OscilacionesMecánicas-SistemaCilindro-Resorte

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(1)GUÍA PARA PRÁCTICA DE LABORATORIO 1.. DATOS GENERALES. TEMA: NOMBRE: TiPO DE PRÁCTICA. AUTOR: 11.. Oscilaciones Mecánicas Sistema Cilindro-Resorte Simulacibn Computadrada M,Sc. Maximino Suau,. REFERENCIAS Véase Serway, R.A. y Beichner, R.J., "Física para cienchis e ingeniería", Vol 1, 5a edición, (PEducación, 200 l), Mdxico, Socción 5.81 Fuerzas de fricción; Sección 13.V Movimientoarmónico simple; Sección 13.3 / Energía del oscilador arm6nico simple.. Al finalizar esta pWica virh~al,el estudiante se14capaz de:. .**. Calcuíar los valores de las propiedt#fesque determinan el @ocio de oscilaci6n del sistema ciiiidto-~rte partiendo de la informacibn oficcida por el simulador cuando el sistema oscila a lo largo de una s u w c i e horizontal. i l Comparar el periodo de oscilación de dicho sistema para los casos en que el cilindro se mueve con rotación pura, o solamente se tmslada sin rotar, sobre la supertide horizontal. i I Establecer el valor mínimo del coeficiente de íiicción estática n e c d o para que el cilindro ruede sin t w b a l ~ sobre la superficie mientras oscila.. Considere el sistema constituido por un cilindro de masa M y radio R y un resorte de constante elbtica k instsladm segiin se muestnr en la figura 1. Cuando el slslaina se perturba estirando el resorte en UML cantidad x, medida a partir del punto de equilibrio, y el cilindro se libera desde e1 reposo, éste oscila a lo iarga de la superficie horizontai. Si el cilhdm rueda sirr resbalar sobre la superficie detemine, partiendo de la Ytfomiación que le brinda la simulacidn, lo. siguiente:. -7. -2. -1. O. t. Figura 1. a) el d i o y la masa del cilindro b) la constmte elástica del resorte c) el cwñcienb de fricción estatico mínimo requerido, entre las superñcies en contacto,para que al sistema oscile sin que el cilindro resblrio en n i n m punto dc su recorrida..

(2) -. V. T E O R ~RELACIONADA DF acuerdo a la bióiiogrnfia comuitaóa y con relaci6n al sistema cilindro-resortemostrado m la f g m. 1.1:. 1.. ¿Cuál es la exp~si6nrnatemMiea que relaciona la acolnaci6n del centro de masa de un cilindro que deda con rotación pwa y su aceleración angular?. 2.. Deduzca una s u r i 6 n pm la energía mecánica del sistema,que involucre la masa M del cilindro, cuahdo éste al oscilar esa5 pasando por e1 pwnto de equilibrio.. 3.. L C6mo osi&dada Iienergíarnwtnica del sistema cuando el cilindro se encuentra en mpmo insta*lnm en e1 punto de mlrimo desplazamiento? Oñmu una rekidn que involucre la amplitud del movimiento y la constante eiásticn del resorte.. 4.. DcdeEa una expresión matemáticapiua calcular e! periodo de oacilaci6n del sistema en término. m*. de siguientes:. mlos. 4.a. El cilU3dru meda sin d t s h 4.b. El cilindro desliza y no rota. 5.. .--------. --. - - -- - .. Son pmpia la el ndio, el wluwn, &c. del cilindm y la constante elástca del resorte; pero si ente no toda e l k son 'I esenciala para determinar su periodo de oscilacidn).. - --- -- - .--. .. -.-. .". .... .-.i. .. Suponga que cuando el sistema osciia el cilindm no resbala, es decir, tiene rotaci6n pura. Ubique un punto a la largo de su roconido en el cual se requiere la rndxima fuena de ficción y mediante la aplicaci6n de las leyes de Newton dedumza una e x p ~ i 6 nque permita calcular el coeficiente de íiicción estático minimo necesario para que el sistema oscile en las condiciones antes señaladas.. - Computadorcoa al programa htmative Physics 2000 ya instalado - Archivo para la simutación del sistema Cilindro- Resorte.

