LABORATORIO

PRÁCTICA 1: LEYES DE UN PÉNDULO SIMPLE OSCAR URIEL RODRIGUEZ TOVAR ID. 544079 FABIAN CAQUIMBO INFORME DE LABORATORIO PRESENTADO EN EL CURSO PROPAGACIÓN DE SEÑALES Y ONDAS JAIME MALQUI CABRERA MEDINA Licenciado en Matemáticas y Física UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTA DE INGENIERIA INGENIERIA DE SISTEMAS NEIVA – HUILA 2018 TABLA DE CONTENIDO 1. RESUMEN 5 2. INDICADORES DE COMPETENCIAS. 6 3. MATERIALES 6 4. PROCEDIMIENTO 8 4.1. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO PARA TOMA DE DATOS 8 5. RESULTADOS 9 5.1. LONGITUD Y PERIODO 9 5.1.1. Tabla 1. Longitud y Periodo 10 5.1.2. Grafica 1 Longitud y Periodo 10 5.1.3. Análisis y discusión 10 5.1.4. Análisis de errores. 11 5.2. PERIODO Y MASA OSCILANTE 11 5.2.1. Tabla 2. Masa Y Periodo 11 5.2.2. Grafica 2 Masa Y Periodo 12 5.2.3. Análisis y discusión 12 5.2.4. Análisis de errores 12 5.3. PERIODO Y AMPLITUD ANGULAR 12 5.3.1. Tabla 3. Amplitud angular y Periodo 13 5.3.2. Grafica 3 Amplitud Angular y Periodo 13 5.3.3. Análisis y discusión 13 5.3.4. Análisis de errores 14 6. USO DE SIMULADOR 14 6.1. EXPLICACIÓN DEL SIMULADOR 15 6.1.1. Botones parte superior 15 6.1.2. Botones parte derecha 15 6.1.3. Botones para editar resorte y masa 16 6.1.4. Botones parte inferior 16 6.1.5. Botones: Control de la animación 16 6.1.6. Ejemplos 17 6.2. PERIODO Y ACELERACIÓN 17 6.2.1. Tabla 4. Aceleración y periodo 18 6.2.2. Grafica 4 Aceleración y periodo 19 6.2.3. Análisis y discusión 19 7. APLICACIONES 19 8. CONCLUSIONES 20 9. BIBLIOGRAFÍA Y/O WEBGRAFÍA 20  TABLA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1 Montaje experimental - Péndulo simple 6 Ilustración 2 Simulador 12 Ilustración 3 - Simulador - Botones parte superior 12 Ilustración 4 - Simulador - Botones parte derecha. 13 Ilustración 5 - Simulador - Botones para editar resorte y masa 13 Ilustración 6 - Simulador - Botones parte inferior 14 Ilustración 7 - Simulador - Botones: Control de la animación 14  RESUMEN Se realizo el laboratorio con el fin de establecer experimentalmente el tipo de dependencia entre el periodo de oscilación y otras variables presentes en el fenómeno (longitud del péndulo, masa oscilante, amplitud angular y aceleración de la gravedad). También mediante el uso de un simulador el tipo de dependencia entre el periodo de oscilación y la gravedad del lugar donde se instala el péndulo (se intentó en todos los planetas). Y por último determina experimentalmente el valor de la aceleración de la gravedad en Neiva. FALTA DESCRIBIR ALGO DE ACUERDO A LOS RESULTADOS OBTENIDOS  INDICADORES DE COMPETENCIAS. Establece experimentalmente el tipo de dependencia entre el periodo de oscilación y otras variables presentes en el fenómeno (longitud del péndulo, masa oscilante, amplitud angular, aceleración de la gravedad.) Determina experimentalmente mediante el uso de un simulador el tipo de dependencia entre el periodo de oscilación y la gravedad del lugar donde se instala el péndulo. Determina experimentalmente el valor de la aceleración de la gravedad en Neiva. MATERIALES NOMBRE DESCRIPCIÓN USO Soporte universal Está conformado por una base o pie rectangular, el cual permite soportar una varilla cilíndrica que permite sujetar diferentes materiales con ayuda de dobles nueces y pinzas. Es una herramienta que se utiliza en laboratorio para realizar montajes con los materiales presentes en el laboratorio permitiendo obtener sistemas de medición y preparar diversos experimentos. Nuez La doble nuez posee dos agujeros con dos tornillos opuestos que pueden ajustarse manualmente. Uno de los tornillos permite