Guia No. 3 PDF

 

UNIVERSIDAD UNIV ERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

MOVIMENTO DE TRASLACIÓN Y ROTACIÓN COMBINADAS (RODADURA)

Codificación:

LAF-G-407

Guíass de Guía d e Práct Práctic icas as de Laboratorio  

Número de Páginas:   7

Revisión No.:  0

Fecha Emisión: 30/11/07 Laboratorio de

FÍSICA OSCILACIONES Y ONDAS

Titulo de la Práctica de Laboratorio:

GUÍA No. 3 MOVIMENTO DE TRASLACIÓN Y ROTACIÓN COMBINADAS (RODADURA)

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 Aprr ob ado po r:  Ap

SANDRA MAGALY MEDINA  ARAÚJO  ARA ÚJO

JAIRO BAUTISTA MESA

Comitê de Departamento

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Control de Cambios Razones Ra zones del Ca Cambio mbio

Ca Cambi mbio o a la Re Revisi visi ón #

Fecha de emisión emisió n

Guía de práctica de laboratorio inicial

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30/11/17

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MOVIMENTO DE TRASLACIÓN Y ROTACIÓN COMBINADAS (RODADURA)

1. FACULTAD O UNIDAD ACADÉMICA: Facultad de Ciencias Básicas y  Aplicadas. Departamento Departamento de Física Física  2. PROGRAMA: TEC: Tecnología en Electrónica y Comunicaciones  3. ASIGNATURA: Laboratorio de Física Oscilaciones y Ondas  4. SEMESTRE: Segundo  5. OBJETIVOS:   Visualizar el movimiento de rodadura como la combinación de los

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movimientos de traslación y de rotación   Reconocer la influencia de la geometría de los cuerpos en su velocidad de rotación y traslación.   Verificar las predicciones de la dinámica unidimensional de un cuerpo rígido rodando sin resbalar.

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6. COMPE COMPETENCIAS TENCIAS A DESARROLLAR: DESARROLL AR:   Interpretar la composición de movimientos   Describir el movimiento de un objeto desde el punto de vista de la cinemática y de la dinámica   Relacionar conceptos y leyes ya estudiadas

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7. MARCO TEORICO: Movimiento de rodadura de un cuerpo rígido Cuando el movimiento de rotación de un cuerpo rígido se efectúa alrededor de un eje móvil puede representarse como una combinación de movimiento traslacional del centro de masa y rotación alrededor de un eje que pasa por el centro de masa. El análisis del movimiento se realiza a partir de consideraciones de energía. La energía cinética del cuerpo es la suma de una parte asociada al movimiento del centro de masa y una parte asociada a la rotación alrededor de un eje que pasa por el centro de masa.

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MOVIMENTO DE TRASLACIÓN Y ROTACIÓN COMBINADAS (RODADURA) Un importante de este tipo de movimiento es el de unacuerpo que rueda sin caso deslizarse. Se restringirá la descripción del movimiento un cuerpo rígido homogéneo con un alto grado de simetría, como un cilindro, una esfera o un aro, y en primera instancia, rodando en un plano. Supongamos una rueda rodando con una trayectoria recta, como se muestra en la figura:

Figura tomada de Física Sears Zemansky Young. Vol 1. Pág. 324. Si se observa el movimiento en un sistema de referencia inercial, en la cual la superficie sobre la que el cuerpo rueda se encuentra en reposo, el punto de contacto entre la rueda y la superficie debe estar instantáneamente en reposo para que no resbale la rueda. La velocidad del punto de contacto relativa al centro de masa debe tener la misma magnitud, pero dirección contraria a la velocidad del centro de masa anterior:

, ahora como

y de acuerdo con lo

Condición para rodar sin resbala resbalar. r.

