Guía 5 Pendulo Fisico - 2021 PDF

Preview

Summary

Guía 5 Pendulo Fisico - 2021...

Description

Laboratorio de Física Básica y Termodinámica

Fluidos PÉNDULO FÍSICO

A.

COMPETENCIA ESPECIFICA 

B.

Aplica la definición de periodo de oscilación de un péndulo físico para determinar la masa y la longitud del objeto oscilante, con cierto grado precisión. INFORMACIÓN TEÓRICA

El péndulo compuesto es un sólido en rotación, alrededor de un eje fijo perpendicular a la varilla que pasa por O. La ecuación de la dinámica de rotación se puede escribir

( Σ τ z ) o=I o α=−m g x senθ

(1)

Donde: x , es la distancia entre el centro de masa y el centro de oscilación O. I o , es el momento de inercia del cuerpo respecto del eje de rotación que pasa por O.

α=d 2 θ/d t2 , es la aceleración angular del objeto.

O

θ

Figura 1. Una varilla de longitud

cm

L , que rota en un plano vertical alrededor de un eje perpendicular a ella.

Cuando la varilla se separa un ángulo θ de la posición de equilibrio y se suelta, sobre el sólido actúa el momento del peso, que tiene signo contrario al desplazamiento. Expresamos la ecuación de la dinámica de rotación en forma de ecuación diferencial

d2 θ m g x senθ=0 + Io d t2

(2)

Esta no es la ecuación diferencial de un Movimiento Armónico Simple. Si la amplitud es pequeña aproximamos el seno del ángulo al ángulo medido en radianes senθ ≈θ . La ecuación diferencial se escribe entonces:

d2 θ m g x θ=0 + Io d t2

(3)

Esta es la ecuación diferencial de un M.A.S. de frecuencia angular

ω2 =

√

I0 m gx T =2 π mgx Io

Por el teorema de Steiner LF-004/1 de 6

ω y periodo T : (4)

Laboratorio de Física Básica y Termodinámica

Fluidos

I o= I cm +m x 2=m

L2 +m x2 12

(5)

Donde

I cm en el momento de inercia respecto al centro de masa de la barra ( L2 , se encuentra en tablas de momento de inercia) siendo L la longitud de I cm=m 12

la varilla. El periodo se escribe

T =2 π

√

2

L 2 +x 12 gx

C. MATERIALES Y ESQUEMA

 

Uso de PC o Laptop Acceso con conexión a internet

Figura 2. Esquema representativo del experimento

LF-004/2 de 6

(6)

Laboratorio de Física Básica Termodinámica

Fluidos y

APELLIDOS Y NOMBRES: ESCUELA PROFESIONAL: HORARIO: PROFESOR (A):

CUI: FECHA: FIRMA: NOTA:

PÉNDULO FÍSICO D. CUESTIONARIO PREVIO Responda las preguntas y presente al inicio de la sesión de laboratorio para su revisión. 1. ¿Qué es un péndulo físico? ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… 2. ¿necesariamente un péndulo debe oscilar en un plano? ¿justifique su respuesta? ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… 3. Mencione 05 tipos de péndulos y sus principales diferencias entre ellos. ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….………………………………………………………………………………………………………………

E. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Ingrese al siguiente link. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/oscilaciones/compuesto/compuesto.html 2. En el laboratorio virtual de Péndulo Físico, se mide el periodo de las oscilaciones para cada una de las posiciones del centro de oscilación. El Péndulo Físico es una varilla de longitud L=1 m en la que se han hecho agujeros (puntos rojos) equidistantes a 5 cm. El péndulo aparece oscilando en el primer agujero. 3. Para poder obtener los periodos de oscilación a diferentes posiciones, se debe de escoger con el selector de posición, la posición de oscilación del péndulo, luego se hace click en “Nuevo” y después en “ ”, y según lo que indique su profesor usted obtendrá el tiempo de 5 oscilaciones apretando .

4. Complete la tabla 1, con los datos obtenidos según el procedimiento E.3.

Lectura 1

Tabla 1: periodo oscilación del péndulo ) ) x ( t ( T (

LF-004/3 de 6

)

Laboratorio de Física Básica Termodinámica 2 3 4 5 6 7 8

Fluidos y

9 F. ANÁLISIS DE DATOS 1. Para los siguientes cálculos considere: Masa de la barra, m=1.0 kg Longitud de la barra, L=1.0 m 2. Calcule

I o , usando la ecuación (4) y complete la tabla 2. Tabla 2: Cálculo de datos para la gráfica experimental Lectura

x

2

( )

Io ( )

1 2 3 4 5 6 7 8 9

3. Usando los datos de la tabla 1, grafique el periodo de oscilación distancia x . (Gráfica 1)

T

en función de la

….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… 4. ¿Qué comportamiento tiene la gráfica 1? Justifique su repuesta. ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… 5. Con los datos de la tabla 2, grafique el momento de inercia respecto al eje de giro en función de x 2 . (Gráfica 2)

Io

….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….………………………………………………………………………………………………………………

LF-004/4 de 6

Laboratorio de Física Básica Fluidos y Termodinámica 6. De la gráfica 2, obtenga el valor de la pendiente e intercepto con sus respectivas unidades y según el sistema internacional. ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… 7. En la gráfica 2, determine el significado físico de la pendiente y el intercepto. ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… 8. A partir de la pendiente de la gráfica, determine el valor experimental de la masa del objeto oscilante. ….………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………… 9. A partir del intercepto de la gráfica, determine el valor experimental del momento de inercia del objeto oscilante, respecto a su centro de masa. ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….………………………………………………………………………………………………………………

G. COMPARACIÓN Y EVALUACIÓN 1. Compare el valor teórico de la masa (Vea la sección F.1), con el valor experimental obtenido de la pendiente de la gráfica 2. ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… 2. Compare el valor teórico del momento de inercia respecto al centro de masa

I cm=

1 m L2 , con el valor experimental obtenido del intercepto de la gráfica 2. 12

….……………………………………………………………………………………………………………… …. …………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………

H. CONCLUSIONES (al menos 3 conclusiones) ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………………………………………… LF-004/5 de 6

Laboratorio de Física Básica Termodinámica I. CUESTIONARIO FINAL

Fluidos y

¿Por qué no se ha considerado el tiempo que el péndulo emplea en realizar una oscilación completa y se ha preferido tomar el tiempo que tarda en realizar n oscilaciones? ….………………………………………………………………………………………………………………… 1.

….………………………………………………………………………………………………………………… ….………………………………………………………………………………………………………………… ….…………………………………………………………………………………………………………………. 2. ¿Por qué es recomendable considerar ángulos pequeños para medir el tiempo de oscilación del péndulo? Justifique su respuesta. ….………………………………………………………………………………………………………………… ….………………………………………………………………………………………………………………… ….………………………………………………………………………………………………………………… ….…………………………………………………………………………………………………………………. 3. ¿Cómo afecta la masa del péndulo físico en el periodo de oscilación? Justifique su respuesta. ….………………………………………………………………………………………………………………… ….………………………………………………………………………………………………………………… ….………………………………………………………………………………………………………………… ….…………………………………………………………………………………………………………………. J.

BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL Autor

Título

Edición

Año

K. BIBLIOGRAFÍA DE REFERENCIA 1. Guías de Laboratorio de Física Básica, Departamento Académico de Física UNSA, Año 2016. 2. Ángel Franco García, Curso Interactivo de Física en Internet, 2015 http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/index.html

LF-004/6 de 6...