¿Qué ejemplo de aparato científico improvisado se utiliza en física?
Aparato de movimiento armónico simple
Materiales:
- un resorte
- una masa
- Un gobernante
- Un cronómetro
- Un vaso de agua
Instrucciones:
1. Fije el resorte a la masa.
2. Sostenga la masa en su mano y estire el resorte.
3. Suelta la masa y déjala oscilar.
4. Usa el cronómetro para medir el tiempo que le toma a la masa realizar una oscilación completa.
5. Repita los pasos 2 a 4 para diferentes longitudes de resorte.
6. Usa los datos para calcular la constante del resorte.
7. Llene la taza hasta la mitad con agua. Coloca la copa debajo de la masa unida al resorte y observa cómo cambia el período.
Observaciones:
A medida que se estira el resorte, la masa acelera en la dirección opuesta a la fuerza del resorte. Cuando se suelta la masa, oscila hacia adelante y hacia atrás alrededor de la posición de equilibrio. El período de oscilación es el tiempo que tarda la masa en realizar una oscilación completa.
El período de oscilación aumenta a medida que aumenta la longitud del resorte. Esto se debe a que el resorte es menos rígido cuanto más largo, por lo que la masa tarda más en acelerar y desacelerar.
Cuando se coloca el vaso de agua debajo de la masa, el período de oscilación disminuye. Esto se debe a que el agua ofrece resistencia al movimiento de la masa, lo que hace que se ralentice.
Cálculos:
La constante del resorte se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
$$k =m(2\pif)^2$$
Dónde:
- k es la constante del resorte en N/m
- m es la masa en kg
- f es la frecuencia en Hz
La frecuencia de oscilación se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
$$f =1/T$$
Dónde:
- f es la frecuencia en Hz
- T es el período de oscilación en s
En este ejemplo, la masa es 0,1 kg, el período de oscilación es 1,0 s y la longitud del resorte es 0,5 m. Al reemplazar estos valores en las fórmulas anteriores, obtenemos:
$$k =0,1(2\pi 1,0)^2 =0,63 N/m$$
Conclusión:
Este sencillo experimento demuestra cómo utilizar aparatos improvisados para medir la constante del resorte y observar los efectos de diferentes factores en el período de oscilación. Este experimento se puede utilizar para enseñar a los estudiantes los conceptos de movimiento armónico simple y la ley de Hooke.