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Práctica de Laboratorio de Física Mecánica

Oswaldo de Jesús Gómez López

odgomez@unalmed.edu.co

Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín

RESUMEN – Se verifica experimentalmente la ley de Hooke para un sistema masa-resorte en movimiento. En este último satisfaciendo condiciones para que efectué un movimiento armónico simple.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Hooke.

Freshwater, Inglaterra, 1635 - Londres, 1703

La ley de Hooke para los resortes, afirma que la fuerza ejercida sobre un resorte, bien sea para comprimirlo o para elongarlo, es proporcional al cambio de longitud del mismo ver Figura 1, esto es.

(1)

Nótese la generalidad en la notación vectorial.

Siempre que la fuerza, que actúa sobre una partícula, produzca una aceleración que sea proporcional a su desplazamiento de la forma

proporciona un movimiento armónico simple, es decir, la partícula oscila periódicamente, pasando cada vez por su posición de equilibrio. Es por eso que de la relación (1) se deduce que el movimiento de la masa que cuelga de un resorte tiene un movimiento de este tipo.

PREGUNTA 1: Si usted considera la masa en una posición genérica, esto es, distinta a la de equilibrio, ¿Cuáles son las fuerzas que actúan sobre la masa? De una explicación de esta importante situación.

PREGUNTA 2:

A partir de (1), de su consideración en la pregunta anterior, y de las condiciones iniciales para la masa dadas por

encuentre:

a) La ecuación de la posición de la masa, y demuestre que , donde es el periodo de oscilación, la masa que cuelga libremente del resorte, y la constante del resorte.

b) La ecuación de la velocidad de la masa

c) La ecuación de la aceleración de la masa

ACTIVIDAD TEÓRICA

Utilice una hoja milimetrada, o un programa que le permita graficar en un mismo plano cartesiano, las tres ecuaciones de la pregunta 2, exhibiendo e interpretando físicamente lo que sucede en los puntos

Observación: Estas preguntas y esta actividad, se sugiere que sean evaluadas, como fundamentos de los resultados experimentales, que se obtengan.

Fig. 1

Sistema masa-resorte en eqilibrio

MONTAJE EXPERIMENTAL

Materiales:

- Resortes

- Arandelas

- Varillas

- Balanza

- Soporte Universal

- Regla

- Cronómetro

- Nuez doble

Fig. 2

Sistema masa-resorte en eqilibrio

Fig. 3

Sistema masa-resorte en las distintas posiciones

Actividad Experimental (Movimiento Armónico Simple)

1. Cuelgue una masa conocida del mismo resorte que usó para la calibración estática, Figura 3, y déjelo que oscile libremente, y en un momento dado comience a medir su periodo de oscilación (se reduce el error si se mide el tiempo para 20 oscilaciones y se divide por 20. ¿Porqué? ). Hágalo varias veces y para distintas masas, de tal forma que pueda construir una tabla de datos .

2. Grafique en Excel, donde sean los valores registrados en el eje de las abscisas, mientras que se registre en el eje de las ordenadas, y calcule la pendiente por el “Método de Mínimos Cuadrados”con su respectivo error, que será la constante del resorte.

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