lab_mec_9_pendulo_balistico

7/28/2019 Lab_Mec_9_Pendulo_balistico

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LABORATORIO DE MECANICA

PNDULO BALSTICO

UNIVERSIDAD DE PAMPL ONAFACULTA D DE CIENCIAS BSICAS

1

DEPARTAMENTO DEFISICA Y GEOLOGIA

No

9

Verificar el principio de conservacin de cantidad de movimiento y de la no verificacin delprincipio de conservacin de la energa cintica en un choque inelstico.

Revisar la teora fsica y los principios fundamentales que estn presentes en el experimentoplanteado.

Determinar la velocidad de disparo de un proyectil utilizando el mtodo aproximado y el mtodoexacto.

Fig ur a 1 . Pnd ul o ba lst ic o.

EQUIPO REQUERIDO CANTIDAD OBSERVACIONESBase metlica del Pndulo Balstico. 1 Asegurar la base metlica con la abrazadera en C.

Lanzador de proyectiles

1 No debe mirarse directamente al can para sabersi est cargado. Tampoco debe introducirse el dedo.El estudiante que lo maneje deber usar las gafasde proteccin disponibles, con el fin de disminuir elriesgo de accidentes

Cargador del lanzador de proyectiles. 1Abrazadera en forma de C. 1 Sujete la base del pndulo a la mesa, con una

abrazadera en C. Asegrese que la abrazaderanointerfiera con el movimiento del pndulo

Objetivos

Esquema del laboratorio y materiales

Materiales


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LABORATORIO DE MECNICA

PNDULO BALSTICO

Metro 1Balanza 1Bola de Acero. 1Bola plstica. 1Gafas de seguridad 1 Usar las gafas de seguridaddisponibles, con el fin

de disminuir el riesgo de accidentesCronmetro 1Cuerda 1 metro

Los principios de conservacin son fundamentales para la Fsica. Por medio de estos principios esposible estudiar y predecir la evolucin en el tiempo de muchos sistemas. En el caso especfico de laMecnica, son de gran importancia los principios de conservacin de la energa, conservacin delmomentum lineal y conservacin del momentum angular. En esta prctica se utilizar el principio deconservacin del momentum lineal para estudiar el funcionamiento de un pndulo balstico. Este es undispositivo clsico que permite medir la rapidez de disparo un proyectil.

Utilizando un pndulo balstico (Figura 2 a.), un proyectil (baln) de masa m el cual se dispara conrapidez , y al chocar contra el pndulo queda incrustado en l. Como resultado del impacto el conjuntopndulo-proyectil oscila alrededor del punto de suspensin alcanzando una altura mxima (Figura2b.) sobre el punto donde ocurri la colisin.

Figur a 2. Mont aje del Pnd ulo balst ico .

Marco terico y Cuestionario


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PNDULO BALSTICO

Con la altura (que en adelante le llamaremos h) alcanzada por el pndulo podemos calcular suenerga potencial. Esta a su vez es igual a la energa cintica del sistema justo despus del choque, sidespreciamos la friccin en el pivote del pndulo.

No es posible igualar la energa cintica del pndulo justo antes del choque a la energa cintica delproyectil justo despus de l, pues la colisin es inelstica. Sin embargo, dado que en toda colisin seconserva el momentum lineal (cantidad de movimiento), si pueden igualarse los momentum lineales delsistema proyectil pndulo, justo antes y justo despus del choque.

Se puede calcular la v elocidad del pro yecti l (baln) de dos maneras:

EL PRIMER MTODO (mtodo apr ox im ado), el cual asume que el pndulo y la bola actan juntoscomo una masa puntual localizada en su centro de masas combinado. Este mtodo no toma enconsideracin la inercia rotacional.

