Por medio de un péndulo reversible, se determinará la aceleración debida a la gravedad de la Tierra g. Se utilizará como medidor de tiempos un fotointerruptor. Además, se calculará el período de oscilación independientemente de la masa y el momento de inercia de dicho péndulo.
Existen varias realizaciones de este experimento, todos ellos se basan en que para un péndulo físico que puede oscilar alrededor de cualquiera de los dos puntos de suspensión O y O´. Lo que se busca es una distribución de masa para la cual los períodos de oscilación respecto de los puntos de suspensión sean iguales.
En esta práctica se va a calcular en primer lugar el período T1 de la oscilación respecto a un punto fijo y el período T2 del péndulo invertido respecto a otro punto, para valores λ de la distancia entre ambos puntos. Además, se calculará el valor medio y el error de la medida en ambos casos.
La labor en el laboratorio consistirá en realizar una serie de medidas, en las que obtendremos T para diferentes distancias, para posteriormente, y haciendo uso de la ecuación 7.17*, determinar la aceleración de la gravedad g.
El montaje experimental consistiría en unas abrazaderas, sobre las que se sustenta una barra, que deben estar a la misma altura para que la masa del péndulo se distribuya por igual sobre ambos puntos de sustentación. El período se medirá a través de una célula fotodetectora conectada a un cronómetro digital.
Con este objetivo, la tabla que se diseñaría para tomar los datos experimentales necesarios, con el número de oscilaciones consideradas en cada caso, los respectivos tiempos y los periodos, con sus errores, sería de este estilo:
Tabla 1: Cálculo de períodos de oscilación para diferentes alturas.
λ± (Еλ) | T1 (3 medidas) | T2 (3 medidas) | Ť1 (±ЕŤ1) | Ť2 (±ЕŤ2) |
60±0,05cm | 13.58/13.83/13.33 | 13.43/13.44/13.41 | 13.58±0.015 | 13.42±0.015 |
58±0,05cm | 13.38/13.26/13.36 | 13.44/13.43/13.34 | 13.33±0.015 | 13.40±0.015 |
56±0,05cm | 13.28/13.25/13.27 | 13.39/13.36/13.43 | 13.26±0.015 | 13.39±0.015 |
54±0,05cm | 13.08/13.24/13.27 | 13.19/13.34/13.28 | 13.19±0.015 | 13.27±0.015 |
52±0,05cm | 13.27/13.21/13.23 | 13.20/13.19/13.22 | 13.23±0.015 | 13.20±0.015 |
50±0,05cm | 13.13/13.23/13.16 | 13.17/13.23/13.24 | 13.17±0.015 | 13.21±0.015 |
48±0,05cm | 13.17/13.30/13.25 | 13.13/13.16/13.13 | 13.24±0.015 | 13.14±0.015 |
46±0,05cm | 13.13/13.16/13.13 | 13.00/12.97/13.00 | 13.14±0.015 | 12.99±0.015 |
44±0,05cm | 13.06/13.09/13.09 | 13.09/13.03/13.06 | 13.08±0.015 | 13.06±0.015 |
42±0,05cm | 13.09//13.22/13.06 | 13.28/13.44/13.28 | 13.12±0.015 | 13.33±0.015 |
40±0,05cm | 13.06/13.09/13.09 | 13.66/13.68/13.59 | 13.08±0.015 | 13.64±0.015 |
38±0,05cm | 13.28/13.18/13.31 | 13.22/13.45/13.18 | 13.22±0.015 | 13.28±0.015 |
36±0,05cm | 13.28/13.31/13.18 | 15.22/15.18/17.45 | 13.25±0.015 | 15.95±0.015 |
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Finalmente, una vez que hemos realizado las diferentes medidas procederemos a calcular el valor de las distancias para las cuales T1=T2.
λr= 42 cm λs=58 cm
A partir del valor encontrado, calculamos el período del péndulo reversible en la representación gráfica anterior.
T=1,312 sg
Puesto que para λr=42, donde T1 es 13,12 para 10 períodos; en 1 período T=?
Según la ecuación 7.17* y una vez estimados estos valores, podemos pasar a calcular la aceleración de la gravedad:
G=306,85 m/s
Se puede observar que los que tienen menos precisión contienen siempre en sus márgenes de error a los de mayor precisión, con lo cual podemos dar nuestros resultados experimentales como válidos, teniendo presente la precisión que se puede obtener con cada uno de los dos métodos.
Hemos comprobado experimentalmente que hay un punto en el que el péndulo tiene el mismo periodo, oscile de O ó de S. Esto equivale a decir que hay dos valores de a que en esta expresión nos van a dar el mismo periodo, ya que el momento de inercia IG, y la masa del sistema son constantes, y por tanto lo único que varía es la distancia del centro de gravedad al eje de oscilación.
En conclusión, podemos afirmar que el péndulo reversible es realmente reversible desde el punto de vista matemático, pues de acuerdo a lo observado en la experiencia, se comprobó que a una determinada distribución de masa del dispositivo utilizado, los períodos de oscilación respecto de los puntos de suspensión O y O´son iguales.
Con la mayor gratitud por los esfuerzos realizados, por la invaluable ayuda que me ha proporcionado a la hora de hacer este trabajo, quiero que mi compañero sienta que el objetivo alcanzado también es suyo.
Referencias:
5. Guión de Prácticas de Física, Capítulo 7: El Péndulo Reversible. Págs. 61-66.
6. Meyer, P., Probabilidad y aplicaciones estadísticas, 2da. Ed.- México: Prentice Hall, 1998.
* La ecuación 7.17 es equivalente al período de un péndulo simple, dado por 2π√l/g si se cambia la longitud del péndulo simple l por la longitud reducida λr.