UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA

PROGRAMA DE INGENIERIA FISICA DE ONDAS – LABORATORIO VIRTUAL

PRÁCTICA No. 2: OSCILADOR ARMONICO – SISTEMA MASA RESORTE

1. INTRODUCCION

Es evidente que las fuerzas que afectan al movimiento de los cuerpos no son siempre nulas o de magnitud, dirección y sentido constantes, ni de magnitud constante y dirección giratoria; en consecuencia, los movimientos observados corrientemente no son siempre el rectilíneo uniforme o uniformemente acelerado, ni el circular uniforme, ni siquiera son combinación de los tres. En general, las fuerzas que se ejercen sobre un cuerpo varían tanto en magnitud como en dirección y sentido, dando origen a tipos complicados de movimiento acelerados no uniformemente, los cuales no pueden estudiarse en un curso básico de Física. No obstante, existe un tipo corriente e importante de movimiento acelerado no uniformemente que se puede estudiar de manera relativamente sencilla. Se trata del llamado Movimiento Armónico Simple, del cual analizaremos dos casos particulares: sistema masa-resorte y péndulo simple.

2. OBJETIVOS

2.1 Determinar la constante de fuerza o elasticidad de un resorte. 2.2 Hallar el valor de masas desconocidas. 2.3 Establecer el tipo de dependencia entre el periodo de oscilación y la amplitud de

oscilación de una masa. 2.4 Establecer el tipo de dependencia entre el periodo de oscilación y la masa

suspendida a un resorte. 2.5 Establecer el tipo de dependencia entre el periodo de oscilación y la constante

elástica de un resorte.

3. MARCO TEORICO

3.1 Cuáles son las características de un M.A.S.? 3.2 Qué es una fuerza recuperadora? 3.3 Qué es un movimiento periódico? 3.4 Cómo se definen la elongación y la amplitud de un M.A.S.? 3.5 Cómo se definen el periodo y la frecuencia? 3.6 Qué fuerza determina el movimiento de la masa atada a un resorte? Qué fuerzas

impiden que el movimiento de la masa sea perpetuo? 3.7 Cuál es el comportamiento de la velocidad de la masa con M.A.S.? Cuál el

comportamiento de la aceleración? y cuál el de la fuerza motriz?

4. MATERIALES

Equipo de cómputo, acceso a internet - Applet

4.1. PRESENTACION DEL APPLET A UTILIZAR – AMBIE NTE VIRTUAL

4.1.1. PANTALLA APPLET A UTILIZAR EN LA PRÁCTICA

FIGURA 1. Applet – sistema masa resorte – sistema virtual

4.1.2. DESCRIPCION DEL APPLETS

El Applet presenta las siguientes herramientas:

• una regla graduada en milímetros la cual puede ubicar donde desee arrastrándola

• Tres resortes

• Un juego de cuatro pesas conocidas y tres desconocidas

• Un control general donde se encuentran funciones para:

• Graduar la fricción del sistema masa - resorte que para esta práctica debe dejar en cero (none).

• Graduar la rigidez del resorte (constante de elasticidad). • Visualizar el comportamiento de la energía (cinética, potencial elástica,

potencial gravitatoria y mecánica total) asociada a cada resorte. • Retardar el movimiento (cámara lenta). • Posibilitar la ubicación (virtual) del sistema masa-resorte en diferentes puntos

del sistema solar. • Cronometrar el tiempo que se hace visible cuando active el respectivo icono.

4.1.3. FUNCIONAMIENTO DEL APPLET

Ingrese a la siguiente dirección

http://phet.colorado.edu/sims/mass-spring-lab/mass-spring-lab_en.html

Elija un resorte y una masa a suspender; proceda a hacer clic sobre la masa, sostenga el clic y

arrastre la masa hasta el resorte elegido suelte el clic para que la masa quede suspendida del

resorte. Arrastre la regla y proceda a medir la deformación del resorte. Repita este proceso con

los otros resortes para que se familiarice con el entorno virtual. Utilice los controles del cuadro

control y observe lo que sucede.

