UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA. FÍSICA II PRÁCTICA 29 OSCILACIONES AMORTIGUADAS.

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1 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II PRÁCTICA 29 OSCILACIONES AMORTIGUADAS OBJETIVOS DEL APRENDIZAJE: CONOCER LA DISMINUCIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA CON EL TIEMPO ANALIZAR LA DISMINUCIÓN DE LA AMPLITUD CON RESPECTO AL TIEMPO

2 291 MARCO TEÓRICO En el caso de una oscilación libre, donde nada perturbará al sistema en oscilación, éste seguiría vibrando indefinidamente En la naturaleza existe lo que se conoce como fuerza de fricción (o rozamiento), que es el producto del choque de las partículas (moléculas) y la consecuente transformación de determinadas cantidades de energía en calor Ello resta cada vez más energía al movimiento (el sistema oscilando), produciendo finalmente que el movimiento se detenga Esto es lo que se conoce como oscilación amortiguada En la oscilación amortiguada la amplitud de la misma varía en el tiempo (según una curva exponencial), haciéndose cada vez más pequeña hasta llegar a cero Es decir, el sistema (la partícula, el péndulo y la cuerda de la guitarra) se detiene finalmente en su posición de reposo La experiencia nos muestra que la amplitud de un cuerpo vibrante tal como un resorte o un péndulo, decrece gradualmente hasta que se detiene Coeficiente de Amortiguamiento: Se define, para sistemas con amortiguamiento viscoso, como el cociente de proporcionalidad, c, entre la fuerza de amortiguamiento y la velocidad relativa entre los extremos del elemento amortiguador y está dado por: ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II / OSCILACIONES AMORTIGUADAS 152

3 292 FORMULACIÓN MATEMÁTICA 293 í MATERIALES : 1 Soporte universal 1 Beaker 1 Resorte 1 Masa 1 Nuez doble 294 DIAGRAMA 1 Vaso con agua ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II / OSCILACIONES AMORTIGUADAS 153

4 295 PARTE EXPERIMENTAL 1 Coloque en el Sostenedor Universal un resorte con la masa suspendida, sin el recipiente de agua abajo 2 Mide el valor de L, la referencia la puedes encontrar en el diagrama del L: marco teórico 3 Dándole un pulso a la masa y con ayuda de un instrumento de medición (regla) calcula la amplitud del movimiento Amplitud: 4 Con ayuda del cronómetro, calcula el periodo de oscilación t: 5 Coloque en el Sostenedor Universal un resorte con la masa suspendida, dentro recipiente de agua abajo, como se muestra en el diagrama 6 Mide el valor de L, ésta debe de quedar dentro del líquido L: 7 Dándole un pulso a la masa y con ayuda de un instrumento de medición (regla) calcula la amplitud del movimiento Amplitud: 8 Con ayuda del cronómetro, calcula el periodo de oscilación t: ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II / OSCILACIONES AMORTIGUADAS 154

CONCLUSIONES: Actividad Complementaria Coloque una masa m 50 g y determine la constante del resorte mediante la siguiente ecuación constante,, donde, mida la distancia x y calcule la Luego

5 CONCLUSIONES: Actividad Complementaria Coloque una masa m 50 g y determine la constante del resorte mediante la siguiente ecuación constante,, donde, mida la distancia x y calcule la Luego mida la Amplitud del Resorte A Determine: a) El periodo del oscilador y b) la Energía del Oscilador a) Periodo del oscilador T: ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II / OSCILACIONES AMORTIGUADAS 155

6 b) Energía del oscilador E: ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II / OSCILACIONES AMORTIGUADAS 156

7 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II PRÁCTICA 30 ONDA SENOIDALES EN CUERDAS OBJETIVOS DEL APRENDIZAJE: DEMOSTRAR LA FORMA DE CREAR UN PULSO AL MOVER DE UNA SOLA VEZ UNA CUERDA CALCULAR QUE LOS ELEMENTOS DE LA CUERDA OSCILAN CON MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE

8 301 MARCO TEÓRICO Un pulso es una perturbación de corta duración generada en el estado natural de un punto de un medio material que se transmite por dicho medio Podemos producir un pulso, por ejemplo, realizando una rápida sacudida en el extremo de un muelle o de una cuerda, lanzando una piedra al agua de un estanque, dando un golpe a una mesa o produciendo una detonación en el aire 302 FORMULACIÓN MATEMÁTICA 303 MATERIALES 1 - Soporte universal 1 Cuerda de Nylon de 50cm 1 - Juego de pesas 1 - Balanza granataria ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II / ONDA SENOIDALES EN CUERDAS 158

