Guía e Informe péndulo físico




PREINFORME LABORATORIO DE FÍSICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN


FÍSICA DE OSCILACIONES ONDAS Y ÓPTICA

TEMA: OSCILACIONES DE UN PÉNDULO COMPUESTO O FÍSICO
PRÁCTICA N°:
GRUPO N°:
DÍA:
HORA:
EQUIPO N°:
DOCENTE:
MONITOR:
INTEGRANTES
1.

2.


OBJETIVO GENERAL
­
Verificar el comportamiento periódico de oscilador armónico del péndulo compuesto

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Medirla aceleración de la gravedad mediante el análisis de la expresión del periodo del péndulo físico.
Medir el radio de giro de una regla.
­Reportar datos experimentales.
­Elaborar e interpretar gráficas experimentales.


FUNDAMENTO TEÓRICO:

Cifras significativas
Propagación de incertidumbres
Linealización
Regresión lineal
Oscilaciones del péndulo físico


INTRODUCCIÓN

Un péndulo compuesto (opéndulo físico) es cualquier cuerpo rígido que puede oscilar alrededor de un eje horizontal bajo la acción de la fuerza de gravedad. En la figura 1 se ilustra una posición general de un péndulo compuesto oscilando. En la misma figura se representa las fuerzas que actúan sobre el cuerpo rígido.


Figura 1. Diagrama de fuerzas en el movimiento de un péndulo compuesto

La distancia desde el punto de apoyo Ohasta al centro de gravedad del cuerpo es igual a b. Si el momento de inercia respecto al eje que pasa por O del cuerpo rígido es , la segunda ley de Newton de rotación es:

Ecuación 1

De la cual fácilmente se obtiene que:

Ecuación 2

Se debe observar que la fuerza de reacción R queejerce el pivote en O sobre el cuerpo rígido no hace torque, por lo que no aparece en la ecuación. Además, también es necesario resaltar que esta ecuación diferencial no es lineal, y por lo tanto el péndulo físico no oscila con Movimiento Armónico Simple. Sin embargo, para pequeñas oscilaciones (amplitudes del orden de los 10º),, por tanto:Ecuación 3

La ecuación 3, indica que para pequeñas amplitudes el movimiento pendular es armónico y a partir de esta, haciendo uso de las unidades del Sistema Internacional, tenemos que la frecuencia propia en Hz y el periodo del sistema en segundos están dados por las ecuaciones 4 y 5 respectivamente.


Ecuación 4. Frecuencia del sistemaEcuación 5. Periodo del sistema


Reemplazando la ecuación 6 (teorema de ejes paralelos) en la ecuación 5, se puede obtener que el periodo del sistema péndulo físico esta descrito por la Ecuación 7.


Ecuación 6


Ecuación 7. Expresión final para el Periodo del sistema


Dónde:

= Radio de giro del cuerpo rígido respecto a un eje que pasapor el centro de masa y que es paralelo al eje que pasa por el punto de suspensión O
g = Aceleración de la gravedad
b = Distancia desde el punto de apoyo O hasta al centro de gravedad del cuerpo



PROCEDIMIENTO


Medir las dimensiones de la regla (largo y ancho). Reportarlas en la Tabla 1.

Realizar el montaje mostrado en la figura 2 y haciendo uso de una fotocompuerta y del instrumento virtualsonoscopio del paquete PhysicsSensor medir el tiempo necesario para que el péndulo realice una oscilación completa siguiendo los pasos descritos a continuación:


1. Suspender la regla del primer agujero y ubicar la fotocompuerta de tal forma que al oscilar el péndulo se interrumpa el haz de luz con el alambre delgado que se encuentra en su parte inferior. Ver figura 3


Figura 2



Figura 3


2.Para iniciar la adquisición de datos con la fotocompuerta proceder a conectarla al PC introduciendo la terminal USB en uno de los puertos USB del computador (para alimentar eléctricamente el Diodo Emisor de Luz –LED-) y la otra terminal a la entrada del micrófono (para entrar la señal de respuesta al PC). Posteriormente, ejecute el Sonoscopio de PhysicsSensor y haga oscilar el péndulo...