La velocidad inicial de la bola cuando sale del lanzador de proyectiles se determina disparando la boladentro del pndulo y observando el ngulo mximo que alcanza el pndulo (ver figura 2)La velocidad

aproximada de la bola se encuentra utilizando la siguiente ecuacin (1):

(1)

Donde:

= Es la masa combinada del pndulo y la bola (acero o plstico).= Es la masa de la bola (acero o plstico)= Es la aceleracin de la gravedad.

= Es la distancia del pivote al centro de masa del sistema (proyectil + pndulo)= Es el ngulo alcanzado por el pndulo.

EL SEGUNDO MTODO (mto do exacto), utiliza la inercia rotacional del pndulo en los clculos. Lasecuaciones son un poco ms complicadas, y es necesario tomar ms datos para encontrar el momentode inercia del pndulo; esto hace que los resultados obtenidos sean generalmente mejores.

Para determinar la velocidad de inicial de la bola se utiliza la ecuacin (2):

(2)

Donde:

= Es la masa combinada del pndulo y la bola (acero o plstico).= Es la masa de la bola (acero o plstico)= Es la aceleracin de la gravedad.= Es el momento de inercia del pndulo y la bola en el capturador. (Se calcu la util izando la ecuacin 3)

=Es la distancia entre el punto del pivote y el centro de la bola (acero o plstico)= Es la distancia del pivote al centro de masas del sistema (bola + pndulo)

= Es el ngulo alcanzado por el pndulo.

=

=


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PNDULO BALSTICO

Clcu lo del m om ento d e inercia. Para determinar el momento de inercia del pndulo con la bola enel capturador se utiliza la ecuacin (3)

(3)

Donde:

= Es la masa combinada del pndulo y la bola (acero o plstico).= Es la aceleracin de la gravedad.

= Es la distancia del pivote al centro de masas del sistema.= Es el periodo del pndulo + bola.

1. Qu es un choque inelstico?

2. Por qu no se pueden igualar la energa cintica del pndulo antes y despus de la colisin?

3. Explique el principio de conservacin del momentum lineal.

MONTAJE Y PROCEDIMIENTO 1:

1. Sujete la base del pndulo a la mesa, con una abrazadera en C. Asegrese que la abrazadera nointerfiera con el movimiento del pndulo.

2. Ubique el pndulo a 90, luego cargue el Lanzador de proyectiles. Permita al pndulo colgarlibremente, y mueva el indicador del ngulo para ponerlo en cero grados.

3. Quite el pndulo, destornillando y quitando el eje del pivote. Encuentre la masa del pndulo y bolajuntos. Realice este procedimiento con la bola de plstico y regstrelo en la tabla 1 como y con labola de acero y regstrelo en la tabla 1 como .

4. Halle la masa de la bola de plstico y regstrela en la tabla de datos 1 como y de la bola de acero

y regstrela en la tabla de datos 1 como .

5. Encuentre el centro de masa del pndulo con la bola dentro. Para ello utilice la cuerda haga un lazocon la cuerda, y cuelgue el pndulo del lazo hasta que se equilibre horizontalmente. Marque estepunto sobre el pndulo. Este es el centro de masa. (Ver figura 3). Usted puede encontrar el centro demasas equilibrando el pndulo en el borde de una regla u objeto similar (Para ello, site el pndulosobre la mesa, perpendicularmente al borde. Vaya acercando el pndulo al borde hasta que semantenga en equilibrio. Marque con una lnea la posicin de equilibrio y mida la distancia desde el ejede giro del pndulo). Anote los datos en la tabla 1.

Procedimiento

Preguntas de control


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PNDULO BALSTICO

Mida la distancia del punto al pivote, y antelo como con la bola de acero y como para la bolade plstico. Anote los datos en la tabla 1.

Fig. 3. Montaje para encontrar el centro de masa.

7. Re ensamble el pndulo, y asegrese que quede bien hecho. Asegrese de que el indicador del

ngulo, est a la derecha del pndulo.