Ec.1

Se puede pensar que, en un instante dado, la rueda gira alrededor de un eje de rotación instantáneo que pasa por el punto de contacto con el suelo y que es paralelo al eje que pasa por el centro de masa. Estos dos ejes con velocidades angulares idénticas; si se analiza así el movimiento de la rueda de la figura, su energía cinética es:

Donde I1 es el momento de inercia con respecto a un eje que pasa por el punto 1. De acuerdo con el teorema de ejes paralelos visto anteriormente: I1 = IC.M + MR2 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor Pagina 4 de 7

 

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MOVIMENTO DE TRASLACIÓN Y ROTACIÓN COMBINADAS (RODADURA) =

Entonces: +

, luego: Ec.2

 Ahora podemos usar métodos de energía energía para analizar el movimiento de un cuerpo rígido que parte del reposo y rueda sin resbalas a lo largo de un plano inclinado. Hay que tener presente que el movimiento de rodadura sólo es posible si existe una fuerza de fricción entre el objeto y el plano inclinado para producir un torque neto sobre el objeto alrededor de su centro de masa.

= Rω para el movimiento movimiento de rodadura pura, se puede Usando el hecho que expresar la ecuación de conservación de la energía como:

M

Luego:

cuando el objeto llega a la base del plano, el campo gravitacional ha hecho un trabajo sobre él igual a Mgh, donde h es la altura del plano inclinado, entonces la energía cinética es igual a la energía potencial: de donde e puede obtener la expresión para la velocidad del centro de masa: para cualquier objeto

Ec. 3

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8. MATERIA MATERIALES LES,, REACTIVOS, INSTRUMENTOS, SOFTWARE, HARDWA HARDWARE RE O EQUIPOS: Plano inclinado, Aros, cilindros, esferas, Cronómetro, Regla

9. PRECAUCIONES CON LOS MATERIAL MATERIALES, ES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS UTILIZAR : Usar correctamente los materiales e instrumentos de medida

10. PROCEDIMIENTO, METODO O ACTIVIDADES. Carrera Ca rrera de objetos   Arme un plano inclinado con los soportes y la tabla de 1 m dada para la •

práctica.   Coloque los diferentes objetos (Esfera, cilindro, aro) y póngalos a rodar a lo largo del plano. Si desea use su celular para hacer un video, ¿cuál llega primero?   Mida el tiempo de llegada de cada objeto individualmente con el cronómetro o utilice el tracker para medir el tiempo. ¿está esto de acuerdo con la observación anterior?   Ponga a rodar dos esferas esferas de diferente diámetro. ¿el tiempo de llegada depende del tamaño?

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Determi Dete rminació nación n de la aceleración del centr centro o de masa   Mida unas tres veces el tiempo de llegada de la esfera que se suelta del reposo en la parte superior del plano y rueda sin deslizarse.   Utilice la ecuación de movimiento del MUA para determinar la aceleración del objeto   Compare con el resultado obtenido a partir de la dinámica para la aceleración del centro de masa.

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11. CAMPO DE APLICA APLICACIÓN: CIÓN: El movimiento de rodadura sin deslizamiento tiene aplicaciones en todos los campos de la tecnología y de la ingeniería, particularmente en procesos de transporte y circulación que utilizan sistemas rodantes como ruedas, balineras,etc. El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor Pagina 6 de 7

 

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12. RESULTADOS ESPERADOS:   Comente el resultado de las carreras y explíquelos en términos físicos.   Realice las medidas y cálculos correspondientes y consigne sus resultados en una tabla.   Realice diagrama de cuerpo libre para determinar las fuerzas que actúan sobre la esfera   Escribas las ecuaciones correspondientes para fuerzas y torques con el fin de encontrar la aceleración del centro de masa y la fuerza de fricción   Determine los factores que pueden introducir incertidumbres en el experimento. Evalúe las posibles desviaciones con respecto al análisis

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teórico y comente cómo puede minimizarlas

13. CRITE CRITERO RO DE EVAL EVALUACIÓN UACIÓN A L A PRESENTE PRÁCTICA  Informe escrito y sustentación del informe. Preinforme 30% Informe 70%

14. WEBGRAF WEBGRAFÍA, ÍA, BIBLIOG BIBL IOGRAFIA: RAFIA:   laplace.us.es/wiki/index.php/Deslizamiento_y_rodadura_de_un_disco 

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  Sears Zemansky Young Freedman. Física Universitaria. Vol I. México 2012

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