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Oscilador armónico


En este experimento se estudia el movimiento armónico simple de una masa oscilando entre dos puntos con un movimiento armónico simple.
Se utilizarán dos montajes ambos entre dos resortes: uno con oscilación vertical y otro vibrando en horizontal.



Enlace al guión de laboratorio.

Material


Montaje 1:
- Dos soportes
- Dos nueces y dos varillas
- Dos resortes iguales
- Carrito con portapesas y pesas
- Plancha metálica
- Cronómetro (sirve el del teléfono)

Montaje 2:
- Dos barras largas
- Dos tornillos de mesa
- Dos nueces y dos varillas cortas
- Varias parejas de resortes iguales
- Masas con enganches - Cronómetro (sirve el del teléfono)

.


Los resortes no deben ser muy rígidos para disponer de una frecuencia baja que facilite las mediciones.
Es importante que los resortes sean iguales.
La plancha metálica es necesaria para poder medir en una rampa inclinada.
En el montaje vertical, como masa vale cualquiera que se pueda enganchar por ambos lados y no estire en exceso el resorte vertical.
Como cronometro se puede usar el del teléfono de los alumnos.

Comentarios a la preparación del montaje

Montaje 1:
El carrito debe correr bien para evitar que el rozamiento amortigüe demasiado rápido el movimiento.
Se puede usar sobre una lámina de aluminio como en las fotografías, pero es prescindible si la mesa no es rugosa. La ventaja de poner la pieza de aluminio entre los dos soportes es que los sujeta y el conjunto es estable.

Montaje 2:
Las dos barras horizontales a las que se sujetan los resortes deben estar en una misma vertical para evitar movimientos laterales. Se puede hacer poniendo las nueces por lados opuestos en las barras verticales.
Para sujetar las masas se pueden utilizar portapesas, que suelen tener enganches por arriba y por abajo.
El resorte inferior debe tener algo de tensión para que actúe en todo el recorrido de la oscilación.


Aspectos didácticos


Este trabajo pretende:

- Estudiar experimentalmente un movimiento armónico simple.
- Determinar los parámetros y la función de posición de un movimiento armónico simple.
- Comprobar que el oscilador se comporta igual independientemente de la inclinación.
- Observar el efecto de la masa sobre la oscilación entre dos resortes.

Es mucho más fácil de entender el papel de las fuerzas en el montaje horizontal que en el vertical, al quedar el peso fuera del estudio en el caso horizontal.
Es interesante comprobar el funcionamiento con la rampa inclinada en varios ángulos para que puedan observar cómo el cambio de posición del punto de equilibri "neutraliza" la componente del peso paralela a la rampa. Esto permite después extrapolar la situación a la rampa vertical y asociarla al segundo montaje.
En el caso vertical, hay que hacerles ver que en el punto de equilibrio el peso es igual y opuesto a la suma de las fuerzas de los resortes y, por tanto, al desplazarse de ese punto de equilibrio solo cuentan los incrementos de las fuerzas que se producen en ambos resortes.
Es frecuente que los alumnos propongan que cambia la frecuencia al aumentar la amplitud, pronosticando que la frecuencia disminuirá al recorrer más distancia.
Las matemáticas asociadas al modelo no son fáciles, debido a las funciones trigonométricas, los ángulos en radianes y las velocidades angulares en rad/s. Esta es una buena oprtunidad para familiarizarse con el modelo matemático.



Montaje con oscilador horizontal

Montaje con oscilador horizontal

Montaje con oscilador horizontal

Montaje con oscilador horizontal

Montaje con oscilador vertical

Montaje con oscilador vertical
Movimiento del oscilador horizontal con masa pequeña
Movimiento del oscilador horizontal con masa grande
Movimiento del oscilador horizontal con masa grande
Movimiento del oscilador vertical
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