Trabajos

Universidad del Valle

Departamento de Física
Experimentación Física I
Laboratorio No. 3
MOVIMIENTO ROTACIONAL
1. OBJETIVO GENERAL:
Estudiar la dinámica de un movimiento de rotación.
1.1 Objetivos específicos:
•
•
•

Determinar el momento de inercia a partir de la aceleración angular del sistema bajo una fuerza constante.
Cálculo del momento de inercia de discos en rotación a partirde la medición de su radio y su masa
gravitatoria.
Comprobación del principio de conservación del momento angular.

2. SISTEMA EXPERIMENTAL
2.1 Materiales Requeridos.
•
•

Kit para dinámica rotacional de PASCO
Compresor

3. MONTAJE EXPERIMENTAL

Figura l. a) Vista Superior del montaje 1. b) Vista Lateral del montaje 1. Significado de las letras: A:
Disco superior de acero, B: Discoinferior de acero, C: Portapesas que pende de la cuerda F, D: Polea
en posición horizontal, E: Polea en posición vertical, F: Cuerda que une los discos A, B con el cuerpo
C, G: Base cilíndrica fija.
En las Figuras la y 1b se muestran dos vistas una superior y una lateral del montaje de este laboratorio. El equipo
del laboratorio requiere de una fuente continua de aire comprimido( no mostradaen la figuras). El compresor
tiene un tanque de almacenamiento que permite presiones hasta de 100 libras por pulgada cuadrada, Poundal
Square Inch (PSI). La salida del tanque está controlada por una válvula manual.

La base del aparato es una caja firme y hueca. En su interior hay un circuito de flujo de aire a presión moderada.
El circuito conduce aire al interior y dependiendo de una llavede paso (válvula 1) llega a una parte superior
creando un colchón de aire entre los discos y la base. El aparato posee un par discos (A y B) de acero inoxidable
(el disco B siempre va debajo de A), aunque la simetría de ambos discos parece ser la misma, existen cavidades
centrales que los hacen diferentes. Los dos discos son controlados por un pin que los hacen flotar juntos o por
separado.Existen dos clases de pines: los macizos, que sirven como tapón para la salida de aire por el centro de
los discos y el hueco, que permite la salida de aire por su interior.
Cada disco posee 200 líneas a lo largo de su perímetro, las cuales son detectadas por un medidor de velocidad
angular, que cuenta el número de líneas que pasan por el detector, durante 2 segundos, el medidor tiene unselector de velocidad para elegir la medición de la velocidad angular del disco A o B (UPPER o LOWER
respectivamente).
1
(4.1)
I = m (ri 2 + re2 )
4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2
4.1. Momento de Inercia de un disco
4.2. Rotación por una fuerza constante
Cálculo del momento de inercia de un disco
homogéneo, plano y hueco, de masa m cuyos radios
interno es ri y el externo es re.
I = ∫ r 2 dm
= ∫ r2 ρ dv
2

= ∫ r ρ 2 π e r dr

El sistema específico en consideración consiste de
dos discos A y B concéntricos unidos mediante una
cuerda F a un objeto C que pende de la misma tal
como se observa en las figuras la y 1b. Suponiendo
que el sistema se encuentra en reposo en el instante
en que se suelta, y despreciando las fuerzas de
fricción que actúan sobre el mismo, tendremos elsiguiente diagrama:

es la densidad, e es el espesor.

2r
rp

T1

2rpd

T

mcg

Figura. 2. Diagrama del sistema de rotación
Aplicando las leyes de Newton, respectivamente se
tiene:
mc g – T = mca
T rp-T1 rp = Ipα
T1rpd = (Id +Ipd)α

Teniendo en cuenta que, a = α r y ω = α t, y
como rp ≈ rpd=ro , se obtiene la expresión:





mc gr0
t

ω=
m p + m pd 2

2 
)r0 +mc r0 
 Id + (
2



(4.2)

en donde, mc: es masa total en el porta-pesas C, r0 =
la polea D más pequeña, g es la magnitud del vector
aceleración de la gravedad (980 cm/s2) e Id es el
momento de inercia total del disco.

4.3 Conservación del Momento Angular.

están libres de torques externos. Inicialmente se
asume que el disco A gira con cierta frecuencia wi
mientras que el...