FÍSICA Y QUÍMICA 3º Y 4º DE ESO

APLICACIÓN DE LAS ETAPAS DEL MÉTODO

CIENTÍFICO:

EL PÉNDULO SIMPLE Y SU PERIODO DE OSCILACIÓN

Un péndulo es un sistema formado por un cuerpo suspendido de un hilo y que puede realizar oscilaciones alrededor de una posición de equilibrio estable.

El péndulo simple es un modelo que debe cumplir con las siguientes características:

1.- El hilo del que pende el cuerpo es inextensible y sin peso.

2.- La masa del sistema se considera concentrada en el cuerpo (puntual) que oscila.

3.- No existen agentes que provoquen efectos disipativos (pérdida de energía)

Péndulo físico: Si en el extremo de un hilo suspendido sujetamos un cuerpo cualquiera, habremos construido un péndulo físico. Por esto, todos los péndulos que se nos presentan (columpios, péndulo de reloj, una lámpara suspendida, la plomada) son péndulos físicos.

AJUSTE DE UN PÉNDULO REAL A LAS CARACTERÍSTICAS DEL MODELO PÉNDULO SIMPLE.

Pasemos ahora a proponer un método práctico para demostrar cómo podemos hacer que un péndulo real pueda ajustarse a las características del modelo péndulo simple.

Antes de hacerlo veamos algunas implicaciones a que conllevan las características del modelo.

· HILO INEXTENSIBLE Y SIN PESO.

Garantiza que la trayectoria del cuerpo sea un arco de circunferencia y que toda la masa del sistema esté concentrada en el cuerpo que oscila.

· CUERPO PUNTUAL.

Esto se garantiza logrando que la longitud del hilo sea mucho mayor que cualquiera de las dimensiones lineales del cuerpo.

· NO EXISTEN AGENTES QUE PROVOQUEN EFECTOS DISIPATIVOS (de pérdida de energía)

Se logra haciendo que la amplitud de las oscilaciones sea lo suficientemente pequeña

El ajuste se consigue utilizando los materiales que se listan a continuación y realizando un montaje como el de la figura.

montaje

material

Hilos de diferentes longitudes (30 cm, 40 cm, 60 cm, 80 cm y 100 cm) necesitarás regla, tijeras y un carrete de hilo de coser.
Transportador de ángulos
Bolas de diferente masa (de corcho, plastilina, de metal)
Balanza digital
Cronómetro
Soporte y nuez
Calculadora
Papel milimetrado o bien hoja de cálculo para elaborar las gráficas

CONCEPTOS A TENER EN CUENTA PARA ESTA PRÁCTICA

El periodo T de un péndulo es el tiempo que tarda en completar una oscilación, es decir en partir del punto B y llegar de nuevo al punto B

PRECAUCIONES A TENER EN CUENTA:

Suelta la masa al mismo tiempo que se pone en marcha el cronómetro. Detenerlo después de que el péndulo haya completado cinco oscilaciones.

VAMOS A APLICAR LAS ETAPAS DEL MÉTODO CIENTÍFICO AL ESTUDIO DEL PERIODO DE OSCILACIÓN DE UN PÉNDULO

Problema que se plantea:

¿De qué factores depende el periodo de oscilación de un péndulo simple?

Elaboración de hipótesis:

1ª hipótesis:

El periodo de oscilación del péndulo depende/ no depende de la longitud de éste

(Elige la hipótesis que pienses)

Comprobación de la 1ª hipótesis

Diseño de la experiencia:

A.1.) Material (ya descrito con anterioridad)

A.2.) Modo de realizarla:

Mantener fijos el ángulo y la masa

Mide el período con una amplitud de 30º, un péndulo determinado e ir variando las longitudes 30 cm, 40 cm, 50 cm, 60m cm, 80 cm y 100 cm. Esto harán todos los compañeros del grupo para cada longitud, de forma que tiene que haber para cada longitud, tantas medidas como compañeros tiene el grupo.

