Documento de contenido Elaborado por: Grupo de Investigación Sistemas Inteligentes, Robótica y Percepción- SIRP- Pontificia Universidad Javeriana-Bogotá, 2010.
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TALLER 2 TORQUE-MOMENTO DE TORSIÓN Guía del Docente Área: Física Tema: Torque- Momento de Torsión Objetivos: 1. Estudiar el concepto de torque o momento de torsión. 2. Comprobar la coherencia que existe entre el concepto de momento de torsión y el principio de conservación de la energía mecánica.
Duración de la actividad: 1 hora y 30 minutos Introducción Para la realización de la práctica que propone este documento, es fundamental que el estudiante haya asistido previamente a las sesiones de clase magistral que el docente considere necesarias para explicar de forma suficiente al estudiante los conceptos de momento de torsión, principio de conservación de la energía mecánica, energía potencial y energía cinética. Adicionalmente se espera que el estudiante esté familiarizado con el concepto de perímetro de una figura geométrica, especialmente de un círculo.
La práctica propuesta tiene como objetivo familiarizar al estudiante con el concepto de momento de torsión. La metodología obliga a que el docente realice el montaje (descrito en la sección procedimiento del presente documento) previamente; de esta forma el estudiante no distraerá su atención en la construcción del montaje sino que se concentrará en la observación del fenómeno de interés.
Descripción de la actividad El taller presenta al estudiante unas preguntas previas que deben ser resueltas por el estudiante producto del conocimiento asimilado durante las sesiones magistrales, investigaciones que realice en la red o en libros y orientación que el docente pueda darle al estudiante a manera de pistas que no le solucionen el ejercicio pero que le den directrices del camino a seguir. La siguiente sección del documento guía del estudiante presenta un listado de materiales, que para el caso consiste solamente en el montaje del que se habló antes (realizado por el profesor previo a la práctica). En la sección procedimiento de la guía del estudiante encontrará algunos ejercicios propuestos que debe realizar sobre el montaje que el docente entregó a los estudiantes. Una vez observado el comportamiento del montaje, el estudiante debe describir lo que sucedió con el montaje y sustentarlo desde las ecuaciones de la física. Se recomienda al docente que no obligue a los estudiantes a responder las preguntas que requieren sustentación teórica durante la práctica; de esta forma el estudiante tendrá más tiempo para analizar la situación y se asegurará que el tiempo de desarrollo de la actividad no sea mayor al establecido (1 hora y 30 minutos). Finalmente, el taller presenta al estudiante una serie de preguntas que buscan que el estudiante conecte los conceptos trabajados en el taller con su aplicación en la vida cotidiana, de manera que exista una motivación adicional al encontrarle sentido al trabajo que está realizando en las clases. En la sección de referencias se encuentra un listado de lugares de consulta recomendados, que le permitirán al estudiante informarse acerca de los temas propuestos.
Materiales Listones de madera o láminas de metal delgadas. Pegamento (si son listones de madera) o Tornillos (Si son láminas metálicas) Dos engranajes pequeños. Dos engranajes grandes. Tres poleas pequeñas. Dos poleas grandes. Un motor eléctrico. Tres pilas de 1.5V conectadas en serie. Dos trozos de cuerda de 50cm de largo. Dos objetos con masas diferentes, entregados con el material de la práctica.
Procedimiento 1. Antes de la práctica: Construya un montaje similar al que se muestra en la Figura 1, Figura 2 y Figura 3. El montaje de la Figura 3 está compuesto por tres mecanismos: el primero está compuesto por las poleas 5 y 6 que están unidas por un eje común. El segundo montaje, está compuesto por las poleas 3 y 4 y los engranajes 3 y 4: la polea 3 y el engranaje 3 están unidos por un eje común, al igual que el engranaje 4 y la polea 4. El movimiento se transmite entre los ejes gracias a los engranajes 3 y 4. El último mecanismo está compuesto por un motor (el único que tiene el montaje), cuyo eje está unido al eje del engranaje 1 y la polea 1, que se encuentran unidos por un eje; el movimiento se transmite al eje que une el engranaje 2 con la polea 2 mediante los engranajes 1 y 2 que los unen. Por otra parte, el montaje tiene una estructura que mantiene las piezas de interés para el montaje en su lugar, tal montaje forma un plano horizontal que está sostenido por cuatro columnas verticales que lo mantienen suspendido de modo que los engranajes y poleas puedan girar sin golpearse.