sujetar la doble nuez a un soporte universal, mientras que en el otro se ajusta la pieza a sujetar. La doble nuez es un material de laboratorio utilizado para sujetar otras herramientas, como una argolla metálica o una pinza de laboratorio, la cual a su vez debe sujetarse en un soporte universal. Varilla metálica Es un instrumento de metal resistente. Se utiliza para armar laboratorios experimentales, colgando hilos, resortes, entre otros. Flexómetro El flexómetro es un utensilio que se ha ido perfeccionando con el paso del tiempo y en los últimos años se emplea cada vez más el flexómetro electrónico, que en lugar de la cinta metálica convencional incorpora un sistema de ultrasonidos y puntero láser. Es un instrumento de medición que se utiliza para calcular la distancia. Juego de pesas Objetos de metal, el cual determina un peso Se utiliza para generar resistencia o presión a un determinado objeto, puede ser al resorte o en la creación de un péndulo. Balanza de triple brazo Especialmente diseñado para manejar sólidos de pesaje y polvo Se utiliza para pesa las diferentes masas Cronometro Temporizador de cuarzo, mostrando normales de tiempo, horas, minutos, segundos. Días, fechas, aparecen meses, 1 / segundo 100a, con alarma Se utiliza para medir el tiempo de cada oscilación Hilo Fibra elaborada, muy delgada, flexible y de longitud variable, que se obtiene de una materia textil de origen natural, artificial o sintético. Se utiliza para fijar las masas y así crear el péndulo Transportador Es un instrumento de medición que consiste en un círculo o semicírculo de cualquier material resistente; el cual cuenta con una escala métrica graduada con la unidad de medida en grados, radianes o cualquier unidad. Se utiliza para medir el ángulo  PROCEDIMIENTO DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO PARA TOMA DE DATOS La ilustración 1, muestra el dispositivo a utilizar para encontrar la relación existente entre el periodo de un péndulo simple y la masa oscilante, su longitud y la amplitud angular Ilustración 1 Montaje experimental - Péndulo simple Para la relación periodo y masa se deja fija la longitud y la amplitud angular, variando la masa suspendida, para la relación periodo y longitud se deja fija la masa y la amplitud angular, variando la longitud y para la relación periodo y amplitud angular se deja fija la masa y la longitud, variando la amplitud angular. Tenga en cuenta que la amplitud angular debe ser menor o igual a 12 °. RESULTADOS LONGITUD Y PERIODO Ajuste la longitud del péndulo a 50 cm medidos desde el punto de suspensión hasta la mitad del cuerpo suspendido. Retire la masa suspendida a un ángulo de 10° aproximadamente, suéltela para que oscile y tome una medición de tiempo requerido para dar 1 oscilaciones completa (periodo de oscilación), repita este proceso 10 veces más y promédielo. Registre el periodo promedio en la tabla 1. Repita el proceso anterior para las otras longitudes especificadas. Tabla 1. Longitud y Periodo LONGITUD L (m) PERIODO T (s) L / T² (m/s²) 0,20 0,89 0,25 0,30 1,04 0,28 0,40 1,23 0,26 0,50 1,39 0,26 0,60 1,51 0,26 0,70 1,63 0,26 0,80 1,72 0,27 1,00 2,0 0,25 Grafica 1 Longitud y Periodo Análisis y discusión Con ayuda de Excel elabore un gráfico de periodo en función de longitud (T vs L) y obtenga la ecuación que relaciona a dichas variables. ¿Qué curva obtuvo? En la ecuación encontrada que significado físico tiene la constante obtenida. Explique ¿Qué tipo de relación existe entre las variables consideradas? En la ecuación encontrada asuma que la pendiente hallada cumple con la ecuación m = 2π / √g y determine, a