Laboratorio de física calor-onda

Presentado por


1.1 Introducción

Dilatación de los liquidos: Si se calienta un recipiente lleno de un líquido, luego de un cierto tiempo se observa que el líquido se derrama, lo cual nos indica que el líquido se ha dilatado.
El recipiente sólido también se ha dilatado, pero el derrame que se produce nos demuestra que los líquidos se dilatan mas que los sólidos.
En general se puede decir que los líquidos se dilatan unas cien veces mas que los sólidos.Para los gases son mucho mas dilatables que sólidos y líquidos.  Si un gas aumenta de temperatura el movimiento de sus moléculas aumenta, pero si ademas esta contenido en un recipiente; aumnta el choque continuado de esas moléculas con las paredes del recipiente provocando un aumento de presión. Por tanto hay que tener en cuenta: temperatura, volumen y presión.

1.2 Introduction

Expansion of liquids: If you heat a container filled with a liquid aftera while we see that the liquid spills, which indicates that the liquidhas been delayed.
The solid container has also been expanded, but leakage occursshows that liquids expand more than solids.
In general we can say that liquids expand about a hundred timesmore than solids.

For gases are much more expandable than solids and liquids. If a gas temperature increases the motion of the molecules increases,but if it is contained in a container; aumnta continuous shock of these molecules with the walls of the container causing a pressure increase. Therefore we must take into account: temperature, volume and pressure.
2. Objetivos


El objetivo de la practica es comprobar la dependencia del momento de inercia I de un * objeto respecto a la distancia al centro de rotación y realizar la medición del momento de inercia de un cuerpo de forma complicada.

3. Marco Teórico

Pendulo simple

Este consiste en un modelo idealizado enel cual toda la masa del sistema se encuentra ubicada en una masa puntual suspendida de un hilo de masa despreciable. Si a la masa puntual se le desplaza un poco de su posición de equilibrio esta empezara a oscilar con una frecuencia natural igual a

En un péndulo simple la frecuencia natural solo depende de la longitud del hilo y de la ubicación del péndulo, es decir, que no importa la masa que se concentre en la punta, el sistema oscilara de la misma manera.

Péndulo Físico

Un péndulo físico es cualquier péndulo real que usa un cuerpo finito, el cual se coloca a oscilar, a diferencia del péndulo simple en el cual toda la masa se concentra en un punto.
Para el analisis de un péndulo físico es importante saber en qué lugar se encuentra ubicado su centro de gravedad, el cual es el punto donde, se considera, se concentra toda la masa y de ahí es donde actúa la fuerza de gravedad, la cual una de sus componentes va a ser utilizada como la fuerza restauradora del sistema.
Ademas es importante medir cuanto se opone el cuerpo al giro, es decir, su momento de inercia, el cual es específico para cada cuerpo.
Y por último se debe definir una distancia que valla del centro de gravedad al eje de giro, el cual es el brazo de palanca necesario para que el sistema rote.
Con estas consideraciones se puede hallar que un sistema que oscila como un péndulo físico se mueve en un M.A.S y su frecuencianatural de oscilación va a depender del brazo de giro, del momento de inercia y de la ubicación de dicho sistema

Péndulo de torsión

Consideremos una barra cilíndrica (o un alambre) suspendida verticalmente con su extremo superior fijo. Mediante un par de fuerzas F y -F (fig. 1), hacemos girar el extremo inferior, con lo cual los distintos discos horizontales en que podemos considerar dividida la barra deslizan unos respecto de otros. Una generatriz recta (AB) se convierte en una hélice (AB´). Se dice que el cuerpo ha experimentado una torsión. Ésta queda definida mediante el angulo de giro del disco mas bajo. Evidentemente, se trata de un caso de cizalladura y la constante D, que liga el angulo de torsión con el momento M del par aplicado (que vale M = F . d, siendo d el diametro del disco inferior), puede deducirse a partir de módulo de rigidez o de cizalladura, G. Si r es el radio de la barra (o del alambre) y su longitud l, se obtiene: (1)

Siendo D el momento director, o constante de torsión, que esta relacionada con el módulo de rigidez por

(2)
Oscilaciones elasticas. Péndulo de torsión Dentro del dominio de validez de la ley de Hooke, al deformar un cuerpo del modo que sea, aparece un esfuerzo recuperador proporcional a la deformación que tiende a devolver al cuerpo su forma primitiva. Si desaparece el esfuerzo deformante, el cuerpo se encuentraen las condiciones precisas para iniciar un movimiento oscilatorio armónico.

