IDENTIFICACIN DEL ENTREVISTADO
UNIVERSIDAD MANUELA BELTRN
MACROPROCESO DE RECURSOS E INFRAESTRUCTURA ACADMICA
FORMATO PARA PRCTICAS DE LABORATORIO
Fecha: Abril de 2011Cdigo: GRL-006Versin: 4.0
INFORMACIN BSICA
NOMBRE DE LA PRCTICA: Oscilaciones Amortiguadas
ASIGNATURA: Fsica Sonido
TEMA DE LA PRCTICA: Movimiento Amortiguado
LABORATORIO A UTILIZAR: Laboratorio de fsica C-302
CONTENIDO DE LA GUA
OBJETIVOS Comprender los conceptos bsicos que enmarcan el
movimiento armnico amortiguado. Analizar el comportamiento de un
oscilador desde el punto de vista de sus variables cinemticas.
Determinar experimentalmente el coeficiente de amortiguamiento del
aire en sistemas amortiguados.
INTRODUCCIN
Esta gua de laboratorio va dirigida a estudiantes de Salud, en
la cual se estudiar el tipo de movimiento ondulatorio presente en
dos cuerpos oscilantes diferentes, junto con algunos fenmenos
fsicos que se presentan en su desarrollo; tales como el periodo, el
sobre-amortiguamiento, el movimiento crticamente amortiguado y el
cambio de la amplitud de oscilacin dependiendo del cuerpo que
oscile con la resistencia del medio, y estructurar las
consideraciones bsicas presentes en un movimiento armnico
amortiguado. Siendo el anterior un tema bsico en el estudio de las
ondas.
MARCO TERICOLos sistemas (pndulo simple, pndulo fsico, sistema
masa-resorte) que se han considerado hasta ahora son idealizaciones
en las cuales se considera que no existe friccin, que nicamente
intervienen fuerzas conservativas de tal manera que no hay
disminucin de la energa mecnica y que una vez que el sistema se
pone en movimiento, ste contina oscilando para siempre sin
disminucin de su amplitud.
En la prctica los sistemas siempre tienen alguna forma de
friccin y las oscilaciones se disipan a menos que se provea de
alguna forma de reemplazar la energa mecnica perdida por la friccin
como por ejemplo el pndulo de un reloj.
La disminucin en la amplitud originada por las fuerzas
disipativas es llamada el amortiguamiento, y el movimiento
corresponde a oscilaciones amortiguadas.
Este tipo de comportamiento se presenta en medios viscosos
(Fluidos). Un ejemplo es el deslizamiento entre superficies
lubricadas con aceite o en el caso de los amortiguadores de
automviles. En este tipo de casos tenemos una fuerza adicional
sobre el cuerpo, debido a la friccin, de la forma:
Figura 1. Sistema Masa-Resorte (Serway, 2005)
Donde es la velocidad y (coeficiente de amortiguamiento) es una
constante que describe la intensidad de la fuerza retardadora. El
signo negativo nos indica que la fuerza siempre se opone a la
direccin de la velocidad. De esta manera para el caso de un sistema
masa-resorte (Figura 1) la fuerza neta que acta sobre el cuerpo
involucra la fuerza restauradora del resorte como se presenta en la
ecuacin (2)
De acuerdo a la segunda ley de Newton para el sistema tendremos
que:
De la ecuacin (3) tenemos
La ecuacin (5) es la solucin de la ecuacin diferencial (4) donde
A es la amplitud inicial del oscilador y es la constante de
fase.
Para este caso la frecuencia angular de oscilacin est dada
por:
Para este caso corresponde a la frecuencia angular del sistema
en ausencia de la fuerza retardadora. La figura 2 presenta la
grfica de un movimiento armnico amortiguado con constante de fase .
Aunque el movimiento es oscilatorio la amplitud disminuye
exponencialmente con el tiempo.
Es importante resaltar que cuando existe un comportamiento como
el indicado en la Figura 1 el oscilador se cataloga como un
Oscilador Amortiguado. Las oscilaciones amortiguadas se clasifican
en:
Figura 3. Clasificacin de Oscilacin amortiguada (Serway,
2005)
a) Subamortiguada: Si la magnitud de la fuerza retardadora es
pequea, tal que: . El movimiento resultante se representa con la
curva a) en la figura 3.
b)
Crticamente Amortiguada: Cuando el sistema alcanza y el sistema
no oscila, tal que: . El movimiento resultante se representa
mediante la curva b) en la figura 3.
c) Sobreamortiguada: Cuando el medio es demasiado viscoso y
fuerza retardadora es mucho mayor que fuerza restauradora, tal
que:. El movimiento resultante se representa mediante la curva c)
en la figura 3. Figura 2. Oscilacin amortiguada por la accin de
fuerzas disipativas (Serway, 2005)
METODOLOGA A UTILIZAR
Cada grupo de trabajo (mximo de cuatro estudiantes) redactar el
pre-informe que incluye: actividad previa, consulta de las
aplicaciones, consulta del marco terico y el cuestionario de la
gua; antes del ingreso a la respectiva clase. Clase magistral
introductoria relacionada con el tema propuesto en la gua.