partir de ella, el valor de la aceleración de la gravedad en Neiva Análisis de errores. PERIODO Y MASA OSCILANTE Ajuste la longitud del péndulo a 50 cm medidos desde el punto de suspensión hasta la mitad del cuerpo suspendido. Retire la masa suspendida a un ángulo de 10° aproximadamente, suéltela para que oscile, y tome una medición de tiempo requerido para dar 1 oscilaciones completa (periodo de oscilación), repita este proceso 10 veces más y promédielo. Registre el periodo promedio en la tabla 2. Repita el proceso dejando constante la longitud y variando la masa suspendida. Compare los valores de la última columna Tabla 2. Masa Y Periodo MASA m (g) PERIODO T (s) 20 1,4 40 1,4 60 1,4 80 1,4 100 1,4 120 1,4 140 1,4 Grafica 2 Masa Y Periodo Análisis y discusión Con ayuda de Excel elabore un gráfico de periodo en función de masa oscilante (T vs m), obtenga la ecuación que relaciona a dichas variables. ¿Qué curva obtuvo? En la ecuación encontrada que significado físico tiene la constante obtenida. Explique. ¿Depende el periodo de la masa oscilante? Respuesta: El periodo del péndulo simple no depende de la masa oscilante Análisis de errores PERIODO Y AMPLITUD ANGULAR Ajuste la longitud del péndulo a 50 cm medidos desde el punto de suspensión hasta la mitad del cuerpo suspendido. Retire la masa suspendida a un ángulo de 10° aproximadamente, suéltela para que oscile, y tome una medición de tiempo requerido para dar 1 oscilaciones completa (periodo de oscilación), repita este proceso 10 veces más y promédielo. Registre el periodo promedio en la tabla 3. Repita el proceso dejando constante la longitud y la masa oscilante variando el ángulo de lanzamiento (amplitud angular). Compare los valores de la última columna Tabla 3. Amplitud angular y Periodo AMPLITUD θ(º) PERIODO T (s) 10 1,4 8 1,4 6 1,4 4 1,4 2 1,4 Grafica 3 Amplitud Angular y Periodo Análisis y discusión Elabore un gráfico de periodo en función de la amplitud angular (T vs θ), obtenga la ecuación que relaciona a dichas variables. ¿Qué curva obtuvo? En la ecuación encontrada que significado físico tiene la constante obtenida. Explique. ¿Depende el periodo de la amplitud de oscilación? Respuesta: El periodo del péndulo simple no depende de la amplitud de oscilación Análisis de errores USO DE SIMULADOR Ingresa a: http://www.fismec.com/ovas/pendulo.html Ilustración 2 Simulador EXPLICACIÓN DEL SIMULADOR Botones parte superior Ilustración 3 - Simulador - Botones parte superior Haciendo clic escoge la ley a estudiar: Periodo y Longitud, Periodo y Masa, Periodo y Amplitud angular y Periodo y Aceleración. Botones parte derecha Ilustración 4 - Simulador - Botones parte derecha. Datos de la simulación: Allí usted puede observar el valor de longitud del péndulo con el cual se realiza la experiencia, el valor de la masa que oscila, valor de la gravedad del lugar donde se realiza el experimento y la amplitud angular de oscilación. Oscilaciones: Allí usted con flecha a derecha puede aumentar número de oscilaciones y con flecha izquierda puede disminuir número de oscilaciones. Datos en tiempo real: usted puede ir visualizando a medida que se ejecuta la animación el número de oscilaciones efectuadas por la masa y el tiempo empleado en realizar dichas oscilaciones. Botones para editar resorte y masa Ilustración 5 - Simulador - Botones para editar resorte y masa Resortes: Al hacer clic sobre cambiar usted puede editar planetas conocidos o planeta desconocido definiendo su gravedad. Masas: Al hacer clic sobre cambiar usted puede editar masas, escoger un valor y color para reemplazar la masa debe arrastrar