2021 - 01 FII Semana - 01 Sesión 01

   

Física II  Oscilaciones Semana 01 2021-01

 

Semana 01 1

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2021 - 01

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Lectura y socialización del sílabo. Movimiento Mov imiento oscilatorio. AP Movimiento Mov imiento de un objeto unido a un resorte. Partícula Pa rtícula en movimi ento armónic o simpl e.

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2

Energía del oscilado r armónico simpl e. AP  Analo  An alo gía ent re el M.A.S. y el M.C.U.

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AP

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8

Taller de problemas sobr e movimiento armónico simple. Movimiento de un obj eto unido a un resorte. Partícula Pa rtícula en movimi ento armónic o simpl e. Energía del oscilado r armónico simpl e. AA  Analo  An alo gía ent re el mo vimi vi mi ent o ar mó ni co si mp le - m.a.s. m.a.s. - y el el movimiento circular circular uniforme -

Unidad N 1: OSCILACIONES y ONDAS °

Describe las oscilaciones en términos de amplitud, periodo, frecuencia y frecuencia angular. Efectúa cálculos de movimiento armónico simple. Utiliza los conceptos de energía en el análisis del movimiento armónico simple. Establece la analogía entre el M.A.S. y el M.C.U. Discute y resuelve problemas sobre movimiento armónico simple Trabaja en equipo en la solución de problemas de acuerdo con el enfoque por competencias para mostrar los saberes adquiridos.

m.c.u.  AP = Apr end izaj e Presen Pr esen ci al: Hor as de d e cl ase

 AA = Ap Apren ren di zaje Au tó no mo : Ejer Ejerci ci ci os en c asa

 

Lectura y socialización del sílabo

 

 

Lectura y socialización del sílabo Sumilla 

El curso de Física II es teórico   –  experimental, tiene como propósito fortalecer las competencias de comunicación, trabajo en equipo y la solución creativa de situaciones problemáticas de contexto real, todo ello, mediante el desarrollo de prácticas experimentales asistidas con software para tratamiento de datos en tiempo real, solución colaborativa de problemas y el uso adecuado de las TIC. Este curso comprende el estudio de movimiento oscilatorio, movimiento ondulatorio, electricidad y magnetismo.

   

 ASISTENCIA •

  Siempre entrar mediante su cuenta de Zoom de la USIL, no con

otra cuenta. •   La asistencia es AUT AUTOMÁ OMÁTICA TICA al estar presente durante durante la clase y no es manejada ni justificada por el docente del curso. Cualquier dificultad, pu e de informarla a [email protected]. pe pe..

        

Laboratorios Virtuales Es responsabilidad del estudiante cum cumpli plirr co con n la exp xpe erie rienci ncia a vi virtu rtua al de sus sus cuat cuatro ro (4 (4)) la labo bora rato tori rios os (Ope (Open n Labs La bs), ), resp respet etan ando do las las fe fech chas as máxi máxima mas. s. Las Las guí guías ya está están n di disp spo oni nib ble les s en el Camp Campu us Vir irtu tua al en el módu módullo de "Lab "Labor orat ator orio ios" s".. Leer Leer la las s guía guías s de la labo bora rato tori rio o ante antes s de real realiz izar ar lo los s la labo bora rato tori rios os vi virt rtua uale les s (e (en n cu cual alqu quie ierr hora horari rio) o).. El número de intentos es limitado . NO desperdicie su s intentos . Laboratorio 1

 APRUEBA /  APRUEBA/ NO APRUEBA

Laboratorio 2

 APRUEBA  APRUEBA// NO APRUEBA  APRUEBA//  APRUEBA NO APRUEBA  APRUEBA / NO APRUEBA

Laboratorio 3 Laboratorio 4

Los laboratorios estarán disponibles hasta el final de clases.

¡NO HABRÁ PRORROGAS!

Los laboratorios NO se promedian. Son un factor MULTIPLICATIVO.

      

Laboratorios Virtuales Las evaluaciones de laboratorio ya están disponibles en el Campus Virtual en la pest pe stañ aña a de “Evaluaciones".

El alumno sólo APROBARÁ el laboratorio si obtiene el  puntaje de de UNO (1) en en cada evaluación evaluación de laboratorio.