5. PROCEDIMIENTO 5.1. CONSTANTE DE FUERZA O ELASTICA DE LOS RESORTES

Ubique la regla de tal manera que su cero coincida con la línea de referencia junto al primer resorte. Suspenda a este resorte la pesa de 50g y mida la deformación producida en el resorte. Para facilitar la medida de la deformación ubique el control de la fricción en mucha. Repita el proceso con las pesas de 100g y de 250g. Registre los datos en la tabla 1 y aplique la ley de HOOKE F = - K.x para determinar la constante promedio del resorte. TABLA 1. Constante de elasticidad de los resortes

Repita el proceso con los otros dos resortes, teniendo en cuenta que al trabajar con el resorte 3 debe fijar el control de la rigidez del resorte en la séptima posición. 5.2. CALCULO DE MASAS DESCONOCIDAS. Suspenda secuencialmente las masas desconocidas en cada uno de los tres resortes y tome para cada caso la deformación respectiva. Como conoce la constante de cada resorte aplique nuevamente la Ley de Hooke para determinar la masa suspendida. Registre los datos en la Tabla 2. Compare los resultados obtenidos con cada resorte. Qué concluye? Tabla 2: Masas desconocidas.

5.3. PERIODO DE OSCILACION Y AMPLITUD. En esta parte del experimento trabajaremos con el resorte 2. Ubique el control de la fricción en ninguna con el propósito de garantizar que el sistema masa-resorte describirá un M.A.S. Active el cronómetro para medir periodos. Suspenda en el resorte la pesa de 100g y permita que el sistema quede en reposo. Ubique la regla de tal manera que su cero coincida con el extremo inferior del resorte del resorte, como se aprecia en la figura.

Desplace el sistema hacia abajo hasta que el extremo inferior del resorte llegue a la posición 0,5 cm y suéltelo, entonces el sistema describirá un MAS de amplitud 0,5 cm. Cuando la masa suspendida llegue a uno de los puntos de retorno accione el cronómetro y tome el tiempo empleado ( t ) para dar 10 oscilaciones ( n = 10 ), repita el proceso dos veces más y halle el tiempo promedio. Calcule el periodo por medio de la expresión

T = t / n

TABLA 3. Relación periodo – amplitud

Registre los datos en la tabla 3 y repita el proceso para las diferentes amplitudes que se dan. Elabore una gráfica de periodo en función de la amplitud (T vs A). ¿Qué tipo de curva obtiene? ¿Qué ocurre con el periodo al variar la amplitud de oscilación? 5.4. PERIODO DE OSCILACION Y MASA Ahora se variará la masa suspendida para determinar el comportamiento del periodo de oscilación. Se trabajará con amplitud de 1 cm (aproximadamente). Suspenda en el resorte 2 (o 1) la masa de 50g y deje que el sistema oscile libremente, determine el periodo de oscilación como lo hizo en el punto anterior. Registre los datos en la tabla 4. Varíe secuencialmente la masa suspendida, tenga en cuenta que ya se determinaron los valores de las masas dorada, roja y verde (tres últimos renglones de la tabla). Determine para cada una el periodo de oscilación. Elabore un grafico de T Vs. M y otro de T Vs. √M. ¿Qué curvas obtiene? ¿Qué tipo de relación existe entre el periodo y la masa que oscila?

TABLA 4. Relación periodo-masa

Determine la ecuación que relaciona a las dos variables. Compare la pendiente con los valores de la última columna. Qué concluye? 5.5. PERIODO DE OSCILACION Y CONSTANTE DEL RESORTE Esta parte de la experiencia la trabajaremos con el resorte 3 cuyo grado de dureza puede ser variado con el control de rigidez. Como se observa en la figura seleccione el primer valor para la constante del resorte.

Suspenda la pesa de 100g, mida la deformación producida y por medio de la ley de HOOKE determine la constante de elasticidad, registre los valores en la tabla 5.

Deje que el sistema oscile libremente y determine el periodo de oscilación. Repita este proceso para las diferentes graduaciones de la rigidez del resorte determinando para cada caso el periodo y la constante. TABLA 5. Relación periodo – constante de elasticidad.

Compare los datos de la última columna. Qué concluye? Elabore un gráfico de T Vs. K y otro de T Vs 1 /√K. ¿Qué curvas obtuvo? ¿Qué tipo de relación existe entre el periodo de oscilación y la constante de elasticidad del resorte? Determine la ecuación que relaciona a las variables. Compare la pendiente con los valores de la última columna de la tabla 5. Qué concluye?