VDAS TM164 - Experimento

VIBRACIÓN LIBRE DE UN SISTEMA MASA RESORTE

Un aparato experimental que muestra a los estudiantes el movimiento oscilatorio de un sistema masa-resorte. en términos tanto de desplazamiento como de aceleración.
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Description

VIBRACIÓN LIBRE DE UN SISTEMA MASA RESORTE

Este producto forma parte de una gama que explora las vibraciones libres en sistemas simples de "un grado de libertad". Introduce a los estudiantes a términos científicos clave tales como:
  • Movimiento armónico simple (SHM) y frecuencia de oscilación
  • Constante del resorte y Ley de Hooke
  • Amortiguación de la oscilación
  • Diferencia de fase entre el desplazamiento y sus derivados
Este producto se adapta al Armazón de Prueba robusto (TM160), para el estudio o la demostración. El sistema masa-resorte es uno de los sistemas oscilatorios más fácilmente explicables. Esto se debe a que los estudiantes ya pueden estar familiarizados con la Ley de Hooke, mostrando que la fuerza ejercida por un resorte es proporcional a la extensión. Por lo tanto, los estudiantes pueden hacer fácilmente el enlace al movimiento armónico simple - definido como el movimiento oscilatorio, donde la fuerza de restauración es proporcional al desplazamiento. Un panel posterior se arregla en el armazón de prueba. El panel tiene dos barras de guía verticales y un sensor de desplazamiento sin contacto. Un muelle de ensayo suspende, una plataforma de masa equilibrada que vibra (oscila) verticalmente en las varillas de guía. Los estudiantes ajustan masas adicionales a la plataforma y se proporciona un segundo resorte, para probar varias combinaciones del sistema. El sensor de desplazamiento mide las oscilaciones verticales de la plataforma. Un sensor adicional (acelerómetro) integrado en la plataforma, mide la aceleración de la plataforma a medida que esta se mueve hacia arriba y hacia abajo. Ambos sensores miden el movimiento, pero crean un amortiguamiento insignificante. El panel posterior tiene una escala impresa. Los estudiantes lo usan con un cursor en la plataforma, para medir con precisión la extensión del resorte, para mostrar la Ley de Hooke y encontrar la constante del resorte. Los estudiantes tiran suavemente de la plataforma y la liberan, permitiendo que vibre. Luego encuentran la frecuencia de oscilación y la comparan con la predicha por la teoría. TecQuipment calibra los sensores para trabajar con VDAS (Sistema Versátil de Adquisición de Datos) (mkII), para la visualización en tiempo real y la adquisición de datos, de formas de onda de oscilación del sistema. Los estudiantes usan el software para ver las formas de onda de desplazamiento y aceleración, para confirmar la diferencia de fase entre ellas y medir la frecuencia. El software calcula y muestra las dos primeras derivadas del desplazamiento-velocidad y la aceleración. Los estudiantes pueden ver y comparar la aceleración medida y derivada, al mismo tiempo, para confirmar la relación. TecQuipment ha diseñado específicamente el TM164 para trabajar con VDAS (mkII). Sin embargo, las salidas del sensor pueden conectarse a su propio sistema de adquisición de datos, o al osciloscopio si lo desea. Los estudiantes pueden montar un Juego de Amortiguador opcional (TM164A), para probar cómo el amortiguamiento viscoso afecta las oscilaciones del sistema. Este simple disco de pistón y cilindro, forman un amortiguador del tablero que se ajusta a las barras guía, debajo de la plataforma. Funciona con fluidos no tóxicos que se encuentran fácilmente (no suministrados), para diferentes niveles de amortiguación. Por ejemplo: agua y el aceite vegetal producirán una amortiguación ligera, mientras que el aceite de ricino o aceite de castor, produce un fuerte amortiguamiento. Los estudiantes pueden probar sus propios líquidos (siempre y cuando sean seguros y no dañen los equipos) y sus propios discos de pistón para trabajos de proyectos. Cuando se utiliza el Juego de Amortiguación, VDAS puede ajustar sus datos mostrados en modelos de amortiguadores viscosos, amortiguados y sobre amortiguados.

Learning outcomes

  • Extensión y fuerza del resorte (constante de resorte), y Ley de Hooke
  • Frecuencia de oscilación, constante de resorte y masa variable
  • Diferencia de fase entre el desplazamiento y sus derivadas
  • Comparación de la aceleración medida y derivada
  • Amortiguación de la oscilación y coeficiente (necesita un juego de resortes opcional).
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