Los labo Los labora rato tori rios os solo   se se clasifican en   APROBADO   (P (PUNTAJE 1) O DESAPROBADO   (PUNTAJE MENOR A 1). Solo se cuentan los laboratorios apr ap rob oba ados do s (p (pun unt taje aje igua igLab ual l a 1) 1).. aproba Ejem Ejempl plo: o: Pun Puntaj aje e 0.75 0.75 en La b 1: No apro bado do.. No cuen cuenta ta.. Debe Debe repe repeti tirs rse e y apro aproba bars rse. e.

     

SISTEMA DE EVALUACIÓN 2021-01 OTA FINAL =

0.70 ×

 PROMEDIO DE LAS PC)×  Número de

Laboratorios con puntaje 1) × , 

 0.30 ×

Examen Final

Los laboratorios NO se promedian. No tienen nota pero influyen bastante en el promedio de las PC. Son un factor MULTIPLICATIVO. Solamente se registra   “0”  (no satisfactorio) o   “1”  (satisfactorio) en los laboratorios. Por ejemplo, hasta alcanzar el puntaje 1. si usted obtiene 0.75, debe repetirlo

       

Laboratorios Virtuales Las evaluaciones de laboratorio esta estará rán n disp dispon onib ible les s en el Camp Campus us Vir irtu tual al en la pest pestañ aña a de  “Evaluaciones".

El alumno sólo APROBARÁ el laboratorio si obtiene el  puntaje de UNO (1) (1) en cada evaluación de laboratorio laboratorio.

 

 

Sesiones de aprendizaje Las sesiones d e aprendizaje también estarán disponibles en el Campus Virtual en la pestaña de

“Zoom".

   

 

Foros de discusión Recuerde de participar también del Foro de discusión disponible para cada semana de clase.

Los foros son creados para la participación y discusión entre los estudiante estudiantes, s, el profesor participará moderador.. como moderador

 

Libros de texto

 

Estrategias para resolver problemas

 

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Lectura y socialización Movimiento Mov imiento oscilatorio. del sílabo. AP Movimiento Mov imiento de un objeto unido a un resorte. Partícula en movimiento armónico simple. simple .

Describe las oscilaciones en términos de amplitud, periodo, frecuencia y frecuencia angular. Efectúa cálculos de movimiento armónico simple.

SESIÓN  01

 

Oscilaciones Estudiar el comportamiento de las osci os cila laci cion ones es en es estr truc uctu tura rass es de suma importancia en edificaciones, por ej por ejem empl plo o pa para ra sa sabe berr có cómo mo se comportaran ante un fuerte temblor o ante fuertes vientos.

 

 

Logros esperados ✓

Describe las oscilaciones en términos de amplitud,  periodo,  frecuencia y   frecuencia angular  para calcular  magnitudes  físicas de  fenómenos  físicos relacionados con el movimiento armónico simple. ✓  Aplica las ecuaciones que describen el movimiento armónico simple en la solución de problemas físicos que presenten estas características.

 

Movimiento Periódico y Oscilatorio Movimiento Periódico: ✓Movimiento

que se repite a iguales intervalos de tiempo.

Pue uede de ocur ocurri rirr en una dirección, o en 2D o 3D.

     

Movimiento Periódico y Oscilatorio Movimiento Oscilatorio (vibraciones): ✓ Transcurre pasando por un

punto medio (o

de aequilibrio) alejándose o acercándose en un una so sola la di dire recc cció ión. n. ✓No ne nece cesa sari riam amen entte se rep epiite de ig igu ual manera.

Todo movimiento oscilatorio necesita una fuerza restauradora.

 

Movimiento de un objeto unido a un resorte sobre una superficie sin fricción posición de equilibrio ✓

  Cuando el resorte (muelle) no esta estirado ni comprimido, el bloque queda en reposo, en la posición de equilibrio   del sistema ( = 0).  = 

 

Sistema Masa-Resorte Movimiento de un bloque unido a un resorte sobre una superficie sin fricción: (a)) El bloqu (a bloquee   se de desp spla laza za ha haci ciaa la de dere rech chaa   de su posición de equilibrio ( > 0). (b) Cuando el bloque está bloque está en su posición de equilibrio ( = 0), ), la  la fuerza que ejerce el resorte es cero. (c) El bloque   se desplaza hacia la izquierda   de su posición de equilibrio ( < 0).

       

Sistema Masa-Resorte

Ley de Hooke:   =  Donde: ✓    es la

fuerza restauradora ✓    es la constante de fuerza del resorte. ✓    es el desplazam desplazamiento iento medido a partir de la posición de equilibrio.

