruentes, hubo supuestos errores por el mal manejo o control de las oscilaciones del péndulo, ya que el ángulo pedido para ponerlo a oscilar no fue el ideal. Para la varilla, en que la distancia del brazo al punto de giro iba disminuyendo, el periodo disminuía con el brazo, ya que como el brazo se hacía más corto y el centro de masa más pequeño, la varilla oscilaba con más rapidez, o mejor, el tiempo que duraba en recorrer de los puntos de velocidad cero en los picos de la onda que describía, pero esta característica no se mantuvo constante, ya que cada vez mas que se acercaba al centro, el periodo comenzaba a aumentar precipitadamente, esto se debe a la simetría entre los centros medios de cada brazo del punto medio de la varilla a los extremos de ella. Por lo tanto hemos concluido que la fórmula para hallar el periodo de forma teórica, es solo un aproximado del valor real; para los valores finales del periodo de oscilación de la varilla esta fórmula queda relevada. CONCLUSIONES Dado en efecto los resultados presentados en este experimento, concluimos que: El periodo del movimiento, es independiente de la masa ya que en la formula dada: T=2π√I/mgd, remplazando del momento de inercia la masa del péndulo se cancela. Por lo tanto el periodo no depende de la masa sino de la longitud del punto del eje al punto en que esta la masa situada, si la ubicación de la masa varia si es tomado es cuenta el cambio de oscilación que puede presentarse. El periodo solo depende de una amplitud menor que la distancia x del ángulo que corresponde al vértice de la cuerda, con respecto al eje vertical que tomemos. Sabiendo que si el ángulo es mayor que 15 grados, el movimiento del péndulo se tornaría a demás de oscilatorio, rotatorio coaxial. Al variar, la longitud de la varilla determinamos que el periodo experimental de ella fue en incremento, ya que guardaba una relación no lineal con respecto al tiempo de oscilación que aumentaba proporcional a la raíz cuadrada de la longitud de la varilla.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1] http://www.fisicarecreativa.com/guias/pendulo2.pdf