Figura 1: Esquema en fachada del montaje a realizar.
Figura 2: Esquema en planta del montaje a utilizar
Figura 3: Esquema en 3D del montaje a realizar
A manera de ejemplo, se muestran en la Figura 4 y Figura 5, un montaje propuesto por el grupo de investigación SIRP de la Universidad Javeriana, utilizando la plataforma comercial VEX.
Figura 4. Ejemplo del montaje propuesto
Figura 5. Ejemplo del montaje propuesto
Tenga en cuenta las siguientes recomendaciones: Todas las poleas grandes deben ser iguales. Todas las poleas pequeñas deben ser iguales. La relación entre las poleas grandes y las pequeñas debe ser aproximadamente de 1 a 5: es decir, que la polea grande debe ser 5 veces más grande que la pequeña para que sea claro el fenómeno que se quiere observar. Todos los engranajes grandes deben ser iguales. Todos los engranajes pequeños deben ser iguales. La relación entre los engranajes grandes y los pequeñas debe ser aproximadamente de 1 a 5: es decir, que el engranaje grande debe ser 5 veces más grande que el pequeño para que sea claro el fenómeno que se quiere observar. No es necesario que utilice engranajes si no los tiene, puede utilizar poleas en la misma configuración: asegúrese de que el montaje sea lo suficientemente bueno para que no se presenten deslizamientos en las bandas que unen las poleas, pues estos deslizamientos pueden
producir errores en la medida final (por eso se recomienda utilizar engranajes). La relación entre las poleas y la relación entre los engranajes se recomienda que sea la misma para hacer énfasis en la equivalencia entre los diferentes experimentos (aunque no es necesario que sean iguales). El tamaño del montaje depende del tamaño de las poleas y engranajes utilizados, por ello aquí no se entregan medidas específicas. Se recomienda construir varios montajes como el explicado en la Figura 1, Figura 2 y Figura 3, de manera que puedan armarse grupos pequeños de estudiantes: el objetivo es que más estudiantes puedan aprender de la práctica al estar cerca del montaje y manipularlo. 2. Durante la práctica: a. Divida el grupo de estudiantes en tantos equipos como montajes haya construido previamente. b. Realice una descripción general de la práctica al curso completo: explique mediante diagramas similares al que se muestra en la Figura 3, el montaje que les será entregado y lo que los estudiantes deben hacer con éste: Lea la guía del estudiante al curso de manera que quede claro el procedimiento a seguir. c. Entregue a cada equipo, un montaje con todos los elementos necesarios para realizar la práctica. d. Acompañe el desarrollo de la práctica mediante la resolución de dudas a los estudiantes: No resuelva las preguntas planteadas por el taller a los estudiantes. Dé pistas a los alumnos de la forma en que pueden resolver las preguntas planteadas por el taller. 3. Después de la práctica: En la sesión de clase siguiente, después de recibir los trabajos de todos los grupos, socialice las experiencias de los diferentes grupos; se puede pedir a los diferentes grupos que expliquen a sus compañeros la solución que encontraron a las preguntas planteadas con lo que se puede generar un mayor entendimiento de las preguntas que los estudiantes no pudieron resolver.
BibliografĂa Wikipedia Enciclopedia Virtual. http://es.wikipedia.org/wiki/Momento_de_fuerza. Consultado el 27 de julio de 2010.