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.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
Comp.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
Comp.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
Comp.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
Comp.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
Comp.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
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.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
Comp.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
Comp.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
Comp.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
Comp.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
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.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
Comp.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
Comp.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
Comp.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
Comp.
1
|
Comp.
2
|
Comp.
3
|
Comp.
4
|
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
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
Proyecto:
Pendulo de Newton Casero
(Experimentar En Casa)
Bolas de Newton
