LABORATORIO VISCOSIDAD DE UN FLUIDO

LABORATORIO VISCOSIDAD DE UN FLUIDO

Laura Betancourt Moreno 20111077094, Juan Camilo Sossa Perdomo 20111077082, Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Bogotá 2015

Resumen

Esta práctica se realizó en dos partes, parte A y parte B. La parte A consiste en analizar un sistema de masa-resorte, determinando experimentalmente la constante del resorte, y compararando sí su fuerza de restauración es proporcional a su deformación utilizando diferentes masas, también se realizó el  cálculo de un periodo  promedio a partir de la obtención de 12 datos prácticos. Para la elaboración, de esta práctica se utilizaron 8 masas diferentes, se halló el tiempo de oscilación con cada una y se determinaron los valores a comparar, obteniendo que independientemente de la masa, la fuerza del sistema es proporcional a su de deformación. La parte B consistió en analizar los datos obtenidos digitalmente en el software haciendo oscilar una barra a diferentes grados (Sistema oscilador armónico péndulo físico), para poder calcular así el momento de inercia en un punto y el periodo del péndulo físico.

Abstract

INTRODUCCIÓN

Entre los sistemas de osciladores más comunes encontramos los sistemas de péndulo físico y el sistema masa resorte, estos sistemas de osciladores comparten una característica en común, la cual consiste en la fuerza restauradora que poseen los dos sistemas, la cual es la encargada de llevar el sistema a su posición de equilibrio. A estos sistemas se les domina osciladores armónicos simples, y esto es debido a que su fuerza restauradora es proporcional al desplazamiento.

Para poder comprender de manera experimental el funcionamiento de estos sistemas, se llevaron a cabo dos prácticas de laboratorio las cuales se presentan en el presente informe. Para las dos practicas se llevará a cabo la metodología desarrollara para la obtención de resultados, la presentación de los mismo, el análisis de los resultados y se finalizará con las conclusiones, sin embargo la presentación teórica (Marco Teórico) de cada uno de los sistemas se desarrollara de manera simultánea; en la primera parte del informe se presentará el sistema masa-resorte y la segunda parte corresponderá al sistema de péndulo físico.

MARCO TEÓRICO

SISTEMA MASA RESORTE

El tema movimiento armónico simple está incluido en la mayoría de los programas de física de nivel medio. Para su enseñanza los profesores analizan dos sistemas que son muy apropiados; el sistema masa-resorte y el péndulo en la superficie de la tierra. Estos sistemas son muy útiles pues son sencillos y permiten analizar sin muchas dificultades, una gran cantidad de constantes y variables físicas de movimientos oscilatorios y periódicos. Además son, desde un punto de vista cinemático, un ejemplo de sistema con aceleración variable, donde hacer una extensión para aplicar la segunda ley de Newton, vista en temas anteriores.

En el análisis físico del movimiento de estos sistemas se descubre que las condiciones para que se produzcan oscilaciones es que debe existir una fuerza central, o sea una que apunta siempre hacia un mismo punto. Suele denominarse fuerza recuperadora y al punto mencionado: punto de equilibrio. Luego que se avanza en el planteo de la ecuación de movimiento se descubre que para obtener una solución lineal se debe imponer una condición a esta fuerza recuperadora: que sea proporcional al apartamiento respecto del punto de equilibrio.

En el caso del sistema masa – resorte la fuerza recuperadora se origina en la deformación del resorte y en el caso del péndulo en una componente de la fuerza peso de la masa suspendida del hilo.

En el caso del sistema masa-resorte, la fuerza recuperadora cumple esta condición siempre y cuando el estiramiento sea pequeño para que no se supere el límite elástico del resorte, y en el caso del péndulo siempre que la amplitud sea pequeña.

En ambos casos las ecuaciones que describen el movimiento están limitadas a la condición de que el apartamiento respecto del equilibrio sea pequeño.

En símbolos matemáticos todo esto significa:

Cuadro 1. Presentación de las fórmulas de los dos sistemas (masa-resorte y péndulo).

Para el caso del sistema masa-resorte es fácil determinar que:

[pic 8]

Y para el sistema péndulo-tierra

[pic 9]

En cada caso el período es constante y no depende de la amplitud. Solo depende de propiedades físicas propias e internas del sistema. En el primer caso, de una propiedad del resorte (su constante K) y de la masa del cuerpo sujeto a su extremo. En el segundo de la longitud l del hilo que forma el péndulo y de la aceleración gravitatoria en el lugar que se encuentra.

En síntesis la restricción a pequeña amplitud para las oscilaciones asegura que el periodo es constante y que solo depende de propiedades del sistema.

Se puede demostrar que cuando no se cumple la condición de pequeña amplitud, el período depende de esta. Los osciladores mencionados hasta aquí son ideales. No se ha mencionado la posibilidad de algún tipo de amortiguamiento. En la realidad todo oscilador está sometido a un amortiguamiento que hace que su energía inicial disminuya en el tiempo, hasta detenerse. (FCFMN, 1999)

Los cuerpos oscilan o vibran cuando se apartan de su posición de equilibrio estable.

[pic 10]

Grafica 1. Descripción grafica de la trayectoria que realiza un M.A.S.

Es posible decir que un cuerpo oscila o vibra cuando se mueve de forma periódica en torno a una posición de equilibrio debido al efecto de fuerzas restauradoras. Las mágnitudes características de un movimiento oscilatorio o vibratorio son:

Periodo (T): El tiempo que tarda de cumplirse una oscilación completa.  Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el segundo (s)

...