MASA-RESORTE

La fuerza restauradora restauradora:: ✓

de equilibrio se al dirige hacia la posición ta despla des plaza zamie mient nto o del bloque desde .la posición de equilibrio. ✓    Siempre Es opues opuesta

      

El sistema Masa-Resorte es un MAS   = 

,   =   =     =

2 2

   = –

   

 

Ecuación diferencial diferencial del M.A.S.

    +   = 0   

Siempre que la aceleración aceleración de  de un objeto sea proporcional a su desplazamiento desplazamiento,, pero en dirección opuesta opuesta,, el objeto se moverá con M.A.S. CONDICIONES DEL M.A.S. EN FUNCIÓN DE LA ACELERACIÓN

¡Recuerde que el M.A.S. no es un movimiento con aceleración constante constante!     

El sistema Masa-Resorte es un MAS Representación Matemática y Gráfica Modele el Modele  el bloque como una partícula. 



 = Si hacemos, ✓ Entonces, obtenemos la Ecuación diferencial del MAS:  



    +   = 0 ✓

Solluc So ució ión n de la Ecuac aciión diferencia iall del MAS:

() =  =    cos( + )

 A,, ω  A

,

son constantes.

  

Movimiento o Armónico Simple (MAS) Movimient Existen distintos sistemas físicos que son MAS. Uno de ellos es el sistema masa-resorte, el cual cu al,, gr grac acia iass a la Ley de Hook Hooke, e, tien tienee una una fuerza restauradora.

     +  =0      =   

Masa Ma sa-r -res esor orte te

Pén éndu dulo loss (á (áng ngul ulos os pe pequ queñ eños os))

https://www https://www.youtube.com/w .youtube.com/watch?v=XjyOYluqnDM atch?v=XjyOYluqnDM

Si Sist stem emas as el elás ásti tico coss

Cu Cual alqu quie ierr si sist stem emaa cu cuya ya po posi sici ción ón es descritaa por esta ecuación descrit ecuación diferencial diferencial es un MAS

 

Movimient Movimiento o Armónico Simple (MAS) Definiciones  A (en  (en ) es la amplitud  del movimiento. ➢  A ➢   ω   (en /) es la frecuencia frecuencia angul angular ar.. ➢    (en  ) es la co cons nsta tant nte e de fa fase se o  o el ángulo de fase inicial. ➢ T   (en   ) llamado periodo periodo,,   es es el iint nterv erval alo o de tiempo requ queerido para qu quee la partícula complete un ciclo ciclo de  de su movimiento.  (en   − o hertz (  frecuencia. Es  Es el ➢  f  (en  ) )  es la frecuencia. número de oscilaciones que experimenta la partícula por unidad de tiempo:

1

() =    cos( + )

hert he rtzz = Hz

 



minúscula   mayúscula

    

Movimiento Movimient o Armónico Simple (MAS) Definiciones ➢    y     se

determinan unívocamente por la posición y velocidad de posición y velocidad de la partícula. ➢Si en 

= , la partícula está en con n ve velo locid cidad ad ce cero ro  =    > , y co entonces  =  y  =  .

➢La

fase del movimiento   es la ca cant ntid idad ad ( + ). ➢() es periódica pues  pues su  su valor es el mismo cada vez que      se incrementa en   2 radianes, entonces:

=

2

() =    cos( + )

  

Movimiento o Armónico Simple (MAS) Movimient Relaciones entre el periodo, frecuencia y frecuencia angular 

 

EJEMPLO 01 El movimiento de un objeto unido a un resorte es descrito por un movimiento armónico simple (MAS) como se indica in dica gráficamen gráficamente te en la figura. Encuentre: A) La amplitud del movimiento. B) El per períod íodo. o. C) La frecuencia frec frecuencia uencia..angular. D) La E) El ángulo de fas fase. e. F) La ecuac ecuación ión par paraa   .

 

Movimiento Movimiento Armónico Simple (MAS)  ACTIVIDAD  ACTIVID AD 01: Análisis gráfico Considere una representación grafica (fig (figur ura) a) de mo movi vimi mien ento to ar armó móni nicco simple. Cuando el objeto está en las posiciones que corresponden a A, B y C de la gráfica. ¿Que puede decir acerca del signo de su posición posición y  y velocidad velocidad??

