Rotación y Traslación

Partes: 1, 2

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).