Experimento: péndulo goteador

Autor: S. Gil y E. Rodríguez.
Fuente: Física re-creativa.

Para cursos “un poquito” avanzados. El objetivo de este experimento es el estudio de un péndulo físico al que puede variarse continuamente la masa, la posición del centro de gravedad y el momento de inercia.
El dispositivo experimental consiste de un tubo de acrílico de longitud L de 1.5m aproximadamente y de diámetro interno f de 1.5cm (ver figura). El tubo puede cargarse con agua u otro líquido (no usar un líquido que pueda dañar el acrílico, como, por ejemplo, acetona, alcohol, etc.). En el extremo inferior hay un robinete que permite que el líquido pueda vertirse (ver figura).
Definimos la distancia dcm como la distancia del punto de suspensión al centro de gravedad del tubo sin líquido. La altura de la columna líquida está caracterizada por la distancia y, medida a partir de la posición del robinete ubicado en el extremo inferior.
Para poder medir con facilidad esta posición, se propone realizar marcas bien visibles en el tubo de modo que la distancia y pueda medirse con una apreciación de 5 mm.
Se propone asimismo medir el período con un fotointerruptor conectado a una PC.
Para evitar que el líquido moje el fotointerruptor, se puede usar un sorbete de gaseosa u otro objeto adherido perpendicularmente al tubo y al plano de oscilación de modo que sirva de interruptor.
El objetivo de este experimento es medir el período T como función de la altura de líquido y, cuando el robinete está semiabierto. También se propone desarrollar un modelo del sistema que dé cuenta de los datos medidos, esto es, encontrar una función T(y).
Medir las dimensiones relevantes del péndulo goteador.
Determinar experimentalmente el caudal de líquido que permita medir con facilidad la altura de líquido y.
También es conveniente que se pueda suponer que durante una dada oscilación la altura de líquido es constante. Si la variación de y es muy rápida será difícil determinar su valor para cada período con precisión.
Además, durante cada oscilación no será lícito suponer que la altura y es constante.
Si las amplitudes no son pequeñas, cosa muy posible sobre todo al comienzo de las oscilaciones, es posible que haya desviaciones importantes por este efecto. Un modo de corregirlas sería, en una primera aproximación, medir el período para el péndulo vacío y lleno como función de la amplitud.
Tomar el valor promedio de este cociente para el tubo lleno y vacío, graficar T en función de la amplitud. Este factor así obtenido puede usarse para corregir el periodo para amplitudes grandes. Aplicar estas correcciones a los valores medidos de T(y) y comparar con la teoría.
¿Qué puede concluir de este estudio?
Una manera de estudiar la variación de T(q)0 vs. q0 sería usar un segundo fotointerruptor y medir la velocidad del péndulo en su punto más bajo. Ello demostraría que este valor así obtenido está relacionado con la amplitud. También se puede encontrar experimentalmente dicha relación.
Representar T(q)0 y comparar las mediciones con la teoría de grandes amplitudes.
¿Qué se puede concluir de este estudio?
¿Qué tan bien se comparan los datos con la teoría?
Discutir el nivel de acuerdo o desacuerdo, y especular sobre las causas.

Contiene cálculos y fórmulas demostrativas.

Para descargar este experimento hacer clic aquí: http://www.mediafire.com/?zopwp7ghu377s00