8. Dispare el lanzador. Tome y registre el ngulo alcanzado.

9. Cargue el lanzador, luego coloque el indicador del ngulo para orientar 2 o 3 menos del alcanzadoen el paso 8. Esto eliminar la friccin causada por el indicador en el arrastre del pndulo, as el pndulomover slo el indicador para los ltimos grados. Luego dispare el lanzador, y anote el ngulo alcanzadopor el pndulo. Repita este procedimiento tres veces para la bola de acero y para la bola de plstico yanote los datos en las tablas 2 y 3 respectivamente.

10. Calcule la velocidad aproximada de la bola usando la ecuacin (1). Tanto para la bola de acero comopara la bola de plstico. Anote los datos en las tablas 2 y 3 respectivamente.

11. Voltee el pndulo de tal manera que la bola no sea atrapada por el pndulo. Cargue el lanzador ydisprelo. Mida y registre este ngulo en la tabla de datos 1.

MONTAJE Y PROCEDIMIENTO II:

1. Mida la distancia entre el punto del pivote y el centro de la bola. Anote esto como en la tabla dedatos 1.

2. Quite el lanzador de proyectiles para que el pndulo pueda girar libremente. Con la bola en el pndulo,dele un desplazamiento inicial de 5 o menos. Haciendo uso del cronmetro tome el tiempo por lo menosde cinco oscilaciones. Realice ste procedimiento para la bola de acero y registre ste dato como ycomo para la bola de plstico. Anotar los resultados en la tabla de datos 1.

3. Calcule el valor de utilizando la ecuacin (3). Realice ste procedimiento para la bola de plstico yregstrelo como y para la bola de acero y regstrelo como . Anotar los resultados obtenidos en latabla de datos 1.

4. Calcule la velocidad exacta para la bola de acero y para la bola de plstico con la ecuacin (2) Anotelos datos en la tablas 2 y 3 respectivamente.


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PNDULO BALSTICO

TABLA 1. Datos para el montaje y procedimiento 1.

MAGNITUD SIMBOLO UNIDADES VALORESMasa pndulo + bola de plstico gramos (g)

Masa pndulo + bola de acero. gramos (g)

Masa bola de plstico gramos (g)

Masa bola de acero gramos (g)

Distancia del pivote al centro de masa delsistema pndulo+bola plstica

Centmetros(cm)

Distancia del pivote al centro de masas delsistema pndulo+bola acero

Centmetros(cm)

Distancia entre el punto del pivote y el centrode la bola (acero o plstico)

Centmetros(cm)

periodo del pndulo + bola de plstico Segundos (s)periodo del pndulo + bola de acero Segundos (s)momento de inercia del pndulo con la bolade plstico en el capturadormomento de inercia del pndulo con la bolade acero en el capturador

TABLA 2. Clculos para la bola de acero.BOLA DE ACERO

NGULO GRADOS Mtodo aproximado Mtodo exacto

% Error relativo

TABLA 2. Clculos para la bola de plsticoBOLA DE PLSTICO

NGULO GRADOS Mtodo aproximado Mtodo exacto

% Error relativo

Anlisis de datos


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PNDULO BALSTICO

1 Hay otra manera de medir la velocidad del can, para que usted pueda verificar susresultados?

2 Se simplificaran los clculos si se conservara la energa cintica en la colisin entre la pelota ypndulo?

3 Qu porcentaje de energa cintica se ha perdido en la colisin entre la pelota y el pndulo?

4 Hay ms energa o menos energa transferida al pndulo cuando el pndulo es girado de talmanera que la bola golpee la parte de atrs de ste?

5 Hay una diferencia significativa entre los valores calculados por los dos mtodos?

6 Qu factores aumentaran la diferencia entre estos dos resultados?

7 Cmo construira un pndulo balstico para que la ecuacin aproximada diera los resultadosms exactos?

En este espacio el estud iante debe anotar las con clus iones d e lo obs ervado en la prctica, demanera senci l la y coherente.

Preguntas de control

Conclusiones y observaciones

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