domingo, 25 de septiembre de 2022

TIPOS DE PÉNDULOS

 



 

Un péndulo es un peso u otro objeto montado de forma que pueda balancearse libremente bajo la influencia de la gravedad. El peso es frecuentemente montado en una cuerda o cordón y suspendido de un pivote. Los péndulos regulan algunos relojes y se encuentran en algunos tipos de instrumentos científicos y de adivinación.

Péndulo simple

Un péndulo simple está compuesto por un peso, o pesa, que cuelga libremente desde el extremo de una cuerda o barra. La gravedad jala la pesa en un arco hacia abajo, provocando que se balancee. Este tipo de péndulo es el más común y se puede encontrar en los relojes, metrónomos y sismo metros. Los péndulos están sujetos a las fuerzas locales de gravedad y no actúan de la misma forma en diferentes partes del mundo. Por ejemplo, ya que la tierra no es una esfera verdadera, los relojes de péndulo son ligeramente más lentos cerca del Ecuador que en los polos.


De este tipo de péndulo ya hemos hablamos, sin embargo, podemos agregar que un péndulo simple en condiciones ideales continuaría su movimiento oscilatorio perpetuamente. Sin embargo, en la realidad, el objeto que aporta la masa acaba deteniéndose, al cabo de cierto tiempo, por efecto de la fuerza de fricción con el aire.


 

Péndulo de Foucault

Un péndulo de Foucault es un tipo de péndulo simple que se balancea en dos dimensiones. Este péndulo fue desarrollado por Jean Bernard Leon Foucault en 1851 y demostraba la rotación de la tierra. Una vez que el péndulo de Foucault se pone en movimiento, su balanceo tiende a rotar en dirección de las manecillas del reloj en un círculo sobre el curso de aproximadamente un día y medio. El péndulo de Foucault fue la primera demostración de rotación de la tierra y no requería observación astronómica.

Péndulo doble

Un péndulo doble consiste en dos péndulos simples, uno suspendido desde el otro. También se le llama péndulo caótico, ya que sus movimientos se vuelven más caóticos entre más largos son. De acuerdo con My Physics Lab, un péndulo doble actúa similar a un péndulo simple en los movimientos pequeños, pero se vuelve menos predecible mientras los movimientos incrementan el tamaño. El movimiento del primer péndulo tiende a lanzar al segundo de forma inesperada. Los péndulos dobles son usados principalmente en las simulaciones matemáticas.

Es un modelo que permite, en el laboratorio de física, medir la aceleración de la gravedad y el momento de inercia del cuerpo rígido, aplicando el procedimiento de los mínimos cuadrados.



 

Movimiento pendular

En conclusión, podemos decir que el movimiento pendular es esencialmente bidimensional, en principio, dicho movimiento depende del ascenso y descenso del centro de masas con los cambios correspondientes de energía potencial gravitatoria, lo que permite un análisis mediante el principio de conservación de la energía, cuestión que resulta de gran valor a la hora de analizar sistemas de mayor complejidad.

  Leyes del movimiento pendular

Por otra parte, los experimentos realizados en el tiempo han dejado las siguientes leyes del movimiento pendular:

El período de un péndulo es independiente de su amplitud El periodo del péndulo es independiente de su amplitud, lo que quiere decir que, si se tienen dos péndulos de igual masa e igual longitud, pero a uno de ellos se le confiere una amplitud de recorrido mayor que al otro, en ambos casos la medida del período de estos péndulos es la misma.

El período de un péndulo es directamente proporcional a la raíz cuadrada de su longitud. El período de un péndulo es directamente proporcional a la raíz cuadrada de su longitud, en este caso se establece que el período de un péndulo puede aumentar o disminuir en función de la raíz cuadrada de la longitud de ese péndulo.

Es indudable el aporte científico generado por un sistema de tanta sencillez, como lo es el péndulo. Es un sistema que no debe faltar en laboratorios de enseñanza de la física.


domingo, 31 de julio de 2022

MOMENTO DE TORSIÓN O TORQUE

 MOMENTO DE TORSIÓN O TORQUE



¿Qué es el momento de torsión?

