práctica en aula de informática - fundamentos fisicos en fisioterapia

PRÁCTICAS DE FUNDAMENTOS FÍSICOS EN FISIOTERAPIA
1
PRÁCTICA EN AULA DE INFORMÁTICA
EJERCICIO 1. MOVIMIENTO OSCILATORIO DE UN MUELLE
Ejerciendo una fuerza, se estira un muelle separando la masa que cuelga
del mismo de su posición equilibrio.
1. En la primera gráfica se ha representado la elongación (x) en función
del tiempo, x=Acos(wt+δ). Determina:
a) la amplitud
b) el periodo, la frecuencia y la frecuencia angular
c) la constante elástica del muelle si la masa que cuelga del mismo
es de 5 kg
d) la energía total
2.
Para un segundo muelle que tiene una masa de 2 kg suspendida, se representa en la segunda gráfica su
velocidad en función del tiempo, v=-Awsen(wt+δ). Determina:
a) el periodo, la frecuencia y la frecuencia angular
b) la velocidad máxima
c) la amplitud (A)
Comprueba que tus resultados son correctos:
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/applets/Fendt/physesp/muelle.htm
EJERCICIO 2: ONDAS LONGITUDINALES EN UNA BARRA ELÁSTICA
Entra en la siguiente dirección (final de la página):
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/ondaArmonica/ondasArmonicas.html
A) Medida del periodo de la onda
Poner un valor a la longitud de onda λ=2 y a la velocidad de propagación de la onda v=0,5.
Pulsar “empieza”. En la gráfica vemos representada la posición de la onda en función de la distancia
y=Acos(kx-wt))
Si nos fijamos en el movimiento de las partículas que están en la posición x=3 (por ejemplo las azules), éstas
describen un movimiento oscilatorio (movimiento armónico simple). Para medir el periodo, utiliza el botón
“pausa” y mide el tiempo (indicado en la parte superior derecha) que tardan las partículas azules en realizar
una oscilación completa.
¿Coincide con el obtenido a partir de v=λ/T?
B) Medida de la longitud de onda
Como en la gráfica está representado como varía la posición, y, en función de la distancia, x, con el botón
“pausa” y “paso” puedes medir la longitud de onda en la gráfica.
¿Coincide con el obtenido que le has puesto λ=2?
Fundamentos Físicos en Fisioterapia, Grado en Fisioterapia. Dpto. Física y AC.
PRÁCTICAS DE FUNDAMENTOS FÍSICOS EN FISIOTERAPIA
2
EJERCICIO 3. OSCILACIONES FORZADAS EN UN MUELLE
En la siguiente dirección de internet se muestra el movimiento un muelle sobre el que actúa una fuerza
externa oscilante. La frecuencia angular natural del oscilador (cuando no actúa sobre él ninguna fuerza) es
w0 =100 rad/s.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/oscilaciones/transitorio/transitorio.htm
En la aplicación se pueden variar los siguientes parámetros:
• la posición inicial de la masa que cuelga del muelle x0, en el control de edición titulado Posición.
Poner x=0 para que la masa se encuentre en el origen en el instante inicial.
• la velocidad inicial de la masa v0, en el control de edición titulado Velocidad. Poner v=0 para que la
masa se encuentre en el origen en el instante inicial y en reposo.
• la amplitud F de la fuerza oscilante, en el control de edición titulado Amplitud. Poner por ejemplo,
el valor de 5.
• La frecuencia angular wf de la fuerza oscilante, en el control de edición titulado Frecuencia. Su
valor será variable entre 50 y 150 (s-1).
• la constante de amortiguamiento γ, en el control de edición titulado Cte. amortiguamiento.
Estudiaremos dos casos:
A) Oscilaciones amortiguadas y forzadas
• En este primer caso consideraremos que existe rozamiento. La constante de amortiguamiento
tendrá un valor diferente de cero, por ejemplo, 10.
• Fija un valor para la frecuencia angular de la fuerza externa oscilante de 50 (s-1).
Cuando todos los parámetros estén introducidos, pulsar el botón Empieza.
• Podrás observar la posición de la masa en función del tiempo en la parte izquierda de la ventana,
gráfico x-t.
• Se muestra también la energía total de la masa en función del tiempo, gráfico E-t, en la parte
inferior derecha. Como en el eje de la energía no hay unidades, contaremos las divisiones y
daremos un valor aproximado, si hace falta.
Esperar un tiempo hasta que se alcance el estado estacionario (se estabilice el movimiento) y rellenar la
siguiente tabla para la frecuencia angular de 50 s-1. Repetir el proceso con las mismas condiciones iniciales
pero variando la frecuencia angular y completa la tabla.
wfuerza ext. (s-1)
50
80
100
150
Amplitud
Energía
Representa gráficamente (de forma aproximada) la amplitud en función de la frecuencia angular de la
fuerza externa.
¿Cuál es la frecuencia de resonancia, wR?
B) Oscilaciones forzadas sin rozamiento
Repetir el procedimiento anterior pero esta vez sin rozamiento, la constante de amortiguamiento será igual
a cero.
Responder de nuevo a las cuestiones planteadas en el apartado anterior.
C) Variación de las condiciones iniciales (x, v, Amplitud)
Escoger otras condiciones iniciales de posición inicial de la masa, velocidad, o amplitud de la fuerza externa,
poner un valor para el coeficiente de amortiguamiento y repetir el proceso para dos frecuencias angulares
de las de la tabla. ¿Qué ocurre en el estado estacionario?
Actualizado: septiembre 2014
Fundamentos Físicos en Fisioterapia, Grado en Fisioterapia. Dpto. Física y AC.