MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE EN UN MUELLE


Experimento realizado por estudiantes de Bachillerato en el IES "Leonardo da Vinci" de Alicante

 

PLANTEAMIENTO DEL EXPERIMENTO

 

Las imágenes adjuntas proceden de un estudio experimental del movimiento armónico simple de un cuerpo que oscila colgando de un muelle realizado por alumnos de 2º Bachillerato en el laboratorio del Instituto. Con esta tecnología se obtienen resultados de alta precisión que confirman que, en condiciones experimentales adecuadas, el movimiento es armónico simple (en realidad, las oscilaciones son amortiguadas, pero ello no afecta a los resultados principales del estudio, puesto que, como predice la teoría y confirman los resultados, el periodo no depende de la amplitud de las oscilaciones).

 

 

 

Teniendo en cuenta estos hechos nos proponemos realizar otro análisis experimental de este movimiento con ayuda del programa Modellus. El objetivo de dicho análisis es evaluar la concordancia entre el movimiento real del cuerpo que oscila y un movimiento virtual que obedece las leyes del movimiento armónico simple.


 

VIDEOS SOBRE MOVIMIENTOS DE OSCILACIÓN

 

 

Para analizar el movimiento armónico simple (MAS) con el programa Modellus, antes hay que filmarlo en unas condiciones experimentales adecuadas. Para ello, colgamos una bola metálica de un muelle elástico, estiramos ligeramente el muelle y soltamos la bola. El dispositivo experimental también incluye la medida de una longitud de referencia (señalada, en la fotografía adjunta, por dos marcas sobre la pizarra). Aunque las oscilaciones son amortiguadas, la amortiguación es bastante pequeña en las primeras oscilaciones. Teniéndolo en cuenta, después de tomar el video, usamos un programa gratuito de tratamiento de videos para seleccionar un breve pedazo, para el que cual puede aceptar que se trata de un MAS.

 

Mostramos tres ejemplos de clips de video con estar características. Uno (el situado más a la izquierda) lo filmaron alumnos de 2º Bachillerato en el laboratorio del Instituto, en 2011. Los otros dos los filmaron profesores en sendos cursos de formación docente celebrados en el Centro de Profesores y Recursos de Avilés (Asturias), en 2008, y en el Centro de Profesores y Recursos de Teruel, en 2012.

 


 

ANÁLISIS EXPERIMENTAL CON MODELLUS

 

El análisis experimental comienza volcando el video sobre una página de Modellus vacía y escribiendo en la ventana reservada al modelo físico matemático de la simulación la ecuación de un movimiento uniforme (el periodo se puede medir con un cronómetro al hacer la experiencia o, también, sobre la propia animación).Seguidamente, usamos la herramienta de medida de longitudes que proporciona el programa para obtener, considerando la longitud conocida o de referencia (en este caso es la amplitud de las oscilaciones), la equivalencia entre la unidad de medida de longitud en la pantalla (pixel) y la unidad de medida de longitud del S. I. (m).

 

 

Para terminar, escribimos la ecuación del movimiento en unidades del Sistema Internacional de Unidades y, haciendo correr la animación, evaluamos en qué grado concuerda el movimiento real (filmado) con el movimiento teórico (que, como vemos, es reproducido por la bola virtual).

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La animación que vemos a la derecha de este texto corresponde al curso de formación docente impartido en el Centro de Profesores y Recursos de Avilés en 2008.

En estas actividades formativas los profesores se familiarizan con las líneas metodológicas principales de nuestra propuesta de enseñanza-aprendizaje de la Física y crean sus propias animaciones para analizar los experimentos asistidos por Modellus.

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Finalmente, esta otra animación la elaboró un equipo de profesores en el curso impartido en el Centro de Profesores y Recursos de Teruel en 2012.

Como se observa, tanto aquí como en el ejemplo anterior se usó una pizarra blanca como fondo de la filmación, señalando en dicha pizarra una longitud de referencia, en base a la cual establecer la correspondencia entre pixels y m

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