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Rotación y Traslación

Enviado por Agustín Garrido

Partes: 1, 2

  1. Objetivos
  2. Materiales
  3. Introducción
  4. Esquema experimental
  5. Procedimiento Experimental
  6. Procesamiento de Datos
  7. Análisis y Conclusiones

Síntesis

El tema del trabajo a tratar es rotación y traslación. Para hacer esta experiencia se necesitó de diversos elementos tecnológicos como una polea inteligente y un software necesario para plasmar diversos gráficos de la experiencia. Se analizaron tres casos diferentes variando las masas y la distribución de las pesas. Después de los correspondientes análisis se pudo saber que el momento de inercia depende de la distribución de las masas y la masa es independiente  en sí.

Objetivos:

Los objetivos del trabajo son obtener el momento de inercia de un cuerpo rígido, estudiar la influencia de la masa colgante en las aceleraciones, estudiar la influencia de los cambios de la distribución de las masas en el momento de inercia y en las aceleraciones lineal y angular y determinar el momento de fuerza de rozamiento, que actúa sobre un cuerpo rígido en rotación.

Materiales

              Durante toda la experiencia utilizamos: una cinta métrica, un volante, pesas, una polea inteligente, una cuerda de nylon inextensible, un calibre, una computadora con el Software "Science Workshop" e Interfaz.

Introducción:

Para comprender este trabajo es necesario saber algunos elementos teóricos.

            Si en el sistema actúan fuerzas no conservativas, como en nuestro caso la fuerza de rozamiento, podemos calcularla utilizando la siguiente ecuación: AEm= Lfnc.

            Para realizar más adelante un diagrama de cuerpo libre, es necesario tener en cuenta la siguiente ley de Newton:   Σ F = m. a

            Mf = F.d.       

            Donde Mf es el momento de fuerza, f es la fuerza y d el brazo del momento.

            Lfr= - ‌‌‌‌‌‌|M fr‌‌‌‌‌‌| . α

            Lfr es el trabajo de la fuerza de rozamiento, Mfr el momento de la fuerza de rozamiento y α la aceleración angular

            α = 2.n. π   donde "α" es la aceleración angular y "n" el número de vueltas

Esquema experimental

Para el desarrollo de este trabajo práctico, fue menester el empleo de un inerciómetro, al cual le calculamos el diámetro utilizando un calibre o vernier, y a ese resultado lo dividimos por dos para obtener el radio. El inerciómetro es un instrumento compuesto por cuatro varillas puestas sobre un eje que gira libremente. Sobre las cuatros varillas, existen masas de igual peso (las que llamaremos a partir de ahora "tuercas"), cuya distancia al centro del volante puede ser modificada. En el eje se encuentra un carretel en donde se enrolla un hilo de nylon (que es inextensible), el cual esta sujeto ( en uno de sus extremos) en el eje y el otro extremo al brazo (elemento del cual se colgarán distintas pesas de distintos pesos a lo largo del trabajo práctico).

            Hace falta recordar que a este sistema se le asocia un dispositivo de alta tecnología  denominado "polea inteligente". Este dispositivo esta compuesto por una polea con bajo rozamiento  que lleva asociado consigo un sensor óptico que registra los movimientos rotacionales de la polea. El sensor óptico emite un rayo infrarrojo a partir de un emisor, así como también cuenta con un detector; ambos elementos montados en una estructura en forma de U que se encuentra rodeando a la polea. El rayo infrarrojo (emitido por el emisor) es recibido por el detector. Cuando el haz infrarrojo es interrumpido por el movimiento rotacional de la polea (mejor dicho, los rayos de la polea son los que cortan el rayo infrarrojo), la polea envía una señal a la interfaz (a la cual esta conectada). Paso seguido, la interfaz enviará el dato al computador, quien lo registrará. Esos datos serán grabados en un diskette. 

Procedimiento Experimental

            Para determinar el momento de la fuerza de rozamiento se cometieron los siguientes actos:

            Como mencionamos anteriormente, nos fue necesario medir (para comenzar con nuestro práctico) el radio del eje del inerciómetro para luego poder calcular el momento de inercia (J0). El valor de dicho radio fue (0,0078 ± 0,003) m.

Utilizando el metro, se tomaron ciertos puntos de referencia para nuestras mediciones, los cuales eran h1': punto desde el cual se soltaba el brazo con las pesas para comenzar la medición; h2: punto en el que se encontraba el mismo brazo cuando el hilo estaba totalmente desenrollado; y h3': punto más alto alcanzado por el brazo luego de haber superado el primer descenso. Luego, le restamos h2 a h1' y a h3'  ya que tomamos como "0"  la energía potencial de h2 (para simplificar los cálculos), y de esta manera obtenemos h1 y h3. Esto se realizó para cada instancia del experimento (los datos correspondientes se encuentran en las tablas I, II y III).


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