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INTRODUCCION
En el presente laboratorio se evidencia la capacidad que se tiene para interpretar
y relacionar datos y resultados experimentales, con modelos teóricos, mediante la
realización de prácticas experimentales para poder determinar la validez y la
exactitud de los mismos, con el fin de entender el comportamiento físico de un
péndulo simple y asi identificar sus características tales como su masa
suspendida de una cuerda, de masa despreciable que oscila dentro de un
intervalo de tiempo, determinado tal comportamiento por método grafico y
transitoriamente verificarlo con los valores teóricos calculados; teniendo en cuenta
características tales como la gravedad, periodo, longitud (cuerda) y masa; que se
encuentran implícitos en el análisis que se hará en este sistema (péndulo simple)
Posteriormente categorizar y tabular cada uno de los datos con sus
correspondientes unidades e incertidumbres y asi poder determinar el
comportamiento físico del péndulo que es básicamente lo que esta explicito paso
por paso en el contenido de este laboratorio y cada una de las tablas.
OBJETIVOS
los objetivos de este laboratorio es aprender a identificar un péndulo simple,
ya que el péndulo es un sistema físico que puede oscilar bajo la acción
gravitatoria y que está configurado bajo una masa suspendida de un punto
o de un eje horizontal fijos mediante un hilo, varilla u otro dispositivo, este
tiene usos muy variados como lo son la medida del tiempo, la intensidad de
la gravedad y distintos usos mas, aprendamos a identificar que es una
oscilación y en cuanto tiempo transcurre.
Calcular el valor teórico y experimental de la gravedad generada en este
practica.
MARCO TEORICO
Aspecto Teórico: Un péndulo simple se define como una partícula de masa m
suspendida del punto O por un hilo inextensible de longitud l y de masa
despreciable, como muestra la [Figura 1]; si la partícula se desplaza a una
posición x (ángulo que hace el hilo con la vertical) y luego se suelta, el péndulo
comienza a oscilar. Naturalmente es imposible la realización práctica de un
péndulo simple, pero si es accesible a la teoría. El péndulo simple se denomina
así en contraposición a los péndulos reales, compuestos o físicos, únicos que
pueden construirse.
[Figura 1]
El péndulo describe una trayectoria circular, un arco de una circunferencia de radio
l. las fuerzas que actúan sobre la partícula (masa m) son dos el peso mg
(gravedad g) y la tensión (T) del hilo o cuerda, el ángulo está representado (θ).
Como pauta importante a tener en cuenta a la hora de analizar el comportamiento
del péndulo simple es que este es un caso de movimiento periódico el cual
presenta un periodo y una frecuencia angular dados por la expresión que se
muestra a continuación:
Donde W representa a la frecuencia angular y T al periodo cada uno
correspondiente al sistema péndulo simple, entre tanto la longitud de la cuerda
está representada por L y la gravedad respectivamente con g. Como se puede
observar en la segunda expresión el periodo T no depende de la geometría ni de
la masa del cuerpo que oscila o se mueve.
Conceptos
El período de una oscilación (T) es el número de variaciones necesarias para que
dicha oscilación vuelva a ser representada por cualquiera de los valores anteriores
obtenidos, con un índice de cadencia regular.
La gravedad (g), es la fuerza de atracción a que está sometido todo cuerpo que
se halle en las proximidades de la Tierra.
La frecuencia o velocidad angular es una medida de la velocidad de rotación.
Se define como el ángulo girado por una unidad de tiempo y se designa mediante
(W). Su unidad en el Sistema Internacional es el radián por segundo (rad/s).
La Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad
de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.
IDEAS PREVIAS
¿En qué punto del movimiento de un péndulo simple es máxima la tensión en el cordón? ¿y mínima? En cada caso. Explique su razonamiento.
-es máxima en el medio, cuando está en la posición más baja.
-en los extremos la tensión es mínima y la velocidad es cero.
¿Un estándar de tiempo podría basarse en el periodo de cierto péndulo estándar?
- si porque a partir del periodo obtenido se tendría el tiempo deseado
¿Cómo se podría determinar la gravedad a partir de una cuerda a y una masa m y un cronometro?
A partir de la ecuación T=2π(√L/g)) se despeja la gravedad luego de montar un
sistema de un péndulo de longitud a y masa m , con el cronometro solo se mide un
movimiento desde que pasa por un punto fijo a otro tomando el periodo de dicho
péndulo después de ponerlo a oscilar alejándolo del punto de equilibrio
ACTIVIDAD PRÁCTICA
Para la realización de esta práctica es necesario utilizar el smart timer y una
compuerta ( photogate).