Desarrollo de la gua de aprendizaje por parte de los estudiantes.
En el momento de resolver el procedimiento el grupo de estudiantes
realizar las medidas y los clculos respectivos en cada montaje y
por ltimo terminar de redactar el informe de laboratorio de acuerdo
con las indicaciones del docente. El informe ser entregado en forma
grupal, a mano y en el formato correspondiente.
MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS A UTILIZAR
Materiales y Equipos ReactivosMateriales Estudiante
Regla graduada (30 cm)
2 Nuez doble
1 Soportes universales
1 Sensor s
1 Resorte
1 Balanza
1 Sensor Cassy
1 Computador
PRECAUCIONES Y MANEJO DE MATERIALES
1. El estudiante deber repasar los conceptos antes mencionados,
se les har entrega de los elementos, verifique el estado de los
mismos en el momento en que se le entreguen.2. Mantener el sensor
de movimiento a una distancia no menor a 15 cm, no permitir que la
tabla golpee al sensor de movimiento. 3. No golpear el sensor de
movimiento ya que este es bastante sensible.4. Al momento de
conectar la interface al computador, es indispensable que no se
fuerce el puerto USB de entrada ya que se puede romper.
Fig. 4. Montaje Experimental
PROCEDIMIENTO
1. Realice el montaje mostrado en la Figura 4.2. Cargue el
programa Cassy Lab oscilaciones amortiguadas.3. Se recomienda que
el sensor este alineado hacia el centro de la tabla.4. Coloque a
oscilar el sistema y espere a que la masa oscile de manera
uniforme.5. Presione el Botn de F9 para iniciar la toma de datos6.
Capture la grfica de Posicin contra Tiempo.7. Con el clic derecho
elija la opcin efectuar ajustes y elija la opcin envolvente ex
(Dibujar Prediccin), el resultado debe ser una exponencial, similar
a la mostrada en la Figura 2.8. Realice un ajuste exponencial en
base natural para obtener la ecuacin de la grfica.9. Realice un
ajuste sinusoidal para obtener el periodo de oscilacin del sistema
y posteriormente la ecuacin de la grafica 10. Con los datos
obtenidos encuentre la constante de amortiguamiento del sistema.11.
Determine la masa m y la constante K Determine
12. 13. El propsito final es validar la desigualdad tpica de una
oscilacin sub-amortiguada como:
14. Repita los pasos anteriores cambiando las tablas 2 veces ms.
Guarde la grfica correspondiente.
NOTA: En caso de ser requerido, todos los valores obtenidos
deben ser consignados en las tablas, y los clculos realizados en el
tem de resultados que aparece en el formato del informe de
laboratorio.
BIBLIOGRAFA RECOMENDADA
Resnick, R; Halliday, D; Krane, K. Fsica v1, Ed. CECSA. 658
p.PASCO. (1996.). Guas de laboratorio. Feynman, R. (1998). Fsica 1.
Mxico: Addison Wesley.Sears, F. y ZEMANSKY, M. (1999). Fsica
Universitaria. v1. Pearson.Serway, R. (2001). Fsica. v1. Mxico:
McGraw-Hill.
INFORME DE LABORATORIO
ESTUDIANTES: Silvia Juliana Rodrguez Cano
GRUPO:
NOTA:
CARRERA: Fonoaudiologa
Formule tres objetivos que desee cumplir con la Prctica de
Laboratorio Estudiar las caractersticas de un resorte y los
conceptos bsicos que enmarcan el movimiento armnico amortiguado.
Identificar el comportamiento de oscilacin de las variables
cinemticas y los diferentes tipo de amortiguamiento. Conocer el
coeficiente de amortiguamiento del aire en sistemas
amortiguados.
RESULTADOS
Obtenga de cada grfica los trminos y con sus respectivas
unidades, usando un ajuste exponencial en base natural (Su
instructor le dar indicaciones).
Obtenga de cada grfica los trminos y con sus respectivas
unidades, usando un ajuste sinusoidal.
Con base a los parmetros anteriormente encontrados escriba la
ecuacin (5) de posicin en funcin del tiempo para cada experimento,
y represente sus respectivas grficas.
Con el valor de la masa de la tabla determine el coeficiente de
amortiguamiento para cada experimento realizado.
Valide el criterio de la condicin de una oscilacin
subamortiguada comprobando la desigualdad: para cada
experimento.
Anlisis de
Resultados:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
CUESTIONARIO
1. Qu sucedera con la constante de amortiguamiento del sistema
fsico empleado en laboratorio si se cambiara el medio (aire), por
otro medio ms viscoso (aceite)? Explique argumentando su respuesta
fsicamente.
2. Describa una oscilacin subamortiguada, crticamente
amortiguada y sobreamortiguada. D un ejemplo de aplicacin de cada
oscilacin mencionada anteriormente.
oscilacin subamortiguada: Para un movimiento con una constante
de resorte y masa de objeto determinadas las oscilaciones se
amortiguan ms rpidamente para valores ms grandes de la fuerza
retardadora.Cuando la magnitud de la fuerza retardadora es pequea,
tal que /2