Catálogo general eXperimentos de FísiCa

MECánICA OsCILACIOnEs
Acoplamiento de oscilaciones longitudinales con oscilaciones torsionales en el resorte helicoidal de Wilberforce (P1.5.4.3)
No de Cat. Artículo
346 51 Resorte para oscilaciones acopladas 1
311 22 Regla vertical, l = 1 m 1
300 11 Zócalo 1
313 17 Cronómetro portátil II, 60 s/0,2 s 1
346 03 Péndulo barra, par 1
340 85 Pesas, c/u de 50 g, juego de 6 1
314 04ET5 Asa de soporte, fijable, juego de 5 1
352 10 Resorte helicoidal 3 N/m 1
579 43 Motor de c.c y generador tacométrico, STE 4/19/50 2
524 013 Sensor-CASSY 2 1
524 220 CASSY Lab 2 1
301 25 Bloque de soporte MF 2
301 26 Varilla de soporte, 25 cm, 10 mm Ø 1
301 27 Varilla de soporte, 50 cm, 10 mm Ø 2
301 21 Base de soporte MF 2
501 46 Cables, 100 cm, rojo/azul, par 2
Adicionalmente se requiere:
PC con Windows XP/Vista/7
Péndulo acoplado - Registro y evaluación
con CASSY (P1.5.4.4)
P1.5.4.3
P1.5.4.4
1
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P1.5.4
El resorte helicoidal de Wilberforce es un montaje experimental para
mostrar las oscilaciones longitudinales y torsionales. En una elongación
el resorte helicoidal siempre se tuerce un poco. Por esta razón
las oscilaciones longitudinales del resorte helicoidal siempre excitan
oscilaciones torsionales. Por otro lado las oscilaciones torsionales
causan oscilaciones longitudinales, ya que en la torsión la longitud del
resorte varía. La frecuencia propia f T de la oscilación longitudinal está
determinada por la masa m del cilindro de metal colgado, mientras
que la frecuencia propia f R de la oscilación torsional queda fijada por
el momento de inercia I del cilindro de metal. Mediante discos de metal
atornillables a piezas enroscables ordenadas radialmente se puede
variar el momento de inercia I sin variar la propia masa m.
En el experimento P1.5.4.3 se sintoniza las frecuencias f T y f R desplazando
el momento de inercia I. Para verificar ello se hace girar el cilindro
de metal una vez sobre el propio eje elevándolo al mismo tiempo
10 cm. Cuando la sintonización es óptima el cilindro oscila longitudinalmente
con oscilaciones torsionales al mismo tiempo sin que haya
influencia entre ellas. Por último se observa que para una desviación
cualquiera las oscilaciones longitudinales y torsionales alcanzan el
estado de reposo alternadamente. El sistema se comporta como dos
péndulos clásicos acoplados.
Dos péndulos acoplados (P1.5.4.4) oscilan con la misma fase con la
frecuencia f 1, cuando estos son desviados la misma distancia a partir
de la posición en reposo. Si el segundo péndulo es desviado en dirección
opuesta, el péndulo oscila en contrafase con la frecuencia f 2. Si
se desvía sólo un péndulo, se genera una oscilación acoplada con la
frecuencia
f
n
f + f
=
2
1 2
en la cual la energía de oscilación entre ambos péndulos es transferida
de uno al otro. El primer péndulo deviene en reposo después de
un determinado tiempo, mientras que el otro alcanza simultáneamente
su mayor amplitud. El tiempo entre el reposo instantáneo de un péndulo
al próximo se denota T s. Para la frecuencia de batido respectiva
se cumple
f = f − f
s
1 2
Acoplamiento de oscilaciones
P1.5.4.3
Acoplamiento de oscilaciones longitudinales
con oscilaciones torsionales en el
resorte helicoidal de Wilberforce
P1.5.4.4
Péndulo acoplado - Registro y evaluación
con CASSY