Práctica experimental para calcular el coeficiente de fricción en un sistema.

1. ESPECIALIZACIÓN DOCENTE
TERCER CICLO Y MEDIA
MÓDULO 2, FÍSICA
FLUIDOS Y ONDAS MECÁNICAS
Medición experimental de coeficiente de
amortiguamiento en un péndulo de agua
Especialistas
Ever David Hernández Barillas
Carlos Ricardo Mnéndez Graniello
Roxana Cristales
Formador
Lcda. Jessica Aguilar
6 de abril de 2k19

2. Introducción
a amortiguación o amortiguamiento se define como la capacidad de un sistema o cuerpo para
disipar energía cinética en otro tipo de energía. Típicamente los amortiguadores disipan la energía
cinética en energía térmica y/o en energía plástica (e.g. atenuador de impactos), es decir, la función de
un amortiguador es recibir, absorber y mitigar una fuerza.
L
El amortiguamiento es un parámetro fundamental en el campo de las vibraciones, también en el
desarrollo de modelos matemáticos que permiten el estudio y análisis de sistemas vibratorios, como
lo son: estructuras metálicas, motores, maquinaria rotativa, turbinas, automóviles, etc.
Existen muchos inventos que aplican los principios de las fuerzas mecánicas los cuales tienen el
objetivo de anular o disipar un impacto. También, amortiguación es la disipación de energía en una
estructura mecánica y su conversión en calor. Hay varios mecanismos de amortiguación, los más
importantes son la amortiguación Coulomb y la amortiguación viscosa.

3. Objetivo
Estudiar experimentalmente las oscilaciones de la columna de agua
contenida en un tubo en forma de U considerando la fricción del agua con
las paredes del tubo.

4. Marco teórico
l amortiguamiento se define como la capacidad de un sistema o cuerpo para disipar
energía cinética en otro tipo de energía. Típicamente los amortiguados disipan la energía
cinética en energía térmica y/o en energía plástica. El amortiguamiento es un parámetro
fundamental en el campo de las Vibraciones, fundamental en el desarrollo de modelos
matemáticos que permiten el estudio y análisis de sistemas vibratorios, como lo son:
estructuras metálicas, motores, maquinaria rotativa, turbinas, automóviles, etc. Esto va
encaminado a la teoría de que todo sistema vibratorio tiene la capacidad de disipar energía.
Para el Control de Vibraciones e Impactos en maquinaria, se utiliza el concepto de
amortiguamiento como una técnica para disipar energía del sistema, manipulando así la
amplitud de vibración en el sistema y otros parámetros de estudio. Por ejemplo, un sistema
mecánico que posea masa y elasticidad tendrá una frecuencia natural y además la
particularidad.
E
a respuesta de un sistema depende del amortiguamiento que este presente. Mediante el
amortiguamiento se disipa la energía del sistema. La perdida de energía se traduce en
decrecimientos de la amplitud de las vibraciones. Algunas aplicaciones son:
L
Amortiguadores para vehículos. Amortiguación en uniones de tramos en puentes.

5. Materiales
1 Manguera transparente
1 rectángulo de plywood de 0.2m x 0.7m
2 sargentos para sujetar la madera a un pupitre
4 pinzas para sujetar papel (grandes)
1 cinta adhesiva 1 tijeras
1 cinta métrica
1 cronómetro
1 vaso de plástico transparente
Resultados
Tabla 1. Registro de Períodos y Amplitudes
n tn (s) An (cm) Ln (An)
0 0 20 3.0
1 2.22 10 2.3
2 3.96 4.6 1.53
3 6.55 2.55 0.94
Montaje del experimento

6. Calculando la pendiente de la recta:
Tomando 2 puntos de recta:
Pendiente=
0.94−3.0
6.55−0.0
Pendiente=
−2.36
6.55
Pendiente=
−0.36
s
Ecuación:
y=
−0.36
s
×t +3.0
El
−0.36
s
es el coeficiente de amortiguamiento, el signo negativo indica que si la velocidad es
positiva, la fuerza tiene la dirección superior opuesta a la velocidad de la partícula.
y = -0.36t+ 3.0

7. Significado físico reducir las oscilaciones naturales, genera una disipación de energía debida a las
fricciones que frenan el movimiento. Determina la amplitud de las vibraciones en la resonancia y el
tiempo de persistencia de las vibraciones.
Conclusiones
Se observó que en equilibrio, el nivel de agua en los dos lados del tubo es el mismo; cuando se
sopla por un extremo del tubo el sistema se desequilibra y, al liberar el sistema, el nivel x del agua
oscila en torno al de equilibrio.
En ausencia de fricción, la amplitud de oscilación, A, sería constante en el tiempo. En nuestro
caso se debe tener en cuenta la fricción del agua con las paredes del tubo.
En particular, la amplitud al cabo de n oscilaciones completas se llega a la expresión:
An = Aoe - tγ
n
Debido a la fricción del agua con las paredes del tubo, esta oscilación es amortiguada y al cabo
de unas pocas oscilaciones se alcanza el equilibrio.
La ecuación para encontrar el coeficiente de amortiguación se expresa de acuerdo a la
siguiente ecuación:
nA = lnAo – tγ
Se determinó que el coeficiente de amortiguamiento fue de
−0.36
s
y la ecuación de la
pendiente de la gráfica quedo expresada:
y=
−0.36
s
×t +3.0
El significado físico del coeficiente de amortiguamiento es reducir las oscilaciones naturales,
genera una disipación de energía debida a las fricciones que frenan el movimiento y determina la
amplitud de las vibraciones en la resonancia y el tiempo de las vibraciones.

8. Recomendaciones
• Realizar prácticas experimentales en un laboratorio de física con el equipo apropiado.
• Disponibilidad de acceso a la Internet y computadora para cada maestro.
• En el caso de guías que involucre graficar, facilitar papel milimetrado o similares para obtener
gráficos más exactos y brindar conclusiones más precisas.
• Usar instrumentos de mediciones distintos a una regla, reloj, y que sean adecuados para
medir la magnitud en estudio.
Bibliografía
Libro:
DOSSIER MODULO 2, FLUIDOS Y ONDAS MECÁNICAS.
Pagina web:
visitada el 1 de abril de 2019.
https://bit.ly/2VqIhn2

9. Mi desempeño en las prácticas de
laboratorio
No Criterio Aspecto
Observación
trabajo en equipo
1
Leí detenidamente las indicaciones
propuesta en la guía del experimento
Excelente Se analizaron y discutieron.
2
Trabajé de manera ordenada y
cuidadosa en el espacio de trabajo
durante toda la práctica.
Excelente
Se cuidó de no manchar o dañar
las mesas de trabajo.
3
Verifiqué que el equipo estuviera
calibrado y anoté las incertezas para
cada uno.
Excelente
Se procedió con el
procedimiento físico apropiado.
4
Evité cometer errores personales como
el de paralaje entre otros.
Excelente
Se realizaron varias mediciones
con la técnica apropiada.
5
Mantuve una comunicación continua y
eficaz con mi equipo de trabajo.
Excelente
Se compartieron ideas,
intercambio de conocimiento
científico.
6
Consulté mis inquietudes sobre los
resultados con el facilitador del módulo.
Excelente
El facilitador colaboró en
solventar dudas.
7
Anoté observaciones relevantes que
abonen a la discusión de resultados.
Excelente
Realice anotaciones en el
cuaderno y en la guía de trabajo.
8
Devolví el material del laboratorio en las
condiciones que lo recibí.
Excelente Todo y en buenas condiciones.
Aspectos: E: excelente MB : muy bueno; B: bueno