LABORATORIO DE FÍSICA IIOSCILACIONES ARMÓNICAS I. OBJETIVOS 1. Determinar la constante de resorte para diferentes resortes. 2. Determinar la constante de resorte para resortes unidos en serie y en paralelo. II. MATERIALES Cantidad 1 1 1 1 1 8 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 Código 12150-50 12151-99 11207-20 02412-00 02204-00 02206-02 02205-01 02002-55 02028-55 02051-00 02060-00 02040-55 07363-01 07363-04 07363-02 Descripción Cobra 3, Unidad básica, USB Fuente de alimentación 12V/2ª Barrera fotoeléctrica compacta / Fotocelda Hilo de seda, 200m Platillo de pesas / Portapesas de 10g Pesa de ranura, 50g Pesa de ranura, 10g Trípode Varilla cuadrada, 1000 mm Varilla con gancho Varilla de fijación Doble nuez azul Cable de conexión, 32A, 1000m, rojo Cable de conexión, 32A, 1000m, azul Cable de conexión, 32A, 1000m, amarillo Resorte A Resorte B por lo tanto. las constantes de cada resorte individual suman una fuerza total ( ) La constante total k es la suma de las constantes individuales y .III. el período T está dado por: T 2 m k (1) El peso que se aplica al resorte no debe estirarlo más allá de su punto de elasticidad máxima. ya que si lo sobrepasa la ley de Hooke ya no se cumpliría. entonces x1 F k1 F k2 F k 2 x2 . TEORÍA RESUMIDA Si un resorte es estirado desde su posición de reposo. entonces x 2 Si x1 x2 x . En la combinación en paralelo. la constante de la combinación cambia de una manera característica. Si varios resortes son colocados en paralelo o en serie. las desviaciones x1 y x 2 suman una desviación total x . una fuerza proporcional a ese estiramiento actúa en él: F k x Donde k es la constante del resorte. entonces x ( 1 1 )F k1 k 2 . el resorte no volvería a su posición inicial al dejar de aplicar la fuerza. En caso de que el resorte esté oscilando. La fuerza F es la misma para los dos resortes: F k1 x1 . Si varios resortes son colocados en serie. Por lo tanto F 1 x. 1 1 k1 k 2 La constante de los dos resortes en serie sería: k 1 1 1 1 1 o k k k 1 2 k1 k 2 1 (2) IV. Realice las conexiones eléctricas del Cobra 3 con la barrera fotoeléctrica como indica la Figura 2. Figura 2: Conexión eléctrica del Cobra3 con la fotocelda Figura 1: Montaje experimental . 3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Montaje 1. Realice el montaje como muestra la Figura 1. 2. inicie el programa Translación/Rotación y ajuste los parámetros como se muestra en la Figura 3. Finalmente haga ‘click’ en ‘Continuar’. Ejecute Measure. 9. La intención de esto es que el hilo no resbale en la rueda de la barrera fotoeléctrica. Coloque el hilo de seda en la rueda de la barrera y ajuste el montaje de manera que la barrera fotoeléctrica esté aproximadamente a la mitad del hilo con el portapesas colgando libremente (con las pesas incluidas). Guarde la gráfica de aceleración en una memoria USB. 8. Baje el portapesas unos cuantos centímetros. . Detenga el registro de datos en el programa dando clic en “Detener medición” antes que la rueda deje de oscilar. Coloque 60 gramos en el portapesas (masa total de 70g). 7. Enganche el resorte A en la varilla con gancho del montaje y con el hilo de seda con el portapesas de 10gr. Repita todo el procedimiento A para el resorte B. su instructor le enseñará cómo hacerlo. 11. Asegúrese de que el resorte no cuelgue verticalmente. pero usando una masa de 210g (incluyendo el portapesas). Con el programa Measure podrá calcular el correspondiente período. 5. 6. sino que forme un pequeño ángulo como se ve en la Figura 1. 10.Figura 3: Parámetros del programa Translación/Rotación Procedimiento A 4. suéltelo y ahora empiece a registrar los datos en el programa dando clic en “Iniciar medición”. pero ahora usando una masa total de 260g con los resortes A y B en paralelo. Repita los pasos del 4 al 10 del procedimiento A. pero ahora usando una masa total de 110g con 2 resortes B en serie. Repita los pasos del 4 al 10 del procedimiento A. Figura 4: Montaje experimental con resortes en serie Procedimiento C: Resortes en paralelo 13.Procedimiento B: Resortes en serie 12. Figura 5: Montaje experimental con resortes en paralelo . Procedimiento B 3. Período de oscilación para cada resorte. Procedimiento C 5. En este caso use el error del programa. Período de oscilación para la pareja de resortes en paralelo. 5.V. Procedimiento C 3. ∆T y luego para la constante de rigidez. REGISTRO DE DATOS Necesitará los siguientes datos para los procedimientos A. VI. 3. Error instrumental del programa que mide el tiempo de N oscilaciones. La constante de rigidez de la pareja de resortes A-B con su error propagado. 2. ∆t. ∆k. La constante de rigidez de la pareja de resortes B-B con su error propagado. 6. B y C. Para cada procedimiento. Las diferentes gráficas de aceleración generadas por Measure en formato digital. Período de oscilación para la pareja de resortes en serie. RESULTADOS Procedimiento A 1. VII. 4. Los diferentes tiempos de N oscilaciones obtenidos de las gráficas de aceleración con su respectivo error. Obtenga la constante de rigidez de la pareja de resortes A-B. se debe calcular los errores propagados para el período. Obtenga la constante de rigidez de la pareja de resortes B-B. 4. . CÁLCULOS Procedimiento A 1. Masa del portapesas sin las pesas. 1. Las constantes de rigidez de los resortes A y B con sus errores propagados correspondientes. Obtenga las constantes de rigidez de los resortes A y B. 2. Procedimiento B 2. Las diferentes masas del portapesas con las pesas. Es estirado por una pesa colgada de él hasta una longitud de equilibrio dentro del límite elástico. ¿Por qué son raros los movimientos que sean armónicos simples exactamente? 3. -kx en la ecuación –kx = max 4. ¿Qué cambios haría usted en un oscilador armónico para duplicar la velocidad máxima del objeto oscilatorio? . ¿Qué le pasaría al movimiento de un sistema oscilatorio si cambiara el signo del término de la fuerza. Dé algunos ejemplos de movimientos que sean aproximadamente armónicos simples.VIII. ¿Tiene el resorte la misma constante de fuerza k para desplazamientos a partir de esta nueva posición de equilibrio? 5. Compare los resultados obtenidos en esta práctica con los de la anterior (Ley de Hooke). CUESTIONARIO 1. ¿Qué método es más preciso cuantitativamente y cualitativamente y por qué? 2. Un resorte no estirado tiene una constante de fuerza k.