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