El momento de torsión, torque o momento de una fuerza es la capacidad de una fuerza para provocar un giro. Etimológicamente recibe el nombre de torque como derivación del vocablo inglés torque, proveniente del latín torquere (retorcer).

El momento de torsión (con respecto a un punto determinado) es la magnitud física que resulta de efectuar el producto vectorial entre los vectores de posición del punto en el que la fuerza se aplica y el de la fuerza ejercida (en el orden indicado). Este momento depende de tres elementos principales.

El primero de estos elementos es la magnitud de la fuerza aplicada, el segundo es la distancia entre el punto en el que se aplica y el punto respecto al que gira el cuerpo (también denominada brazo de palanca), y el tercer elemento es el ángulo de aplicación de dicha fuerza.

A mayor fuerza, se provoca mayor giro. Lo mismo ocurre con el brazo de palanca: cuanto mayor sea la distancia entre el punto en el que se aplica la fuerza y el punto respecto al que produce el giro, mayor será este.

Lógicamente, el momento de torsión es de especial interés en la construcción y en la industria, así como también está presente en infinidad de aplicaciones para el hogar, como por ejemplo, cuando se aprieta una tuerca con una llave inglesa.

Fórmulas

La expresión matemática del momento de torsión de una fuerza respecto un punto O viene dada por: M = r x F

En esta expresión r es el vector que une el punto de O con el punto P de aplicación de la fuerza, y F es el vector de la fuerza aplicada.

Las unidades de medida del momento son N∙m, que si bien dimensionalmente equivalen al Julio (J), tienen un significado diferente y no se deben confundir.

Por tanto, el módulo del momento de torsión toma el valor dado por la siguiente expresión:

M = r ∙ F ∙ sen α

En dicha expresión, α es el ángulo entre el vector de la fuerza y el vector r o brazo de palanca. Se considera que el momento de torsión es positivo si el cuerpo gira en el sentido contrario a las agujas del reloj; por el contrario, es negativo cuando gira en sentido horario.

Unidades

La unidad de medida del momento de torsión resulta del producto de una unidad de fuerza por una unidad de distancia. En concreto, en el Sistema Internacional de Unidades se utiliza el newton metro cuyo símbolo es N • m.

A nivel dimensional, el newton metro puede parecer equivalente al julio; sin embargo, en ningún caso se debe usar el julio para expresar momentos. El julio es una unidad para medir trabajos o energías que, desde un punto de vista conceptual, son muy distintos a los momentos de torsión.

De igual forma, el momento de torsión presenta carácter vectorial, que es tanto el trabajo como la energía escalares.

Características del momento de torsión

De lo visto se desprende que el momento de torsión de una fuerza con respecto a un punto representa la capacidad de una fuerza o conjunto de fuerzas para modificar la rotación de dicho cuerpo alrededor de un eje que pasa por el punto.

Por tanto, el momento de torsión genera una aceleración angular sobre el cuerpo y es una magnitud de carácter vectorial (por lo que se define a partir de un módulo, una dirección y un sentido) que se halla presente en los mecanismos que se hayan sometido a torsión o a flexión.

El momento de torsión será nulo si el vector fuerza y el vector r tienen la misma dirección, ya que en ese caso el valor de sen α será nulo.

Momento de torsión resultante

Dado un determinado cuerpo sobre el que actúa una serie fuerzas, si las fuerzas aplicadas actúan en un mismo plano, el momento de torsión que resulta de la aplicación de todas estas fuerzas; es el sumatorio de los momentos de torsión consecuencia de cada fuerza. Por tanto, se cumple que:

MT =∑ M = M+ M2 + M+ …

Por supuesto, es necesario tener en cuenta el criterio de signos para los momentos de torsión, como se ha explicado anteriormente.

Aplicaciones

El momento de torsión está presente en aplicaciones tan cotidianas como apretar una tuerca con una llave inglesa, o abrir o cerrar un grifo o una puerta.

Sin embargo, sus aplicaciones van mucho más allá; el momento de torsión también se encuentra en los ejes de la maquinaria o en el resultado de los esfuerzos a los que se ven sometidas las vigas. Por tanto, sus aplicaciones en la industria y la mecánica son muchas y variadas.

FÓRMULAS DE INERCIA PARA FIGURAS GEOMÉTRICAS





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