y soltar sobre la masa que está en la animación Botones parte inferior Ilustración 6 - Simulador - Botones parte inferior Haciendo clic sobre cada uno de ellos puede ver la tabla de resultados, la(s) gráfica(s) de la ley en estudio y el enunciado de la ley. Botones: Control de la animación Ilustración 7 - Simulador - Botones: Control de la animación Al hacer clic en este botón inicia la animación. Al hacer clic en este botón pausa o detiene la animación. Al hacer clic en este botón carga nueva animación. Ejemplos En los botones parte superior haga clic en el botón - ley periodo y longitud. Fije el número de oscilaciones a 1, fije la masa en 500 kg, fije ángulo a 15° y el planeta tierra. Defina una longitud de péndulo 1m, luego haga clic en el botón play, registre los datos en el cuaderno de apuntes. Varié la longitud de péndulo y repita el proceso anterior. Escriba conclusiones. En los botones parte superior haga clic en el botón - ley periodo y masa. Fije el número de oscilaciones a 1, fije la longitud del péndulo a 1m, fije ángulo a 15° y el planeta tierra. Defina una masa oscilante de 100 kg, luego haga clic en el botón play, registre los datos en el cuaderno de apuntes. Varié la masa oscilante y repita el proceso anterior. Escriba conclusiones. En los botones parte superior haga clic en el botón - ley periodo y amplitud angular. Fije el número de oscilaciones a 1, fije la longitud del péndulo a 1m, fije la masa a 300 kg y el planeta tierra. Defina una amplitud oscilante de 2°, luego haga clic en el botón play, registre los datos en el cuaderno de apuntes. Varié la amplitud angular y repita el proceso anterior. Escriba conclusiones. PERIODO Y ACELERACIÓN Utilice la animación OVA de un péndulo simple. Fije la longitud del péndulo a 300 cm, masa de 500 g, amplitud angular de 10°, y número de oscilaciones 1. Ubique el planeta tierra (g = 9,8 m/s2). Haga clic en el botón inicio (play). Registre el periodo en la tabla 4. Repita el proceso variando el planeta (aceleración). Tabla 4. Aceleración y periodo PLANETA GRAVEDAD g(m/s2) PERIODO T (s) Tierra 9,8 3,48 Mercurio 2,7 6,62 Venus 8,9 3,65 Martes 3,7 5,66 Júpiter 23,1 2,26 Neptuno 11 3,28 Plutón 0,4 17,21 Saturno 9 3,63 Sismic 15,7 2,75 Grafica 4 Aceleración y periodo Análisis y discusión Elabore con ayuda de Excel un gráfico de periodo en función de longitud (T vs g), obtenga la ecuación que relaciona a dichas variables. ¿Qué curva obtuvo? ¿Qué tipo de relación existe entre las variables consideradas? En la ecuación encontrada que significado físico tiene la constante obtenida. Explique. APLICACIONES ¿Por qué es necesario que la amplitud de oscilación sea siempre menor que un décimo de la longitud del péndulo usado? El valor teórico de la aceleración de la gravedad de un lugar situado a una altura H sobre el nivel del mar, está dado por: 9,81 g = --------------------------------------------------- (m/s²) [1 + H / (6,37 x 10⁶)] ² Consulte la altura sobre el nivel del mar y determine el valor teórico de la aceleración de la gravedad en Neiva. Determine el error porcentual en el cálculo de la aceleración de la gravedad por el método experimental utilizado. Si la amplitud del movimiento se tomara mucho mayor que la establecida, ¿qué clase de movimiento se obtendría? ¿Qué ocurriría con el periodo? Porqué se asume que la pendiente de la ecuación hallada cumple con la expresión m = 2π / √g CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Y/O WEBGRAFÍA Simulador: http://www.fismec.com/ovas/pendulo.html Descripción de los materiales: https://www.tplaboratorioquimico.com http://tqlaboratorios.com