Por el interés que presentan, estudiaremos las oscilaciones de un cuerpo alargado sometido a una torsión inicial. Supongamos, por ejemplo, que una barra de longitud l y radio r esta dispuesta verticalmente, con su extremo superior fijo (fig. 2). El extremo inferior esta sujeto a un dispositivo que se puede girar libremente. Si imprimimos al cuerpo P un giro inicial en torno al eje AB, el momento exterior aplicado, M = D , es neutralizado por un momento elastico. Es decir, en el alambre, a consecuencia de la torsión que ha experimentado, se desarrollan fuerzas elasticas que tienden a devolver el alambre y al cuerpo P a la posición de partida. Pero, como el sistema móvil adquiere cierta velocidad angular, en virtud de la inercia, se rebasa la posición de equilibrio y el sistema ejecuta oscilaciones en torno a dicha posición, con torsiones alternativas en uno y otro sentido. Se dice que el sistema constituye un péndulo de torsión. Como se trata de un movimiento de rotación, si el angulo es pequeño, para que se cumpla la ley de Hooke, el momento de las fuerzas elasticas valdra M = -D , y sera igual al producto del momento de inercia I del sistema móvil (respecto al eje de giro) por la aceleración angular:

Por analogía con el movimiento armónico, lo mismo que en el caso del péndulo compuesto, el período deoscilación pendular valdra:



Determinación del módulo de rigidez.- Si I es conocido se puede calcular D y con él y las dimensiones del alambre se obtiene G mediante la ecuación.

4. Procedimiento y montaje

Procedimiento 1: (Péndulo simple

Materiales:
-Nailon
-Masas (100, 200, 300)g
-Trasportador
-Regla
-Soporte universal
-Cronometro
Desarrollo experiencia

Se toma el soporte y se le coloca el nailon y en la punta del nailon de coloca las masas respectivamente, luego se mide la distancia del nailon a la masa. Mas tarde con ayuda del trasportador medimos 30°, luego dejamos q gire la curda con la masa durante 20 segundos.
Se repite este proceso con las diferentes masas.
Procedimiento 2: (Péndulo físico

Materiales:
-Varilla de hierro
-Alambre
-Cronometro
-2 Soportes universales
-Trasportador
Regla
Desarrollo experiencia

Se toman los soportes universales y se unen por medio del alambre por cada extremo. En el medio del alambre se coloca la varilla y se inclina a 30° para hacerlo oscilar durante 20 segundos. Se repite el proceso dos veces.
Luego se realiza el mismo proceso pero en otro punto de la varilla.
Procedimiento 3: (Péndulo de torsión

Materiales:
-Péndulo de torsión
-Regla
-Trasportador
Desarrollo experiencia

Primero medimos el diametro de la varilla, luego pusimos a girar el péndulo a 10° y observamos lasoscilaciones del péndulo.

ANALISIS DE RESULTADOS

Analisis físico
En el péndulo simple pudimos observar que cuando teníamos la cuerda de 100cm el número de oscilaciones fue igual para cada masa que colocabamos donde no hubo variación porque para cada caso que realizabamos hubo una oscilación de 15veces, pero cuando realizamos la de 50cm obtuvimos que el número de oscilaciones fue mayor que la cuerda de 100cm.

Para el péndulo físico observamos que entre menos era distancia del orificio con el centro de la metalica menos era el numero de oscilaciones.

Para el péndulo de torsión este consistía en hallar el diametro del disco que fue de 20cm el radio que es de 10 cm y el número de oscilaciones cuando lo colocabamos a10° pero observamos que este péndulo condicho disco varia de 87 a 90 oscilaciones por cada 30 segundos.

Analisis matematico
En el péndulo simple calculamos el periodo donde pudimos analizar que entre mas la longitud de la cuerda mayor es el periodo. En el péndulo físico el momento de inercia tiene que ver mucho con la ubicación de los orificios ya que cuando mas cerca estén mayor es el punto de inercia y que el péndulo varia considerablemente, pero en el péndulo de torsión analizamos que el periodo es mucho menor que en los demas péndulos.
CONCLUSIÓN
Podemos concluir que los diferentes péndulos utilizados en la experiencia, el péndulo simple, físico y de torsión encontramosdiferentes periodos donde en el péndulo simple obtuvimos que el periodo entre mas longitud mayor es el; el péndulo físico fue muy satisfactorio ya que se vio diferentes variaciones en el periodo y en el punto de inercia y el péndulo detorsión los calculos fueron los esperados.
Ademas nos dimos cuenta que el tamaño de la masa no influye en el numero de periodos y también entre mas larga sea la cuerda menos periodos cumple.
CONCLUSION
We conclude that the various pendulums used in the experiment, the simple pendulum, physical and torque are different periods when the simple pendulum period we found that the more the greater the length, the physical pendulum was very satisfying because it was different variations in the period and at the point of inertia and the torsion pendulum calculations were as expected.
In addition we realized that the size of the mass does not influence the number of periods and also between longer it is the rope fewer periods it expires.

10. Bibliografía

1. Hans C. Ohanian. Física. Volumen I. 3° edición. Capitulo 21. Pag. 2.
2. Wilson Buffa Lou. Física. 6° edición. Ed. Capitulo 12. Pag. 374-376
3. SERWAY, Raymond. Física. Tomo I. 6° edición. Ed. Tomson. Capitulo 20. Pag. 586-589

4. [en línea]. Colombia, Disponible en: <https://www.uclm.es/profesorado/ajbarbero/Practicas/02_Pendulo_simple.pdf> [consulta: 30 de Septiembre del 2011].
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