 

Movimiento o Armónico Simple (MAS) Movimient Posición, velocidad y aceleración   = cos( + )  () =

 

 = sen( + )

   () =    =  cos( + )  ✓El

MAS   es unid unidim imen ensi sion onal al ta tall que que las di dirrecc eccion iones pueden indicarse con el signo   + o   – .

   

Movimient Movimiento o Armónico Simple (MAS) Rapidez y aceleración máxima   =  =

    

   =   = ✓En

  

cualquier instante la velocidad   y la aceleración

están 90° y 180° desfasados con la posición,

respectivamente.    

Primer caso de MAS: Sistema masa-resorte masa-resorte  ACTIVIDAD 02: Frecuencia angular en un sistema masaresorte

La frecuencia angular (  ), es una medida de que tan rápido se  presentan las oscilaciones y se mide en rad/s .

Un bloque de  2  20 00 g  conectado a un resorte ligero tiene una constan te de de fuerz fue rzaa de   5,00 5,00 N/m N/m   y constante es libre oscilar sobre una superficie hori ho rizzontal sin sin fr fric iccció ión, n, com omo o se 

muestra en la figura. Determine su

Sistema masa-resorte:

 =

frecuencia angular. 

 

EJEMPLO 02 El diafragma de un altavoz se mueve hacia adelante y hacia atrás en un movimiento armónico simple para crear sonido, como se muestra en la figura. La fr frecu ecuen encia cia del del movim movimien iento to es    = 1,0 kHz   y la amplitud es   = 0,20 mm. (a) ¿Cuál es la rapidez máxima del diafragma y en qué punto(s) ocurre? (b (b)) ¿Cu ¿Cuál ál es el valo valorr abso absolu luto to de la acel aceler erac ació ión n máxi xim ma del diaf iafrag agm ma y en qué qué punto(s (s)) ocurre?

 

Movimiento Movimient o Armónico Simple (MAS) Cálculos de A y  Se debe conocer dos datos:

1.    0 =  2.      0 = 

 0 =    cos  ∙ 0 +  =    cos    =  

Ejemplo: Si el sistema masa resorte tiene (intrínsecamente) (intrínsecamente) un  = 10,0

 

y las condiciones iniciales son:

  =  ,     = , , / /.



  0 =    0 = 

 sen  ∙ 0 + =    sen   =  

  sen   = +4,00 m

Seno positivo y coseno negativo: II cuadrante:

  cos   = 7,00 m

,, … ° = ,  =  ,    

 

Actividad TIC

Calculadora gráfica https://www.geogebra.org/graphing?lang=es

 

EJEMPLO 03 Un objeto oscila con una frecuencia frecuencia angular   = ,  /. En   =  , el objeto está en    = ,   con una velocidad   = +, +,  / /. A) Encuentre Encuentre la amplitud amplitud y la constante constante de fase. B) Escr Escrib ibaa  y  como función del tiempo. C) Cuand Cuando o el el obje objeto to pasa pasa por por  = , ¿se puede saber con seguridad cuál es su velocidad en ese instante? D) Cuando Cuando el objeto objeto pasa por  = , ¿se puede saber con seguridad cuál es su rapidez en ese instante? E) Cuan Cuando do el obje objeto to ti tien enee velo veloci cida dad d      =  , ¿se puede saber con seguridad cuál es su posición en ese instante?

       

No se olvide de revisar la sesión de

 

Aprendizaje Autónomo y participar en los foros.

  ierre ✓

Se describieron las oscilaciones en términos de amplitud, periodo,  frecuencia y   frecuencia angular   para calcular  magnitudes físicas de  fenómenos físicos relacionados con el movimiento armónico simple. ✓ Se aplicaron las ecuaciones que describen el movimiento armónico simple en la solución de problemas físicos que presenten estas características.

     

Referencias Básicas ▪

Bibliografía del Curso

SERW SE RWA AY RAYM RAYMON OND D ,  JEWETT JOHN W . Fí Físi sica ca

 para la Ciencias e Ingeniería. Volumen I. 7a Edición. México. Thomson. 2009. LIBRO TEXTO ▪ TIPLER PAUL , MOSCA GENE.   Fís Físic ica a para para la ciencia y la tecnología. VOLUMEN 1. Mecánica/Oscilaciones y ondas/Termodinámica. Sexta Edición. Barcelona. Reverte. 2010