La gràfica d'una oscil·lació

Introducció

Utilitzem un sensor de moviment amb el propòsit d'obtindre la gràfica de la posició en funció del temps de l'oscil·lació d'una massa penjada d'un moll. L'objectiu és continuar treballant la distinció entre amplitud i freqüència i introduir el tipus de representació gràfica que més endavant emprarem per analitzar el so. Encara que el nostre plantejament és fer l'experiència en gran grup a l'aula, es pot adaptar per fer-la en el laboratori en petits grups.

La realització d'aquesta experiència no és imprescindible. Si no es disposa de l'equipament de sensors necessari es pot passar directament a la següent experiència o es pot emprar un applet (vore més endavant en aquesta mateixa pàgina)

Material necessari

Cal disposar d'un equipament de sensors i d'un ordenador amb el programa informàtic corresponent. Per fer l'experiència en gran grup a classe, cal també poder connectar l'ordinador a un monitor de televisió o un canó de vídeo. La resta del material necessari forma part de la dotació típica de qualsevol laboratori:

• Un moll.
• Una massa per penjar del moll que siga detectada pel sensor de moviment (nosaltres usem el disc d'inèrcia dels equipaments de mecànica).
• Peces per subjectar el moll (un peu de banc, dues varetes llargues, una vareta curta i tres anous).
• Una regla amb un cursor-senyalitzador i un peu per tal de mantindre-la vertical.

Muntatge experimental

En la imatge es mostra el muntatge experimental que construïm a classe sobre un pupitre. Per realitzar l'experiència en gran grup convé que tots els alumnes puguen vore sense dificultat el moviment que es genera. Amb aquest propòsit utilitzem una parella de varetes llargues enllaçades entre si per una parella de anous.

		Per enllaçar les dues varetes utilitzem una parella de anous. Després de col·locar el moll i la massa podem alçar cada sistema oscil·lant per facilitar la visibilitat.
		La subjecció del conjunt la fent amb una pinça de taula per tindre l'estabilitat suficient.
El muntatge es realitza sobre un pupitre. És important que la posició del punt d'equilibri estiga indicada pel cursor de la regla.

Realització de l'experiència

La configuració de l'arreplegada de dades depen de l'equipament que s'utilitze. Nosaltres usem els sensors de Vernier i hem comprovat que la forma de la gràfica ix perfecta si es programa la realització de 10 mesures per segon (sovint, amb més mesures per segon, la qualitat de la gràfica empitjora!). Una duració de 20 segons és suficient per apreciar l'amortiment i la constància de la freqüència. [Arxiu de Logger Pro 2.2 per fer l'experiència amb sensors de Vernier]

Gràfica obtinguda amb un equip de sensors de Vernier. Primer s'ha fet una arreplegada de dades amb la massa en repòs per tindre referència d'on es troba el punt d'equilibri.

Per tal que els alumnes tinguen referència d'on és troba el punt d'equilibri, primer fem una arreplegada de dades amb la massa en repòs i la guardem. Després fem una altra arreplegada de dades amb la massa oscil·lant. La superposició de les dues gràfiques permet analitzar millor la simetria del moviment.

Metodologia de treball

Nosaltres realitzem l'experiencia a classe en gran grup i els alumnes tenen una fitxa per treballar de forma individual i en xicotet grup.

Abans de fer l'experiència els alumnes han de predir la forma de la gràfica. No cal introduir el concepte de posició com a tal i podem treballar sempre amb alló que mesura el radar, es a dir, la distància a la que es troba la massa.

Després de fer l'experiència, l'anàlisi dels resultats serveix per continuar treballant la diferència entre amplitud i freqüència. En aquest moment es pot emprar com a reforç un programa de simulació que permeta generar les gràfiques d'oscil·lacions de diferent amplitud i freqüència. Les nostres propostes son dos:

• L'applet Movimiento oscilatorio armónico simple publicat en el laboratori virtual Prisma
  http://enebro.pntic.mec.es/%7Efmag0006/index.html#
  Nosaltres usem l'applet a classe mitjançant un ordinador connectat a un monitor de televisió o a un canó de vídeo. Com que no tenim conexió a internet hem preparat una versió de l'applet per trebajar sense connexió.[+info]
  
• Una simulació construïda per nosaltres amb el programa Modellus [+info]