9 303 DIAGRAMA 305 PARTE EXPERIMENTAL 1 Extienda el soporte universal hasta su punto máximo 2 Medir con la balanza granataria la masa que posee el cable mc: 3 Coloque el soporte para masa, con una masa de 100g 4 Unir el soporte universal con la masa por medio del cable, dejando suspendida la masa, verificar que la masa no toque la mesa 5 Determine la tensión de la cuerda T: 6 Con su dedo, de un pequeño pulso sobre el alambre y observe el fenómeno ocurrido en la cuerda 7 Determine el coeficiente de densidad de masa lineal µ: ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II / ONDA SENOIDALES EN CUERDAS 159

10 8 Encuentre el valor de la velocidad de onda y el tiempo de la onda 9 Realice los pasos anteriores con diferentes masas y haga un resumen en la siguiente tabla Masa 50g Tensión Velocidad Tiempo 150g 250g ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II / ONDA SENOIDALES EN CUERDAS 160

11 CONCLUSIONES: Actividad Complementaria Una cuerda uniforme tiene una masa 100 Y una longitud de: 30, se ilustra en la anterior figura Determine: 30, 40, 50, y 50, Como a) La Tensión de la cuerda (T) b) Masa por longitud unitaria ( ) c) La Velocidad de la onda ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II / ONDA SENOIDALES EN CUERDAS 161

12 Cálculos: ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II / ONDA SENOIDALES EN CUERDAS 162

13 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II PRÁCTICA 31 FRECUENCIA RESONANTE OBJETIVOS DEL APRENDIZAJE: CONOCER EL NÚMERO DE NODOS Y ANTINODOS GENERADOS CON UNA TENSIÓN O PULSO CALCULAR LA FUNDAMENTAL DEL ARMÓNICO FRECUENCIA 1º, 2º Y 3º

14 311 MARCO TEÓRICO Las ondas estacionarias resultan de la interferencia y de la resonancia de ondas Cuando ondas de igual amplitud y longitud de onda se interfieren en sentidos opuestos, se forman las ondas estacionarias, que a simple vista parecen inmóviles Los puntos donde interfieren de manera destructiva se denominan nodos y en los que interfiere de manera no destructiva antinodos Es muy importante hacer notar que una onda estacionaria hay dos ondas, por lo que por ejemplo en la figura inferior hay: 3 nodos 2 antinodos 1 ciclo completo, o sea un periodo completo (T) o una longitud de onda 312 FORMULACIÓN MATEMÁTICA ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA II / FRECUENCIA RESONANTE 164

15 Dónde: n número de nodos T Tensión L Longitud densidad lineal de masa 313 Frecuencia de Resonancia MATERIALES 1 Hilo de pescar 1 Riel con polea 1 Generador de ondas 1 Balanza granataria 1 Juego de pesas Metro DIAGRAMA M1 315 PARTE EXPERIMENTAL 1 Medir la cantidad de masa que posee la cuerda ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA I / FRECUENCIA RESONANTE 165

16 mc: 2 Unir el hilo de pescar con el soporte para masa y el generador de ondas, así como muestra el diagrama La separación debe de ser de 40cm 3 En el soporte para masa colocar una masa de 100g y encender el generador de ondas 4 Observar en la cuerda la cantidad de nodos y antinodos que aparecen 5 Agregar 50g al soporte para masa y observar el cambio 6 Agregar 50g más al soporte para masa y observar los cambios Masa 100g Nodos Antinodos 150g 200g CONCLUSIONES: Actividad Complementaria Coloque una cuerda horizontal, átela en un extremo al vibrador y el otro extremo átelo a una masa de 20 gramos, 50 gramos y 35 gramos, como se muestra en la figura ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA I / FRECUENCIA RESONANTE 166

17 Observe el número armónico formados en cada peso Masa M1 20 g # M3 50 g # M2 35 g No de Nodos Antinodos # N N N Calcule la frecuencia de resonancia para cada cierre de nodos fn fn # fn # fn No de Nodos frecuencia # ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA FÍSICA I / FRECUENCIA RESONANTE 167

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