Replanteamiento de la práctica sobre Movimiento Armónico Simple (Sistema masa-resorte)

Esta práctica se puede subdividir en dos subprácticas:

• El periodo del Movimiento Armónico Simple de un sistema masa-resorte.
• Las características y diferencias de fase de las gráficas posición, velocidad y aceleración, versus el tiempo.

Ambas subprácticas conforman la descripción de un movimiento rectilíneo con aceleración variable, correspondiente a la Unidad N° 4 del contenido programático de la asignatura Física I.

Objetivos generales

Describir la oscilación de un sistema masa-resorte desde el punto de vista cinemático.

Objetivos específicos

1. Determinar la constante de rigidez del resorte, K.
2. Calcular el periodo del M.A.S. del sistema masa-resorte.
3. Calcular el periodo promedio, a partir de la gráfica de posición versus tiempo.
4. Comparar ambos periodos.
5. Caracterizar las gráficas posición-tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo
6. Relacionar los valores máximos y nulos, relativos, entre estas gráficas, para un deteminado valor del tiempo.
7. A partir de estas relaciones, establecer las diferencias de fase entre las gráficas.

Equipos necesitados

• Sensor de movimiento.
• Sensor de fuerza.
• Varilla vertical larga.
• Abrazadera.
• Varilla horizontal corta.
• Resorte.
• Juego de pesas y hangares.
• Soporte.
• Interface.
• Cableado.
• Computador de mesa, con accesorios y software DataStudio.
• Regulador de voltaje.

Procedimiento

1. Montar el sistema masa-resorte (Ver guía oficial).
2. Colocar un hangar en el resorte.
3. Pulse el botón TARE del sensor de fuerza, para incorporar el hangar al resorte e iniciar el registro.
4. Registrar el valor de la posición inicial.
5. Colocar una pesa de 20 g al hangar.
6. Registrar el valor de la nueva posición.
7. Calcular la diferencia de la nueva posición con la posición inicial.. Es la primera elongación del resorte.
8. Registrar el valor de la segunda fuerza restauradora. La primera fuerza es cero.
9. Agregar sucesivas pesas de 10 g, hasta alcanzar una masa total de 70 g.
10. A medida que se agregan pesas de 10 g, repetir los pasos 6 al 8, hasta completar 6 elongaciones y sus respectivas fuerzas restauradoras.
11. Provocar la oscilación del sistema. 
12. Con el software DataStudio, establecer las gráficas posición, velocidad y aceleración, versus el tiempo.
13. A partir de la gráfica posición versús tiempo, ubicar los primeros siete valores máximos. En cada uno de ellos medir y registrar el tiempo correspondiente.
14. Ubicar un determinado valor máximo de la gráfica posición versus tiempo y medir el correspondiente valor de tiempo.
15. Con ese tiempo, ubicar los valores correspondientes en las gráficas velocidad versus tiempo y aceleración versus tiempo.
16. Ubicar un determinado valor cero de la gráfica posición versus tiempo y medir el correspondiente valor de tiempo.
17. Con ese tiempo, ubicar los valores correspondientes en las gráficas velocidad versus tiempo y aceleración versus tiempo.

Marco teórico

Considerar:

• Ley de Hooke.
• Límite de elasticidad de un resorte.
• Amortiguamiento de un resorte.
• Conceptualizar el M.A.S, desde el sistema masa-resorte.
• Describir las gráficas teóricas de este movimiento desde el sistema masa-resorte.
• Describir la ecuación del periodo del M.A.S.(Ver guía oficial)

Análisis de resultados

• Elaborar la gráfica fuerza restauradora versus elongación.
• Determinar la constante de rigidez del resorte, K, a partir de la pendiente aproximada de la gráfica Fuerza restauradora versus elongación.
• Calcular el periodo el M.A.S.
• A partir de los datos de los tiempos de los primeros 7 valores máximos, determinar los 6 primeros periodos de la oscilación.
• Promediar estos 6 periodos.
• Comparar el periodo promedio con el teórico. Es el error porcentual de la práctica (Exactitud)
• Establecer el desfasaje entre las gráficas, x-t, v-t y a-t.

Preguntas:

1. ¿Cómo es la gráfica Fuerza Restauradora versus Elongaciön?
2. ¿Se corresponde esta gráfica con la Ley de Hooke?
3. ¿Se puede asumir que la oscilación del sistema masa-resorte es un Movimiento Armónico Simple? Razonen la respuesta (Ver comparación de periodos).
4. El valor máximo de la posición del resorte, ¿cómo se corresponde con los valores de la velocidad y la aceleración, durante la oscilación?
5. El valor máximo de la velocidad, ¿cómo se corresponde con los valores de la posición y la aceleración, durante la oscilación?

Conclusiones

Las conclusiones son individuales.

Debe contener:

• Un párrafo en el que establezca si la oscilación provocada en el sistema masa-resorte es un M.A.S. Incluir el valor del periodo teórico.
• Un párrafo que establezca las características y los valores de desfasaje de las gráficas del movimiento, representadas.
• A partir de los dos párrafos anteriores, describir la oscilación del sistema masa-resorte, desde el punto de vista de la cinemática.
• Un párrafo que clarifique las causas del error porcentual (comparación entre periodos). Ver la guía de la medición en el laboratorio, para establecer los tipos de errores. ¿El amortiguamiento del resorte pudo haber afectado los resultados del periodo teórico?. Razonar.