Figura 2
1. Para una masa fija de 100 g, mida con el smart timer el periodo del péndulo para las longitudes de 20, 30, 40, 50 cm. Registre los datos en la tabla 1
2. Ahora, manteniendo una longitud de 50 cm, mida el periodo del péndulo para las masa de 40, 80, 120, 200. Registre los datos en la tabla 2.
3. Para un a,asa constante de 120 g y una longitud constante de 50 cm, realice variaciones en el angulo con el que el péndulo se suelta. Registre los datos en la tabla 3.
4. Realice un proceso de lineación de L en función de T^2, graficar L en función de T^2
RESULTADOS
Procedimiento:
En la tabla No. 1 se encuentran registrados las distintas longitudes de la cuerda,
entre tanto cada tiempo evidentemente se tomo en segundos (s) y su error
porcentual corresponde al cronometro.
Longitud L (cm) Periodo medido Tm(s)
Periodo teórico Tt (s)
E%
20 1,0495 8,971 88,10%
30 1,2223 10,987 88,875
40 1,3107 12,687 89,875
50 1,5214 14,185 89,24
tabla No. 1
En la tabla No. 2 aparece registrado el tiempo promedio y el valor de los periodos
para cada tiempo y longitud
Masa (g) Periodo medido Tm(s)
Periodo teórico Tt (s)
E%
40 1,5281 19,185 89,227
80 1,5313 19,185 89,204
120 1,5196 19,185 89,287
160 1,5293 19,185 89,218
200 1,5163 19,185 89,310
tabla No. 2
En la tabla No. 3 aparece registrado el periodo del péndulo con longitud y masa
constante y su debido porcentaje de error.
Angulo (Ѳ) Periodo medido Tm(s)
Periodo teórico Tt (s)
E%
10° 1,4389 14,185 89,856
20° 1,4872 14,185 89,,515
30° 1,4782 14,185 89,579
40° 1,4932 14,185 89,473
50° 1,5239 14,185 89,256
60° 1,5287 14,185 89,223
tabla No. 3
Teniendo en cuenta los datos se realiza las graficas en Excel correspondiente a:
20 30 40 5002468
10121416
Periodo vs Longitud
Series1
Longitud(cm)
Perio
do T
t(S)
PREGUNTAS
¿Cuáles son las variables físicas que realmente influyen en el péndulo de
oscilación de un péndulo simple?
En el movimiento de oscilación de un péndulo solo influyen la longitud de la cuerda
y el Angulo con el que el péndulo se suelta ya que afectan su velocidad con
respecto al tiempo en que tarda el periodo.
¿Qué opina acerca de la gráfica T vs L?¿qué tipo de grafica es?
Es una gráfica lineal en la cual el se interpreta que mientras mayor sea la longitud
de la cuerda mayor será el periodo(son directamente proporcional)
40 80 120 160 2000
5
10
15
20
25
Periodo vs masa
Series1
masa(g)
Perio
do tm
(S)
¿Qué sucede al aumentar la longitud del cordón y manteniendo una masa
constante y de igual forma manteniendo una longitud constante y aumentar
la masa ?
Cuando aumenta la longitud del cordón dejando la masa constante el periodo de
oscilación aumenta proporcionalmente a la longitud, y cuando la longitud es
constante y aumenta la masa el periodo de oscilación no varía.
¿puede usted afirmar que describe un M.A.S? explique su respuesta.
No corresponde a un Movimiento Armónico Simple (MAS), ya que para que lo sea
debe tener ángulos relativamente pequeños, los cuales no los tienen.
CONCLUSIONES
El presente laboratorio nos ha permitido identificar el método correcto y adecuado
que se debe utilizar para el registro de los datos experimentales teniendo en
cuenta los criterios provenientes de allí. (Aspecto teórico).
El análisis y procesamiento de cada uno de los datos tomados con respecto al
montaje experimental, los tiempos, y cada una de las longitudes que se marcaron
en el procedimiento (en cuanto al péndulo) y que nos permitieron identificar de
manera clara el concepto de péndulo simple y todas sus características que hacen
parte de la temática del presenta laboratorio.
A partir de los datos experimentales que se obtuvieron en el laboratorio se ha
podido establecer las diferencias entre los conceptos que intervienen en el
momento de analizar el comportamiento físico de un péndulo o cualquier otro
sistema derivado de este; y a su vez interpretarlos de manera clara y así evaluar
tal comportamiento de la mejor forma.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/pendulo/pendulo.htm.
2. Física para la ciencia y la tecnología: Oscilaciones y Ondas. Paull Allen Tipler,
Gene Mosca, 2005.
3. [5] http://carolina2010.wordpress.com/laboratorio-de-pendulo-simple/.
4. Apuntes de la clase física 3