(3) itAtencl6al!: Escuche atentamente las instrucciones dadas por el instructor y proceda según lo indicado por él. Pregunte si tiene dudas o si tiene ~lgúnproblema relacionado con la simulacián. Seguramente lo primer? que debed hacer es b siguiente: Echar a andar el programa Interactive Physics 2000 haciendo doble clic @t6n izquierdo del ratón) sobre el icono de acceso directo correspondiente mostrado en la pantalla de su monitor. r / ' Colocar el puntero sobre el botdn "archivoyypara luego hacer'clic sobre el bot6n "abrir" y finalmente seleccionar el archivo que ejecuta la simulación. Hecho lo anterior la pantalla debe mostrar al menos siete (7) cuadros; cinco ( 5 ) corresponden a los m e d i h de tia*, energía cinética del cilindro, poslci6n, velocidad y aceleración (trasiacid y angular) de su centro de mas%el resto, dos (2), son para especificar la condiciones iniciales del sistema: posicibn inicial y coeficienteide fticci6n estática.. PRUEBAS DE FONCIONAMIENTO I/ Aseginu3se que las condiciones iniciales sean las siguientes: posición inicial 2m; coeficiente de ñiccibn estática 2. Si los valores no estfín predefinidos ajbstelos Ustcúmismo. r / Presione el botbn arrancar y observe lo siguiente:. * t * * *. '. El cilindro rata y cambia altemadamente su sentido de giro mientras se mueve a lo largo de la superficie? Si es así el cilindro rota sin resbalar. ¿ Los medidores registran cambios en los valores de las cantidades que han de medir? De ser mf los medidores estánfincionando correctamente. 6 Ajmmce un vactor paralelo a la superfíMe plana que se mueve junto al cilindro y que cambia altemadamente tanto su magnitud como sentido? &e vector representa lafiena defiicción estatiba que actúa sobre el cilindko a medida que este se desplaza. .(, Funcionan los botones "alto o detener", "adelante", "más", "restablecer o reajustar" ? De ser así, iii Adelante con el experimento!!!. Wí. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL A.. OSCILACIONES ~ D E Y L I Z Q M I E N T ODEL CILINDRO , ' .. En esta parte el coeficiente de fricci6n estática ser6 p,=2 Usted le dará valores a la psici6n inicial del cílindm WSn se hdica en la tabla que se muestra en el cuadro 1.1. Para cada valor de la posición inicial debe medir el resto de cantidades que a t i e n e la tabla mencionada, del e h d r o . a2). Haga uso de los botones "detener","adelante","atrás" o simihes para que cumpla con hito la tarea. i%tas: al). Todos los valores registra& deben estar referidos al mln,& -4.

(4) B. OSCILACIONES. DESLIZ4 MIENTO DEL CILINDRO. En esta parte el coeficíenb de fncci6n estática debed ser #d.Usted le dartS valores a la posición inicial del cilindro s e g b se indica en ta tabla que se muestra en el cuadro 1.2. Para csda valor de la posición inicial debe medir el resto de cantidades que contiene la tabla mencionada. Notas: b 1). Todos los valores registrados deben estar referidos al centro de masa del cilindro. b2). Haga uso de los botones "detener","adeiante", "atrás" o similares para que cumpla con 6xito la tarea.. Cuadro 1.2. Dstos del experimento parte B.. C. @QUlSI7'OS M~NIMOSDE F R I C C I ~ ~ VPARA EL MOVIMWO OSCILA TORIO. En esta parte sc b w a establecer si existe un valor mínimo del coefsienie & fncci6n estática para que el cilindro oscile sin deslizar seg6n su posición inicial. En consecuencia Usted promhí4de la forma siguiente: 1. *o. *. Cambie el valor de la posición inicial del cilindro a 1,O m. El coeficiente de fricción esÉbtico debe ajustase inicialmente al valor de 2. Inicie nuevamente la simulacibn y concentre su atención en la fiiena de fincción esaica. Haga un T i r o cwlMvo detailado de su comportamientoa medida que el sistema oscila. Incluya tarnbien los casos tim que la posición inicid se modiftca a valores de l .S y 2.0 m. t. --------_ Cambie nuevamente Ia posici6n hicid do1cilindro a 1.O m y ajuste el valor del coeficiente de tkicción csWica a 0.3. Inicie la simulaci6n y observe el compodento mtacional del cilindro, Si este no rota, o lo hace pero no cambia altemdamente su sentido de rotación, modifique el vaiw de p, hasta encontrar el valor rnfnimo para al cual el cilindro comiem a ratar sin desluamiento. Registre ese dato en la tabla del cuadro 1.3. Repita el procedimiento hasta oompletar la información requerida en dicha tabla. Cliadro 13. 'Valores mininos para coeficiente de fricci6n estático..

(5) MII. w. CÁLCULOS. Partiendo de la infmacibn concentrada en las tablas de los cuadros 1.1. y 1.2, determine el radio y la masa del cilindro así como la constante elástica del resorte.. Use el valor de las propiedades del sistema para calcular el periodo de oscilación del mismo según los casos A y B especificados en la sección VII. W. Determine el valor mínimo del coeficientede fricción para que el cilindro rote en cada una de las condiciones indicadas en la tabla del cuadro 1.3.. IX RESULTADOS F'resente aquí los resultados m& importantes obtenidos al procesar la información recabada durante el experimento.. X. CONCLUSIONES i) N) iii) iv). v). ¿ Cambia el periodo de oscilaci6n del sistema si se modifica la posici6n inicial del cilindro ? Explique. ¿ Cuáles propiedades del sistema determinan su periodo de oscilación ? ¿ Existe diferencia en el periodo del sistema cuando el cilindro oscila con y sin deslizamiento? Explique ¿ Es cierto que la fuena de fncciQ es siempre opuesta al movimiento de los objetos ? Justifique su respuesta. Modifica la energía mecánica del sistema la fuerza de fnccibn aplicada al cilindro cuando éste oscila sin. deslizar? Explique..

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