2 2 Informe N6



Universidad de Santiago de Chile
Facultad de ciencias
Departamento de física
E6: Dinámica de rotación
Diego Torres Lara1, Carlos Vidal Céspedes2
1Ingeniería Ejecución Eléctrica, Departamento de Ingeniería Eléctrica
2Ingeniería en Biotecnología, Departamento de Ingeniería Química
Resumen
En esta actividad se estudió la relación existente entre la aceleración angular y el torque neto, ademásde cómo afecta la distribución de la masa en el eje de rotación. Estos fueron observados mediante un cuerpo en rotación -una barra con pesos adosados a ella-, la cual se encuentra unida a una polea que experimenta una fuerza de índole tangencial -tensión-, a razón de una masa suspendida en el aire, lo cual posteriormente fue analizado.
Introducción
La rotación es un movimiento circular de unobjeto alrededor de un centro (O punto) de rotación. Un objeto en tres dimensiones siempre rota alrededor de una línea imaginaria llamada eje de rotación. Si el eje está dentro del cuerpo, y pasa a través del centro de masa del cuerpo se dice que rota sobre sí mismo. Una rotación sobre un punto externo es llamada traslación, generalmente cuando es producida por la gravedad.
En la rotación, el vectorde la velocidad angular describe la dirección del eje de rotación. De acuerdo a la regla de la mano derecha, la dirección fuera del observador se asocia al sentido horario y la dirección hacia el observador con un sentido anti-horario.
Objetivos
Calcular el momento de inercia de un cuerpo respecto a su eje de giro.
Relacionar la aceleración angular, lineal y el torque neto que resulta.
Analizarlos efectos de la distribución de masa en un cuerpo respecto a su eje de rotación.
Marco teórico
Torque o momento de inercia
El momento de una fuerza respecto a un punto es un vector de carácter perpendicular al plano, el cual puede ser definido como el producto cruz entre los puntos de aplicación de las fuerzas que actúan en el sistema con respecto al punto dado y las fuerzas ya mencionadas.(Ecuación 1)
Donde es el torque, es la aceleración angular y es el momento de inercia.
Momento de inercia o inercia rotacional
La inercia es la tendencia de un objeto a mantener su estado de reposo o movimiento rectilíneo con su velocidad constante. A diferencia de la inercia rotacional esta depende de la masa del sistema y de cómo esta está distribuida. El momento de inercia expresa ladistribución de la masa de un sistema o un cuerpo. Cabe destacar que la inercia rotacional va a depender de la geometría del cuerpo y de la ubicación del eje de giro del mismo.
(Ecuación 2)
Donde es el momento de inercia del sistema, es el momento de inercia respecto al centro de masa, es el momento de inercia respecto al cilindro, es la masa (Ubicadas en los extremos de la barra) y es la distanciaentre el centro de la barra y el cuerpo de masa .
(Ecuación 3)
Donde es el momento inercia respecto al cilindro, es la masa ubicada en los extremos y es el radio del cilindro.
(Ecuación 4)
Donde es la masa de la barra, es el largo de la barra y es el momento de inercia respecto al centro de masa.
Desarrollo experimental
Actividad 1
Materiales
Hélice con accesorios
Polea inteligente
Pie demetro
Caja de masas
Barras
Nueces
Bases
Balanza
Hilo
Huincha de medir
PC con interfaz
Montaje

Figura 1
DESCRIPCIÓN experimental
En esta experiencia se realizaron varios montajes en los cuales se modificaron masas y radio de distancia, al cabo que ambos eran similares, pero no igual, de esta forma, el primer experimento se realizara de la siguiente manera:
Se instaló un soporte universal, junto auna barra, que en su extremo tenía sujeto un sensor de movimiento y una polea, de esta forma la barra giró gracias a una masa ‘m’ atada a un hilo con la polea de radio ‘r’, que será medido gracias a un pie de metro. Se realizaron 4 mediciones con distintos valores de masa que colgaba, las cuales con el programa del computador, fueron graficadas, obteniendo la velocidad angular, con lo cual...