Oscilaciones Forzadas



Autor: Hernán Ferrari Responsable disciplinar: Silvia Blaustein Área disciplinar: Física Temática: Movimiento oscilatorio excitado por una fuerza externa periódica. Nivel: Secundario, ciclo básico Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar

Introducción a la actividad

Las oscilaciones forzadas resultan de aplicar una fuerza periódica y de magnitud constante, llamada generador, sobre un sistema oscilador, llamado resonador. En esos casos puede hacerse que el sistema oscile en la frecuencia del generador y no en su frecuencia natural. Es decir, la frecuencia de oscilación del sistema será igual a la frecuencia de la fuerza que se le aplica.

Debe tenerse en cuenta que no siempre que se aplica una fuerza periódica sobre un sistema se produce una oscilación forzada. La generación de una oscilación forzada dependerá de las características de amortiguación del sistema generador y de las del resonador, en particular su relación.

Objetivo de la actividad

Estudiar el comportamiento de un sistema oscilatorio armónico bajo la excitación de una fuerza externa periódica.

Actividad 1

Observen  los siguientes videos. Luego, respondan el cuestionario .

Resonancia

Cuestionario:

a) El vidrio, ¿es un líquido o un sólido?

b) ¿Debido a qué propiedad el vidrio no resuena infinitamente?

c) ¿Cómo es la gama de frecuencias generadas por un terremoto comparadas con las del sonido audible?

d) ¿Qué sucede con las frecuencias de las ondas sísmicas para los edificios entre 5 y 40 pisos de altura?

e) ¿Qué tipo de simulación podemos realizar para estudiar cómo diseñar un edificio que no se derrumbe  en un terremoto?

f) Obtengan una imagen del video para cuando el movimiento del aire rodea un cilindro macizo a bajas velocidades con un fluido laminar. Saquen otra foto a mayores velocidades en las que aparecen remolinos detrás del cilindro.

g) ¿Qué sucede cada vez que un remolino se desprende? ¿Y si la frecuencia con la que se desprende es cercana a la frecuencia natural del cable?

h) ¿Qué sucedía con el puente colgante de Tacoma con una brisa suave y a qué se debía esto?

i) ¿Qué tipo de movimiento realizaba el puente con una suave brisa? ¿Qué otro movimiento apareció con un viento de 64 km/h?

j) ¿Dónde se puede modelizar el comportamiento de un puente antes de construirlo?

k) ¿De qué manera rompe un vaso de laboratorio el profesor del video? Describan los distintos instrumentos que utiliza y los pasos que realiza.

l) Realicen un informe con el programa Write que incluya las distintas respuestas de la actividad y las conclusiones a las que hayan llegado.

Actividad 2

Un resorte oscilando al que se le agrega una fuerza externa periódica o excitación, permite obtener un oscilador forzado. Observen el enlace para resolver las preguntas que aparecen a continuación.

Cuestionario:

a) ¿Qué sucede si la frecuencia de la excitación es muy pequeña?

b) ¿qué tipo de movimiento termina teniendo la masa respecto de la excitación?

c) Obtengan una imagen de ambas posiciones en función del tiempo. Muestren gráficamente las respuestas anteriores.

d) ¿Qué sucede si la frecuencia de la excitación es similar a la frecuencia propia de oscilación del sistema masa resorte?

e) ¿Qué tipo de movimiento termina teniendo la masa respecto de la excitación?

f) Obtengan una imagen de ambas posiciones en función del tiempo. Muestraen gráficamente las respuestas anteriores.

g) ¿Qué sucede si la frecuencia de la excitación es mucho mayor que la frecuencia propia de oscilación del sistema masa resorte?

h) ¿Qué tipo de movimiento termina teniendo la masa respecto de la excitación?

i) Obtengan una imagen de ambas posiciones en función del tiempo. Muestren gráficamente las respuestas anteriores.

j) Realicen un informe con el programa Write que incluya las distintas respuestas de la actividad y las conclusiones a las que hayan arribado.