Laboratorio Fisica Mecanica




PREINFORME LABORATORIO DE FÍSICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN


FÍSICA DE OSCILACIONES ONDAS Y ÓPTICA

TEMA: CALIBRACIÓN DINÁMICA DEL SISTEMA MASA-RESORTE

PRÁCTICA #:
GRUPO #:
DÍA:
HORA:
EQUIPO #:
DOCENTE:
MONITOR:
INTEGRANTES
1.

2.


OBJETIVO GENERAL
­
Verificar el comportamiento de oscilador armónico del sistema "masa-resorte".OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Medir la constante de rigidez de un resorte mediante un análisis de su periodo de oscilación, método dinámico.
Realizar el reporte de datos experimentales haciendo uso adecuado del manejo de cifras significativas y de las técnicas de reporte de datos experimentales.
­Elaborar e interpretar gráficas experimentales.


FUNDAMENTO TEÓRICO:

Cifras significativasPropagación de incertidumbres
Linealización
Regresión lineal
Ley de Hooke
Oscilaciones sistema masa-resorte


INTRODUCCIÓN


En la figura 1 se ilustra los estados en los que se puede encontrar el sistema masa-resorte: longitud natural del resorte (izquierda), masa acoplada y en equilibrio (centro) y masa desplazada del equilibrio (derecha). En al figura 2 se ilustran los diagramas de fuerza de lamasa m en la situación de equilibrio y en la situación de no equilibrio.


Figura 1. Estados del sistema masa-resorte



Figura 2. Diagramas de fuerza


Realizando la sumatoria de fuerzas del sistema tanto en la posición de equilibrio como en su posición general, fácilmente se puede obtener la ecuación 1, la cual es la ecuación diferencial del oscilar armónico, donde k corresponde a laconstante de rigidez del resorte y m a masa unida al resorte.


Ecuación 1



De la ecuación 1 se obtiene que la frecuencia propia en Hz y el periodo del sistema en segundos están dados por las ecuaciones 2 y 3 respectivamente sí m y k son dados con unidades del Sistema Internacional.


Ecuación2. Frecuencia del sistema

Ecuación 3. Periodo del sistema


PROCEDIMIENTO


1. Colgar en el extremo inferior del resorte el porta-pesas con una “pesa” cuya masa esté entre 50 g y 100 g (Figura 3). Hacer oscilar este sistema y usando el cronómetro (cronómetro virtual de PhysicsSensor con apreciación de 0,01 s) medir el tiempo necesario paraque éste oscile 10 veces y reportar dicho valor en la Tabla 1. Repetir este procedimiento con la misma “pesa” otras 9 veces (por razones prácticas de metrología es conveniente que cronometre durante toda la sesión un mismo integrante del grupo).

2. Calcular el tiempo medio y su desviación estándar de la media (Ecuación 4). Decidir que incertidumbre absoluta se va a reportar para los datos detiempo con base a lo aprendido en la práctica Fundamentos de Teoría de la Medida. Esta será la incertidumbre absoluta que se le asignará a todas las medidas de tiempo posteriores en esta práctica.




Figura 3


Ecuación 4. Desviación estándar de la media


3. Bajar el "portapesas + pesa" del sistema "masa-resorte" y empleando la balanza medir su masa y reportarla con surespectiva incertidumbre absoluta (Tabla 1). Esta incertidumbre será la que se reportará en todas las medidas siempre que se siga el mismo procedimiento.
Los datos obtenidos en estos 3 pasos, tiempo medio y el valor de la masa que se empleó para su medición, corresponderán al primer dato de la Tabla 2.

4. Cambiar otras seis veces la masa del sistema y en cada caso medir el tiempo necesario paracompletar 10 oscilaciones una sola vez. La masa se puede cambiar agregando “pesas” al "porta-pesas". Cada que se cambie la masa se debe bajar el conjunto "porta-pesas + pesas" para obtener la masa con la balanza. Ir reportando los resultados en la Tabla 2.

5. Con los datos recolectados en la Tabla 2 y a partir de una linealización de la ecuación del periodo del sistema (Ecuación 5), obtener la...