Laboratorio de fisica - rototraslación

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE PROFESORA: CECILIA TOLEDO V.
FACULTAD DE CIENCIA PRIMER SEMESTRE DEl 2005
DEPARTAMENTO DE FÍSICA

LABORATORIO DE FISICA Nº 7

ROTOTRASLACIÓN

Objetivo:

Calcular el momento de inercia de un sólido por medio de unarototraslación. y usando el principio de conservación de la Energía Mecánica.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En esta sesión de laboratorio, usted dispondrá de diferentes materiales para determinar el momento de inercia de algunos cuerpos.
1.- Calcular el momento de inercia [pic] de la rueda de Maxwell

La rueda de Maxwell es cuerpo rígido formado por dos cilindros delgados de igual radio, conectados através de un cilindro de radio mayor, como muestra la figura (a)

a) Use el principio de conservación de la energía mecánica para determinar el momento de Inercia de la Rueda de Maxwell

.- Escriba las ecuaciones que le permitirán lograr el objetivo.
.- Explique brevemente las medias que deberá tomar para lograr el objetivo
.- Registre los datos en forma ordenada

b) Se puede realizarotro procedimiento experimental.

Método para calcular el Momento de Inercia aplicando el concepto de densidad.
La rueda de Maxwell está formada por un disco de radio “R” y dos cilindros coaxiales de radio “r” por la tanto, su momento de inercia puede expresarse como la suma de los momentos de inercia de los cuerpos que la forman.
Escriba la ecuación del momento de inercia de la rueda respectodel eje que pasa por su centro de masa:

¿ Cómo determinaría masa del cilindro mayor y de los cilindros menores?

Aplique las siguientes ecuaciones:

[pic]
Donde:
[pic]masa disco
[pic]masa cilindro
Determine el momento de inercia de la rueda .

c) Use las ecuaciones dinámicas para determinar finalmente el momento de inercia de la Rueda dMaxwell. Escriba las ecuaciones que le permitirán hacerlo . Haga los cálculos.

d) Verificación del Teorema de Steiner:

• Elija como eje instantáneo de rotación un punto P del borde del cilindro y verifique el Teorema de Steiner.
• Utilice los datos medidos anteriormente.

e)..Suponga que le pasan tres cuerpos, una esfera, un aro y un cilindro, todos de igual masa e igualradio, cuyos momentos de inercia son 2/5 MR2, MR2 ; y ½ MR2 respectivamente y los suelta desde la posición que indica la figura ¿ Llegan los tres al mismo tiempo a la base del plano inclinado? Explique con argumentos físicos su respuesta.

Materiales:
• 1 rueda de Maxwell
• 1 plano inclinado (rieles de madera)
• 2 fotopuertas
• 1 regla
• 1 pie de metro
• 2soportes universales
• 4 barras
• 4 nueces
• 1 balanza

ANEXO TEORICO

ECUACIONES GENERALES DEL MOVIMIENTO PLANO

De acuerdo a lo estudiado a la fecha, la aceleración del centro de masa de un sistema sobre el cual actúa una fuerza resultante [pic] es: [pic]

Por otra parte, cuando un rígido rota respecto de un eje fijo su ecuación de movimiento es:

[pic]Analizaremos, brevemente, a partir de estas ecuaciones, el movimiento de un cuerpo rígido, tenga o no tenga eje de rotación.

Si sobre un rígido actúan varias fuerzas, el sistema de fuerzas puede reducirse a los siguientes casos:
a) una sola fuerza cuya línea de acción pasa por el centro de masa , en cuyo caso el rígido sólo traslada.
b) a un par o cupla, es decir, dos fuerzas de línea deacción paralela, de igual módulo, igual dirección y sentido opuesto; en este caso el rígido rota respecto de un eje que pasa por el centro de masa sin ser necesario de que exista ese eje en forma real.
c) una fuerza única cuya línea de acción no pasa por el centro de masa, en este caso el rígido rota y traslada simultáneamente. Las ecuaciones del movimiento son:

[pic]...
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