El presente laboratorio de física fue realizado el día Martes 03 de Mayo del 2016 entre las 06:30 y 08:30 de la mañana con el fin de ampliar los conocimientos obtenidos en la temática.

RESUMEN – ABSTRACT

El presente laboratorio de física fue realizado el día Martes 03 de Mayo del 2016 entre las 06:30 y 08:30 de la mañana con el fin de ampliar los conocimientos obtenidos en la temática.

En el siguiente informe se presenta la evidencia de la realización de la práctica basada en determinar y describir el comportamiento de un péndulo físico a través del movimiento armónico simple, teniendo en cuenta el periodo, la constante (obtenida a partir de la masa, la gravedad y la altura tomando como referencia el centro de gravedad), y por último el momento de inercia de una varilla metálica en la cual se ha estudiado.

OBJETIVOS

Haciendo uso de los conocimientos obtenidos, se han determinado los siguientes objetivos:

• Determinar el momento de inercia de una barra homogénea respeto a un eje perpendicular que pase por un extremo.
• Identificar las oscilaciones del péndulo físico como un M.A.S.
• Determinar el momento de inercia de una varilla metálica a partir de las formulas empleadas en el péndulo físico.
• Analizar e identificar el comportamiento de un péndulo de torsión tomando como base el movimiento armónico simple, sus propiedades y características principales.

TECNICAS EMPLEADAS

Mediante la observación y el análisis del comportamiento, se implementaron diversas técnicas como la medición, por medio de la cual se determinó la longitud de la varilla y su centro de gravedad; se pesa la varilla para determinar la masa. 

De igual forma se implementan operaciones, formulas, artificios matemáticos y despejo de ecuaciones para determinar la constante del péndulo por medio de la masa, gravedad y distancia, para que por medio de estas se pueda hallar el momento de inercia del péndulo físico.

Cada una de estas técnicas nos permite identificar y analizar cómo se da el movimiento armónico simple en un péndulo físico.

FUNDAMENTOS TEORICOS

Un péndulo físico es cualquier cuerpo rígido que puede oscilar alrededor de un eje horizontal que no pase por su centro de gravedad, bajo la acción de la fuerza de gravedad. 

El cuerpo de la figura puede girar alrededor de un cuerpo horizontal que pasa por O sin rozamiento, si se le separa un ángulo  respecto a su posición de equilibrio vertical, el peso  le produce un momento recuperador , que al soltarlo hará que oscile respecto a su posición de equilibrio. Si  (muy pequeño) entonces , o sea  y como un movimiento armónico simple (rotacional) debe ser originado por un momento que debe ser proporcional a  tal que , entonces podemos considerar que el movimiento de este cuerpo es aproximadamente armónico simple si  es pequeño, donde .[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12]

En la figura se representa la oscilación en un instante dado:

[pic 13]

La distancia desde el punto de apoyo hasta al centro de gravedad del cuerpo es igual a. En la misma Figura se representan las fuerzas que actúan sobre el cuerpo rígido. Si el momento de inercia respecto a un eje que pasa por O del cuerpo rígido es , la segunda ley de Newton de rotación da como resultado:[pic 14][pic 15]

[pic 16]

[pic 17]

 0[pic 18]

Se debe observar que la fuerza de reacción R que ejerce el pivote en O sobre el cuerpo rígido no hace torque, por lo que no aparece en la ecuación. Además, también es necesario resaltar que esta ecuación diferencial no es lineal, y por lo tanto el péndulo físico no oscila con M.A.S. Sin embargo, para pequeñas oscilaciones (amplitudes del orden de los 10º), por tanto:[pic 19]

 0[pic 20]

Es decir, para pequeñas amplitudes el movimiento pendular es armónico. La frecuencia angular propia es:

[pic 21]

El periodo y la frecuencia propios serán:

[pic 22]

[pic 23]

La cinemática del movimiento pendular para pequeñas oscilaciones es en función de las variables angulares (elongación angular, velocidad angular y aceleración angular),

[pic 24]

[pic 25]

[pic 26]

MATERIAL UTILIZADO

Dentro del material utilizado se implementaron: una regla o cinta métrica, varilla metálica con diferentes longitudes sujeta a un soporte universal, el cual hace que la varilla oscile; y por último, un cronometro para medir el tiempo en segundos empleado en las oscilaciones.

Regla o cinta métrica: Es un instrumento de medida, cuyas medidas se dan en mm (milímetros) y cm (centímetros).

Barra homogénea o varilla metálica: Es un instrumento metálico el cual se toma como el objeto principal de estudio dentro de toda la experiencia, este actuara como nuestro péndulo físico, por medio de un soporte vertical que hace que este oscile.

Soporte con varilla: Un soporte de laboratorio, soporte universal o pie universal es una pieza del equipamiento de laboratorio donde se sujetan las pinzas de laboratorio, mediante dobles nueces. Sirve para sujetar tubos de ensayo, buretas, embudos de filtración, criba de decantación o embudos de decantación, etc.

Cronometro: El cronómetro es un reloj cuya precisión ha sido comprobada y certificada por algún instituto o centro de control de precisión. Su sufijo significa aparato para medir.

PROCEDIMIENTO

1. Medir la longitud total de la varilla para encontrar así el centro de gravedad (posición de equilibrio).
2. Colocar a oscilar la varilla por un orificio al extremo de ella, como se observa en la figura (montaje), y se mide su periodo de oscilación.

[pic 27]

1. Agregar otro pedazo de varilla y hacerla oscilar por otro orificio (que no coincida con su centro de gravedad), y medir este nuevo periodo de oscilación.
2. En cada caso medir la distancia del centro de gravedad determinada por el paso 1 al eje de oscilación.
3. Pesar la varilla y medir su longitud para obtener a partir de  su momento de inercia respecto a un eje en un extremo.[pic 28]

RESULTADOS

VARILLA NUMERO 1. (Varilla uniforme en su pivote a un extremo)

Masa: 0,5165 kg ≈ 0,52 kg

Longitud: 0,53 m

Periodo (T): 1,1682 s ≈ 1,17 s

VARILLA NUMERO 2. (Varilla uniforme en su pivote en cualquier punto)

Masa: 0,5165 kg + 0,2541 kg = 0,770 kg

Longitud: 0,53 m + 0,25 m = 0,789 m

Periodo (T): 1,456 s ≈ 1,46 s

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