PRACTICA 1 OSCILADOR ARMÓNICO

2PRACTICA 1OSCILADOR ARMÓNICO(Equipo: manual PASCO, Driven Harmonic Motion Analizer )OBJETIVO GENERALEstudiar los aspectos físicos más relevantes que caracterizan al movimientoarmónico como lo son el período, la frecuencia y el amortiguamiento.FUNDAMENTO TEÓRICOLey de Hooke: se define comoFs kx(1)donde x es el desplazamientote la masa desde su posición de equilibrio (x = 0) y k es unaconstante positiva conocida como constante de fuerza.Amplitud: es el desplazamiento máximo de la partícula en la dirección x, ya sea positiva onegativa.Frecuencia: representa el número de oscilaciones que efectúa la partícula por unidad detiempo.1f (2)TPeríodo: es el tiempo que tarda la partícula en completar un ciclo.mT 2(3)kMovimiento armónico simple: se encuentra definido por la ecuación t ASent X (4)con la amplitud denotada por A y la constante de fase.Resonancia: es el momento en el que la frecuencia impulsora se acerca a la frecuencianatural.Referencia sugerida:Fishbane P. M., Gasiorowicz S., Thornton S. T., “Física para Ciencias e Ingeniería “,Prentice Hall (1994), Vol.1, Cap. 13, págs. 377-400.Palabras Clave:Movimiento armónico, amplitud, período, frecuencia, ley de hook, amortiguamiento,resonancia, movimiento oscilatorio forzado.2

3Experimento 1: Frecuencia de oscilaciónOBJETIVOMedición del Período de oscilación y determinación de la frecuencia y verificaciónde la relación del período (3) (ver separata).PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALComo etapa preliminar, determine la constante elástica del resorte haciendo uso delas distintas masas disponibles. Tenga cuidado de no excederse de colocar más de 50 grs.Seguidamente, utilizaremos un método dinámico para nuestro estudio. Para esto se puedehacer uso de distintas masas y medir el período de oscilación en cada caso (deje elinterruptor “DRIVE” en “OFF” y seleccione con el interruptor de funciones el período“PERIOD”, ver anexo). Es importante que mida el período de oscilación también en el casoen que la barra está sola (este resultado será usado en el experimento 3).Masa de la barra: 54,65 0,01grs (verifíquelo)Preguntas:1) Teniendo en cuenta los límites de los errores de exactitud, ¿Predice la ecuación(13-18) de forma exacta el período de oscilación del sistema masa-resorte?2) Es armónico el movimiento de oscilación?Experimento 2: el amortiguamientoOBJETIVOAnalizar el amortiguamiento del movimiento oscilatorio. Encontrar el valor delcoeficiente de amortiguamientoPROCEDIMIENTO EXPERIMENTALManteniendo el interruptor de “DRIVE” en “OFF”, colocamos el interruptor defunciones en “AMPLITUDE”, lo cual nos proporciona la amplitud pico-pico de lasoscilaciones. Recolecte los datos de amplitud pico-pico para cada oscilación de la barra. Elperíodo de oscilación puede determinarlo con el interruptor de funciones en “PERIOD”.Sugerencia: Hacer todas estas medidas a la vez sería ideal, pero es difícil. Por ello, unamanera de “controlar “la experiencia consiste en que uno puede liberar el oscilador siempredesde una misma posición para poder repetir el experimento cuantas veces uno quiera y asípoder tomar la medida que uno requiera.3

4Con los datos recolectados estudie el comportamiento amortiguado.Preguntas:3) Por qué el movimiento es amortiguado?4) Con los datos observados, es posible graficar exactamente la envolvente?Experimento 3: la resonanciaOBJETIVOAnalizar movimiento oscilatorio forzado con amortiguamiento. Encontrar lafrecuencia de resonancia y verificar que se obtiene el máximo de la amplitud (ver ec. (13-60) de la referencia).PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALColocar el interruptor de “DRIVE” en “ON”, y el interruptor de funciones en“AMPLITUDE” . Esto nos permite buscar el máximo de la función amplitud A ( ) .Preguntas:5) ¿Qué se observa?6) ¿Qué relación hay entre la frecuencia natural de oscilación del sistema resortebarray la frecuencia de resonancia?Figura 1. Equipo a utilizar en la práctica4

5Figure 2. Descripción de Operación5