B) toma de datos

longitud (cm)

l₁=30

l₂=40

l₃=50

l₄=50

l₅=50

l₆=50

tiempo(s) en realizar 5 oscilaciones

Comp.

Tiempo(s) medio 5 osc.

(se hace la media de todas las medidas de los compañeros)

tiempo(s) en realizar una oscilación

(se divide el resultado de la fila anterior entre 5)

T₁=

T₂=

T₃=

T₄=

T₅=

T₆=

C) Organización de los resultados:

Señala cuál es la variable independiente, la dependiente y la de control

C.1.)Tabla de valores

Traslada los valores de las filas coloreadas en color violeta a la tabla siguiente

l(cm)	T(s)

C.2.) Elabora la gráfica (T frente a l) con los datos de la tabla anterior en papel milimetrado o bien en una hoja de cálculo

D) Conclusiones: Nuestra hipótesis ___ era correcta.

2ª hipótesis:

El periodo de oscilación del péndulo depende/ no depende de la amplitud

(Elige la hipótesis que pienses)

Comprobación de la 2ª hipótesis

Diseño de la experiencia:

A.1.) Material (ya descrito con anterioridad)

A.2.) Modo de realizarla:

Mantener fijas la longitud y la masa

Mide el período con una longitud de 30 cm, un péndulo determinado e ir variando las amplitudes : 40º, 50º, 60º, 70º y 80º. Esto harán todos los compañeros del grupo para cada amplitud, de forma que tiene que haber para cada amplitud, tantas medidas como compañeros tiene el grupo.

B) toma de datos

amplitud (^O)

α₁=40

α₂=50

α₃=60

α₄=70

α₅=80

tiempo(s) en realizar 5 oscilaciones

Comp.

Tiempo(s) medio 5 osc.

(se hace la media de todas las medidas de los compañeros)

tiempo(s) en realizar una oscilación

(se divide el resultado de la fila anterior entre 5)

T₁=

T₂=

T₃=

T₄=

T₅=

C) Organización de los resultados:

Señala cuál es la variable independiente, la dependiente y la de control

C.1.)Tabla de valores

Traslada los valores de las filas coloreadas en color vino a la tabla siguiente

α(^o)	T(s)

C.2.) Elabora la gráfica (T frente a α ) con los datos de la tabla anterior en papel milimetrado o bien en una hoja de cálculo

D) Conclusiones: Nuestra hipótesis ___ era correcta.

3ª hipótesis:

El periodo de oscilación del péndulo depende/ no depende de la masa del péndulo

(Elige la hipótesis que pienses)

Comprobación de la 3ª hipótesis

Diseño de la experiencia:

A.1.) Material (ya descrito con anterioridad)

A.2.) Modo de realizarla:

Mantener fijas la longitud y la amplitud

Mide el período con una longitud de 30 cm , una amplitud de 30º e ir variando los tipos de péndulo (se pesarán en una balanza digital). Esto harán todos los compañeros del grupo para cada amplitud, de forma que tiene que haber para cada amplitud, tantas medidas como compañeros tiene el grupo.

B) toma de datos

masa (g)

m₁=

m₂=

m₃=

m₄=

m₅=

tiempo(s) en realizar 5 oscilaciones

Comp.

Tiempo(s) medio 5 osc.

(se hace la media de todas las medidas de los compañeros)

tiempo(s) en realizar una oscilación

(se divide el resultado de la fila anterior entre 5)

T₁=

T₂=

T₃=

T₄=

T₅=

C) Organización de los resultados:

Señala cuál es la variable independiente, la dependiente y la de control

C.1.)Tabla de valores

Traslada los valores de las filas coloreadas en color verde a la tabla siguiente

m(g)	T(s)

C.2.) Elabora la gráfica (T frente a m ) con los datos de la tabla anterior en papel milimetrado o bien en una hoja de cálculo

D) Conclusiones: Nuestra hipótesis ___ era correcta.

Conclusión final: tras comprobar las tres hipótesis se llega a la conclusión de que el periodo de oscilación de un péndulo depende de ____________________ y no depende de ______________________________________

Para saber más:

Energía en un péndulo simple